CN1564417A - 冶炼变压器的二次侧连接新型无功功率发生器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法。包括变压器，在交流冶炼变压器的二次侧的三相三线制或三相四线制主回路三相上并联连接一台新型无功功率发生器或三相三线制二次侧绕组三相的主回路a、b、c三相二次绕组首端依次连接一台新型无功率发生器，在x、y、z三相二次绕组末端依次连接一台新型无功率发生器或积木式的并联组合多台连接新型无功功率发生器。具有速吞吐无功、补偿电流谐波、抑制电压闪变、响应时间快、不会引起谐振短路、精准电压控制特点，适用于电力行业、冶金行业、化工行业、国防等单位在变压器二次侧作为无功功率和谐波在最短路经上流转以及实现就地补偿和动态实时补偿的目的。有较好的经济和社会效益。

Description

冶炼变压器的二次侧连接新型无功功率发生器的方法

技术领域

本实用新型涉及电力电网无功功率补偿和谐波消除，特别是在冶炼变压器的二次侧连接新型无功功率发生器的方法。

背景技术

电力系统为了确保供用电的电能质量，降低通过电网传递的无功功率和谐波电流，一般在冶炼变压器的一次侧即输电系统加装无功功率补偿和谐波消除，该技术是目前比较成熟的技术和常用技术，但采用一次侧装置进行补偿，存在没有使无功功率以及谐波电流在最短路经上流转，不能达到就地补偿的目的，提高产量和降低能耗的效果很有限。由于冶炼变压器二次侧以及二次侧的线路是无功功率和谐波产生的根源，无功功率和谐波要通过变压器二次侧以及二次侧的线路与安装在一次侧的无功补偿装置发生能量交换，存在交换路径长，不能做到动态实时补偿和就地补偿的缺陷。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种结构合理、降低变压器和变压器二次侧配电线路的无功功率和谐波的冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法。

本发明的第二发明目的是提供一种结构合理、降低变压器和变压器二次侧配电线路的无功功率和谐波的三相四线制冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法。

本发明的第三发明目的是提供一种结构合理、降低变压器和变压器二次侧配电线路的无功功率和谐波的三相三线制单相制冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法。

本发明的第四发明目的是提供一种结构合理、降低变压器和变压器二次侧配电线路的无功功率和谐波的三相三线制交流冶炼变压器二次侧用积木式的并联组合同时连接两台或两台以上新型无功功率发生器的方法。

实现发明目的的技术方案是这样解决的：

方案一，包括冶炼变压器和新型无功功率发生器，其突出进步在于：在冶炼变压器的二次侧主回路上并联连接了新型无功功率发生器。

方案二，包括冶炼变压器和新型无功功率发生器，其突出进步在于：冶炼变压器二次侧三相主回路绕组的首端和末端调相后形成的三相四线制回路上并联连接了新型无功功率发生器。

方案三，包括冶炼变压器和新型无功功率发生器，其突出进步在于：冶炼变压器二次侧三相主回路绕组的首端和末端不调相形成的主回路相和依次分别并联连接了两套新型无功功率发生器；或冶炼变压器二次侧三相主回路绕组的首端和末端不调相形成的主回路单相上依次分别并联连接了单相新型无功功率发生器。

方案四，包括冶炼变压器和新型无功功率发生器，其突出进步在于：在冶炼变压器的二次侧绕组三相的主回路三相二次绕组首端和三相二次绕组末端上依次分别用积木式的并联组合连接同一型号至少两台或两台以上新型无功功率发生器，或两台以上不同型号积木式的并联组合连接新型无功功率发生器。

本实用新型与现有技术相比，具体特点如下：

1.具有自适应功能，实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应。

2.可同时对谐波和无功功率进行补偿，补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需储能元件的容量不大，且补偿无功功率的大小可以做到连续调节。

3.受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振；且可以跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。

4、由于补偿系统为变压器的二次侧，容量有大有小，电压有高有低，所以本装置使用积木式结构，即小容量成套装置依据变压器二次侧无功功率状态和谐波的大小再进行串并联，达到电压和电流满足变压器二次侧要求，达到无功功率和谐波在最短路经上流转以及实现就地补偿和动态实时补偿的目的。针对于变压器普遍的三相四线制结构。利用该结构可以消除零序分量的谐波电流，实现不对称控制。装置的主电路采用三相全桥逆变器结构，直流侧为电容器。

5、快速吞吐无功

该装置可以快速无级差地连续吸收或者释放无功功率，动作时间为几十毫秒，使得电网功率因数为1。传统的电容器组投切装置由于受到放电时间的限制，不能有效的补偿快速变化的无功功率，而且电容器都是分组投切，因此它的补偿精度受到级差的限制，补偿效果不好。另外电容器只能释放无功，不能吸纳无功，因此在容性负荷场合不能达到减少电流、降低线损的目的，增加有功功率15％，降低消耗7％。

6、补偿电流谐波

该装置可以补偿2--31次电流谐波，使得电源洁净，提高用户的电能质量。由于采用了瞬时电流检测理论，可以有效地检测并分离出需要补偿的电流谐波，这样就可以及时准确地发出指令，实现电流谐波补偿。

7、抑制电压闪变

电网电压在遇到大负荷开停或者遇到故障情况时会出现短暂的电压闪变，即电网电压会突然跌落，持续时间很短，只有几十到几百个毫秒。人眼很难观察到这个闪变对用电带来的影响，但是有些精密加工企业的精密设备却不能忍受这种电压闪变，每次电压闪变都可能导致生产出废品，甚至使得某些机器出现重新启动的现象。该装置动作时间为几十个毫秒，因此可以有效地抑制电网电压的闪变。

8、响应时间快

自动投切电容器组装置的响应时间需要几秒钟，这是受电容器放电时间所限制。国标规定电力电容器放电时间为3秒钟，如果放电时间太少，则电容器的剩余电荷不能放电干净，如再次投入可能会导致电容器发生过压击穿现象。

9、不会引起谐振短路

虽然该装置仍然采用并联型结构，但是它与电网之间有连接电抗器，因此不会出现并联谐振现象。

10、精准电压控制

该装置除了可以按照功率因数或者无功功率控制之外，还可以按照电压幅值来控制，确保用户获得的电压的平稳性，降低电压纹波。

本装置适用于电力行业、冶金行业、化工行业、国防等单位在变压器二次侧作为无功功率和谐波在最短路经上流转以及实现就地补偿和动态实时补偿的目的。有较好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明三相三线制主回路电路连接图；

图2为本发明三相四线制主回路电路连接图；

图3为本发明的主回路用同一型号两台新型无功功率发生器电路连接图；

图4为本发明用积木式的并联组合同时连接两台或两台以上新型无功功率发生器的连接图；

图5为本发明的主回路二次侧连接的新型无功功率发生器电路连接框图；

图6为本发明的主回路二次侧并联连接的三相桥式电压逆变器结构示意图；

图7为本发明的主回路A相补偿后的仿真波形效果图；

图8为三相桥式电压逆变器IGBT功率器件构造图；

图9为三相桥式电压逆变器GTO功率器件构造图。

具体实施方式

附图为本发明的具体实施例

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明：

实施例1

参照图1所示，包括冶炼变压器1和新型无功功率发生器2，在冶炼变压器1的二次侧主回路上并联连接了新型无功功率发生器2。

冶炼变压器二次侧主回路a相与c相绕组首端并联调相连接于无功功率发生器的II相，主回路b相绕组首端与三相二次绕组末端x并联调相连接于新型无功功率发生器的I相，三相二次绕组末端y与z并联调相连接于新型无功功率发生器的III相。

实施例2

图2所示，包括冶炼变压器1和新型无功功率发生器2，冶炼变压器1二次侧三相主回路绕组的首端和末端调相后形成的三相四线制回路上并联连接了新型无功功率发生器2。

主回路a、b、c相依次分别连接于新型无功功率发生器的I、II、III相，其中三相四线制的二次绕组末端x、y、z并联接入新型无功功率发生器2的零线N上。

实施例3

图3所示，包括冶炼变压器1和新型无功功率发生器2，冶炼变压器1二次侧三相主回路绕组的首端和末端不调相形成的主回路a、b、c相和x、y、z依次分别并联连接了两套新型无功功率发生器2；或冶炼变压器1二次侧三相主回路绕组的首端和末端不调相形成的主回路a-x、b-y、c-z单相上依次分别并联连接了单相新型无功功率发生器2。

包括交流冶炼变压器1和新型无功功率发生器2，在冶炼变压器1的二次侧绕组三相的主回路a、b、c三相二次绕组首端和三相二次绕组末端x、y、z上依次分别并联连接同一型号两台新型无功功率发生器2、3。

或所说的在冶炼变压器1的二次侧绕组三相的主回路a、b、c三相二次绕组首端依次连接一个新型无功率发生器3，x、y、z三相二次绕组末端依次连接一个新型无功率发生器2。

实施例4

图4所示，包括交流冶炼变压器1和新型无功功率发生器2，在冶炼变压器1的二次侧绕组三相的主回路a、b、c三相二次绕组首端和三相二次绕组末端x、y、z上依次分别用积木式的并联组合连接同一型号至少两台或两台以上新型无功功率发生器2，或两台以上不同型号积木式的并联组合连接新型无功功率发生器2、3。

图5所示，三相桥式逆变器4并联连结在冶炼变压器二次侧，通过ASVG控制器5检测变压器的无功功率和谐波电流并依据内置的控制程序控制直流电容6，使三相桥式逆变器4输出的电压以动态补偿无功功率和谐波电流；同时ASVG控制器5控制脉冲发生器11，通过脉冲分配与保护器9向全控型晶闸管门极驱动器8提供导通信号控制三相桥式逆变器4的输出；监测与故障诊断10提供保护和正常运行的电参数检测；启动整流器7为直流电容6提供持续的电源。

图6所示，包括直流冶炼变压器或交流冶炼变压器，在变压器二次侧三相三线制主回路a、b、c相同时并联连接两台三相桥式电压逆变器4和直流电容6。

图7所示，是容量为150KVar、运行电压10000V的变压器二次侧新型无功功率发生器在型号为S7-35/10容量为5000KVA的配电变压器二次侧运行的测试效果图。(a)整流负载电流、(b)补偿后系统电流、电压、(c)ASVG输出电流，从图7可以看出，经过补偿后电流谐波大大减小，并且电流波形和电压波形在相位上完全一致，达到了提高功率因数、补偿谐波的效果。

图8所示，三相桥式电压逆变器4由IGBT功率器件构成，其三相桥式电压逆变器4至少由6个大功率可控开关半导体器件(如IGBT、IGCT、IGET等)和6个保护二极管组成，每一个保护二极管并联连接在大功率可控开关半导体器件的两极上，并在逆变器4的直流侧并联连接了1个电容器。

图9所示，包括冶炼变压器1，在变压器二次侧三相的主回路a、b、c三相二次绕组首端和x、y、z三相二次绕组末端分别并联连接三相桥式电压逆变器，三相桥式电压逆变器4由6个大功率可控开关半导体器件(如GTO或IGBT、IGCT、IGET等)和6个保护二极管组成，每一个保护二极管并联连接在大功率可控开关半导体器件的两极上，并在逆变器4的直流侧并联连接了1个电容器。

以上技术方案中，均由新型无功功率发生器2、3的控制和驱动装置连接在三相桥式电压逆变器4上，以实现控制、检测、保护的目的。通过“ASVG控制器5”检测变压器的无功功率和谐波电流并依据内置的控制程序控制并联连接在逆变器4的直流侧，“直流电容6”的大小使“三相桥式逆变器4”输出系统需要的电压，以动态补偿无功功率和谐波电流；直流电容6与起动整流器7连接，同时“ASVG控制器5”控制“脉冲发生器11”，通过“脉冲分配与保护器9”向“全控型晶闸管门极驱动器8”提供导通信号控制“三相桥式逆变器4”的输出；“监测与故障诊断10”提供保护和正常运行的电参数检测；

综上所述，所谓新型静止无功发生器(ASVG)，在本装置中就是专指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置。ASVG的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式L电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者输出满足要求的无功电流，实现动态实时无功补偿的目的。ASVG分为采用电压型桥式电路和电流型桥式电路两种类型，其电路基本结构分别如图8和图9所示，图8为采用电压型桥式电路，图9为采用电流型桥式电路，直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。对电压型桥式电路，还需再串联上连接电抗器才能并人电网；对电流型桥式电路，还需在交流侧并联上吸收换相产生的过电压的电容器。

现有技术中，也有单位将电容无功补偿装置和谐波消除装置安装在变压器的二次侧，能够达到就地补偿的目的，但该技术由于采用了平均值的监控方案，没有监测无功功率以及谐波电流的瞬时值，不能达到动态实时补偿的目的，提高产量和降低能耗的效果降低。

Claims (5)

1、一种冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法，包括冶炼变压器(1)和新型无功功率发生器(2)，其特征在于：在冶炼变压器(1)的二次侧主回路上并联连接了新型无功功率发生器(2)。

2、根据权利要求1所述的冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法，其特征在于：冶炼变压器(1)的二次侧三相主回路绕组的首端和末端调相后形成的三相回路上并联连接了新型无功功率发生器(2)。

3、一种冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法，包括冶炼变压器(1)和新型无功功率发生器(2)，其特征在于：冶炼变压器(1)二次侧三相主回路绕组的首端和末端调相后形成的三相四线制回路上并联连接了新型无功功率发生器(2)

4、一种冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法，包括冶炼变压器(1)和新型无功功率发生器(2)，其特征在于：冶炼变压器(1)二次侧三相主回路绕组的首端和末端不调相形成的主回路(a、b、c)相和(x、y、z)依次分别并联连接了两套新型无功功率发生器(2)；或冶炼变压器(1)二次侧三相主回路绕组的首端和末端不调相形成的主回路(a-x、b-y、c-z)单相上依次分别并联连接了单相新型无功功率发生器(2)。

5、一种冶炼变压器二次侧连接新型无功功率发生器的方法，包括冶炼变压器(1)和新型无功功率发生器(2)，其特征在于：在冶炼变压器(1)的二次侧主回路二次绕组依次分别用积木式的并联组合连接同一型号至少两台或两台以上新型无功功率发生器(2)和(3)，或两台以上不同型号积木式的并联组合连接新型无功功率发生器(2)和(3)。

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