CN1996700A

CN1996700A - 一种无功补偿与电力滤波装置

Info

Publication number: CN1996700A
Application number: CNA2006101252344A
Authority: CN
Inventors: 陈乔夫
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2007-07-11

Abstract

本发明公开了一种无功补偿与电力滤波装置，包括安装于柜体内的N个补偿单元，所述补偿单元由与负载并联的单调谐支路构成，各补偿单元内单调谐支路的数目相等或不等，单调谐支路由空心滤波电感、电容器和双向晶闸管三者串联而成。上述装置还包括串联在电网与负载之间的母线上的空心电感单元。在本发明中，位于柜体内的补偿单元中各单调谐支路中的滤波电感均为空心电感，使得各支路基波、谐波电流稳定，不会产生新的谐波电流，更不会产生非设定的谐振。各单调谐支路对基波电流呈容性，补偿感性无功功率。所使用的串联电感Lc也为空心电感，它对谐波电流呈较大的电抗，起到了抑制谐波电流的作用。

Description

一种无功补偿与电力滤波装置

技术领域

本发明属于无功功率补偿及电力谐波抑制技术领域，具体涉及一种无功补偿与电力滤波装置。

背景技术

目前国内外在低压配电系统大量应用无功补偿、电力滤波柜，这些补偿柜的生产厂家包括：国外ABB公司、诺基亚公司、以色列ELSPEC公司以及国内一些电气设备公司。它们存在以下两个问题：

其一补偿柜中的滤波电感都采用带有气隙的铁心电感器，存在较严重的振动、噪声，且三相电感不对称。另外由于铁磁材料的非线性，电感器的电感值不是常数，其电感值随电压的波动，谐波电流的变化而变化，从而使得各单调谐支路的基波电流、谐波电流不稳定，甚至产生新的谐波电流，引起谐波电流放大，甚至诱发并联谐振。为了解决这些问题，这些生产厂家都只是对铁心电感器进行改进：设计时将磁密、电密尽量取得低一些，以使得其电感值尽可能接近常数；铁心选用较好的硅钢片；在工艺上将气隙板粘牢、将器身压紧，以降低振动、噪声。但这些措施仍然不能解决电流不稳定、谐波电流放大、振动、噪声等问题。

其二这些补偿柜都是由多条单调谐滤波支路并联而成，所有这些支路再与负载并联运行，由于配电网系统的内阻抗很小，负载谐波电流中还有很大一部分窜入了配电网系统，因此对于大部分工况滤波效果都不太好。严重的情况下系统的内阻抗可能与单调谐支路发生串联谐振。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种无功补偿与电力滤波装置，该装置运行时，各支路基波、谐波电流稳定，不会产生新的谐波电流，更不会产生非设定的谐振，具有更好的无功补偿和滤波效果。

本发明提供的一种无功补偿与电力滤波装置，其特征在于：该装置包括安装于柜体内的N个补偿单元，N为大于等于1的正整数；所述补偿单元由与负载并联的单调谐支路构成，各补偿单元内单调谐支路的数目相等或不等，各补偿单元内至少有一条单调谐支路的谐振频率的次数小于11，单调谐支路由空心滤波电感、电容器和双向晶闸管三者串联而成。

上述装置还可以包括电感单元，该电感单元为串联在电网与负载之间的母线上的空心电感。

在本发明中，位于柜体内的补偿单元中各单调谐支路中的滤波电感均为空心电感，其电感值为常数，使得各支路基波、谐波电流稳定，不会产生新的谐波电流，更不会产生非设定的谐振。各单调谐支路对基波电流呈容性，补偿感性无功功率，根据负载容量对无功功率的需求，闸管投切控制器可决定由双向晶闸管投入支路数的多少。

在本发明的优化方案中，所使用的串联电感L_c也为空心电感，它对谐波电流呈较大的电抗，某几条单调谐支路对某次谐波电流呈较小的阻抗，从而使谐波电流较少地窜入电网，起到了抑制谐波电流的作用。

附图说明

图1为带一个并联补偿单元的本发明装置的结构示意图；

图2为带N个并联补偿单元本发明的结构示意图；

图3为带有串联电感的本发明的结构示意图；

图4为本发明具体实施例的结构示意图；

图5单相本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明装置由补偿单元II构成，补偿单元II内安装有K条负载三相端子A、B、C并联的单调谐支路，各单调谐支路均安装于柜体G内，其中，K为大于1的正整数。单调谐支路由空心滤波电感、电容器和双向晶闸管三者串联而成。三相电网u_a，u_b，u_c产生的电流分别通过电网的漏电感L_sA、L_sB、L_sC，流向产生谐波电流的负载的三相端子A、B、C。

在任一单调谐支路P_i中，空心滤波电感L_i，a、L_i，b、L_i，c三者的电感值等参数相等，其中i＝1、2、……、K；并联电容器C_i，a、C_i，b、C_i，c三者的电容值等参数相等；三相支路中用于投切的双向晶闸管参数相等。并联电容器C_i，a、C_i，b、C_i，c三者联接成三角形(或者联接成星形)的对称三相电容负载，该电容负载的三个顶点分别与空心滤波电感L_i，a、L_i，b、L_i，c串联，再分别与该相支路中用于投切的双向晶闸管串联后，联接到负载的三相端子A、B、C上。空心滤波电感L_i，a、L_i，b、L_i，c与并联电容器C_i，a、C_i，b、C_i，c构成对第n_i次谐波电流谐振的三相单调谐滤波支路，用双向晶闸管投切。

不同的单调谐支路P₁、P₂、……、P_K之间各滤波电感、电容、双向晶闸管的参数可以全部相等、部分相等或不等。例如在补偿单元II中设置5种不同的单调谐支路：K₁条相同的单调谐支路都对第n₁次谐波电流谐振；K₂条相同的单调谐支路都对第n₂次谐波电流谐振；K₃条相同的单调谐支路都对第n₃次谐波电流谐振；K₄条相同的单调谐支路都对第n₄次谐波电流谐振；K₅条相同的单调谐支路都对第n₅次谐波电流谐振；而总的单调谐支路数K₁+K₂+K₃+K₄+K₅＝K。单调谐支路P₁、P₂、……、P_k中至少有一条单调谐支路的谐振频率的次数小于11，以起到对主要的电力谐波的滤波与补偿作用。

单调谐支路数K以及各种不同的单调谐支路的支路数的分配可根据负载电流的大小及其谐波特性通过仿真计算来确定。柜体G可用金属板件制作，甚至可用铁板制作，但要切断在水平方向的导电回路。

由于补偿单元II中的滤波电感L_i，a、L_i，b、L_i，c均为空心电感，其电感值为常数，使得各支路基波、谐波电流稳定，不会产生新的谐波电流，更不会产生非设定的谐振。在补偿电流对称的情况下，三相空心电感L_i，A，L_i，B，L_i，C在补偿单元II中产生的合成磁通近似为零，因此在K条单调谐支路中，3K个空心电感在补偿柜中产生的合成磁通近似为零。当三相补偿电流不对称时，虽然合成磁通不为零，但由于金属柜体(尤其是铁板制作的柜体)在水平方向的闭合导电回路被切断，该合成磁通在金属柜体中也不产生的短路电流。

当负载工作时，它除了产生基波电流外，还要产生谐波电流。谐波电流中的主要部分在流向电网u_a，u_b，u_c时，遇到电网的漏电感L_sA、L_sB、L_sC产生的电抗的阻塞，而流向并联的各单调谐支路，第n_i次谐波电流在某几条单调谐支路中遇到较小的阻抗而流通，从而起到了抑制谐波电流的作用。各单调谐支路对基波电流呈容性，可以补偿感性无功功率，根据负载容量适时对无功功率的需求，晶闸管投切控制器可瞬间决定由双向晶闸管投入支路数的多少。此种控制器有专业厂家生产，例如ABB；上海人民电器厂等。

当需要补偿的无功电流较大时，该装置可以采用N(N≥1)个补偿单元，N个补偿单元中的单调谐滤波支路均与负载并联。N个补偿单元内的单调谐支路数可以相同、部分相同或不同。补偿单元数N、各补偿单元内的单调谐滤波支路数根据负载电流的大小及其谐波特性用仿真计算来确定的。

当负载的谐波电流较大而电网的漏电感L_sA、L_sB、L_sC较小时，负载的谐波电流仍然会有相当一部分窜入了电力系统。为了获得更好的滤波效果，本发明装置还可以在电网与负载III之间的母线上串联电感单元I，如图3所示，电感单元I由三相空心串联电感L_c，A、L_c，B L_c，C构成，且L_c，A＝L_c，B＝L_c，C。空心串联电感L_c，A可以设计得比电网的漏电感L_sA大得多。三相电网u_a，u_b，u_c产生的电流分别通过电网的漏电感L_sA、L_sB、L_sC，再分别通过电感单元I中的串联电感L_c，A、L_c，B L_c，C，流向产生谐波电流的负载的三相端子A、B、C。单元II内的所有单调谐支路都并联在负载三相端子A、B、C上。

当负载接入电网时，它产生谐波电流主要部分在流向电网u_a，u_b，u_c时，遇到串联电感L_c，A、L_c，B L_c，C、电网的漏电感L_sA、L_sB、L_sC共同产生的较大电抗的阻塞，而流向并联的各单调谐支路，第n_i次谐波电流在某几条单调谐支路中遇到较小的阻抗而流通，从而起到了更好的抑制谐波电流的作用。其无功补偿作用与不串接电感单元I是相同的。如果L_c，A+L_sA＝k_iL_sA，采用串联电感的补偿系统窜入电力系统的谐波电流约等于不采用串联电感的1/k_i。例如k_i＝2，采用串联电感的谐波电流约等于不采用串联电感的1/2，而串联电感后对于负载端三相端子A、B、C上电压没有降低；当晶闸管投切控制器控制投入一定数量的单调谐支路，使得三相端子A、B、C功率因数约等于1时，仅管串入了串联电感，其功率因数仍约等于1。

图4列举了一种实例，该装置包括电感单元I和补偿单元II。电感单元I由串联在电网与负载III之间的母线上的三相空心电感L_c，A、L_c，B L_c，C构成。三相电网u_a，u_b，u_c产生的电流分别通过电网的漏电感L_sa、L_sb、L_sc，再分别通过串联电感L_c，A、L_c，B L_c，C，向产生谐波电流的负载供电，补偿单元II中4条单调谐滤波支路与负载并联。

单调谐支路P₁中的空心滤波电感L_1，a、L_1，b、L_1，c与并联电容器C_1，a、C_1，b、C_1，c构成对第3次谐波电流谐振的三相单调谐滤波支路，由双向晶闸管投切；单调谐支路P₂中的空心滤波电感L_2，a、L_2，b、L_2，c与并联电容器C_2，a、C_2，b、C_2，c构成对第5次谐波电流谐振的三相单调谐滤波支路，由双向晶闸管投切；单调谐支路P₃中的空心滤波电感L_3，a、L_3，b、L_3，c与并联电容器C_3，a、C_3，b、C_3，c构成对第7次谐波电流谐振的三相单调谐滤波支路，由双向晶闸管投切；单调谐支路P₄中的空心滤波电感L_4，a、L_4，b、L_4，c主要起限制涌流的作用由双向晶闸管投切。在此实例中，取并联电容器C_1，a＝C_1，b＝C_1，c＝C_2，a＝C_2，b＝C_2，c＝C_3，a＝C_3，b＝C_3，c＝C_4，a＝C_4，b＝C_4，c＝230.98uF。空心滤波电感L_1，a＝L_1，b＝L_1，c＝1.64mH；L_2，a＝L_2，b＝L_2，c＝0.591mH；L_3，a＝L_3，b＝L_3，c＝0.302mH；L_4，a＝L_4，b＝L_4，c＝0.148mH。空心串联电感L_c，A，A＝L_c，B＝L_c，C＝25UH.

本发明技术还可以适用于单相负载工况，其结构示意图如图5。虽然单相空心电感L_i在补偿单元II中产生的合成磁通不为零，因此在K条单调谐支路中，K个空心电感在补偿柜中产生的合成磁通不为零。但由于金属柜体(尤其是铁板制作的柜体)在水平方向的闭合导电回路被切断，该合成磁通在金属柜体中也不产生的短路电流。

Claims

1、一种无功补偿与电力滤波装置，其特征在于：该装置包括安装于柜体内的N个补偿单元，N为大于等于1的正整数；所述补偿单元由与负载并联的单调谐支路构成，各补偿单元内单调谐支路的数目相等或不等，各补偿单元内至少有一条单调谐支路的谐振频率的次数小于11，单调谐支路由空心滤波电感、电容器和双向晶闸管三者串联而成。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括电感单元，该电感单元为串联在电网与负载之间的母线上的空心电感。