CN201216039Y - 非线性灯具负载的消谐无功补偿器 - Google Patents

Abstract

一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，其特征在于：包括三次谐振补偿支路(1)和五次谐振补偿支路(2)，三次谐振补偿支路(1)和五次谐振补偿支路(2)相并联，其并联的两端接出作为本补偿器的两连线端(A、B)；所述三次谐振补偿支路(1)由第一电感(L1)和第一电容(C1)串联构成，第一电感(L1)对于三次谐波的感抗等于第一电容(C1)对于三次谐波的容抗；所述五次谐振补偿支路(1)由第二电感(L2)和第二电容(C2)串联构成，第二电感(L2)对于五次谐波的感抗等于第二电容(C2)对于五次谐波的容抗。本实用新型能适应城市照明配电网及其非线性灯具负载，其兼有常规无功就地补偿和抑制谐波的功能。

Description

非线性灯具负载的消谐无功补偿器

技术领域

本实用新型涉及一种针对非线性灯具负载的消谐无功补偿器，该无功补偿器既具无功补偿、提高功率因数的作用，又具有抑制谐波污染的作用，适用于城市照明电路中的高压钠灯、高压汞灯和金属卤化物灯等照明负载上使用。

背景技术

节约能源是我国经济和社会发展的一项长远战略方针。党中央对节约型社会建设工作高度重视，提出了落实科学发展观，加快节约型社会建设的要求。国家确定了“十一五”时期单位生产总值GDP能源消耗降低20％的目标。

我国照明用电约占全国总用电量的10％左右。据统计，2005年我国城市公用照明用电近50亿KWh，约1200多万盏灯具。这说明照明节电的潜力很大。随着经济发展和科技进步，市政建设和生活水平的迅速发展和提高，市政生活用电设备中，高效长寿的非线性灯具负载的比重迅速增大，特别是各种节能灯：如低压荧光灯、各种高压气体放电灯，这些灯具负载大多数容量小(几十W到几百W)，但数量多，它们的整体非线性负载特性，呈现低功率因数(COSΦ＝0.4～0.5)。

现有为了提高功率因数，通常办法是在每个灯具上并联上一电容器，以电容器对灯具进行无功补偿，使功率因数达到要求。但是，非线性灯具负载使用中会产生谐波，经实验证明，在灯具上并联了电容器还会进一步放大谐波电流，增加谐波的危害。谐波注入电网，会使公用电网电压波形发生畸变，严重地污染了电网环境，威胁着电网中各种电气设备的安全经济运行。如非线性灯具上本身配置的无功补偿电容器就会因经受不住谐波电流而损坏，寿命缩短，据珠海市路灯所统计，电容器因遭受谐波损坏一般寿命只有2-3年。电容器的损坏，一方面导致无功损耗加大，不节能；另一方面，功率因数下降不达标，供电部门就会对其进行无功损耗罚款(供电部门称附加电费)，按天津、珠海两地初步统计全年多损失的附加电费达10％；再者，购置更换电容器的费用也很具大。

因此，需要探索出一条提高非线性照明设备功率因数，减少无功压降和损耗，在常规无功补偿基础上，既不放大谐波电流，又能消除谐波公害引起有功附加损耗的节能措施。

发明内容

本实用新型目的是提供一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，既起到无功补偿的作用，提高功率因数，又抑制谐波电流，减少谐波危害。

为达到上述目的，本实用新型采用的第一种技术方案是：一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，包括三次谐振补偿支路和五次谐振补偿支路，三次谐振补偿支路和五次谐振补偿支路相并联，其并联的两端接出作为本补偿器的两连线端；所述三次谐振补偿支路由第一电感和第一电容串联构成，第一电感对于三次谐波的感抗等于第一电容对于三次谐波的容抗；所述五次谐振补偿支路由第二电感和第二电容串联构成，第二电感对于五次谐波的感抗等于第二电容对于五次谐波的容抗。

上述技术方案中的有关内容的变化及解释如下：

1、上述方案中，所述两连线端之间还并联有七次谐振补偿支路，该七次谐振补偿支路由第三电感和第三电容串联构成，第三电感对于七次谐波的感抗等于第三电容对于七次谐波的容抗。

2、上述方案中，所述两连线端间还并联接有防谐振过电压保护支路，该防谐振过电压保护支路由压敏电阻或氧化锌避雷器构成；当电路中发生谐振过电压时，压敏电阻或氧化锌避雷器阻值降低，防谐振过电压保护支路导通，保护各谐振补偿支路。此处压敏电阻应采用电压升高阻值下降的类型，压敏电阻体积小，优先采用。

3、上述方案中，所述两连线端间还可并联上9次谐振补偿支路、11次谐振补偿支路......甚至高通谐振补偿支路。

为达到上述目的，本实用新型采用的第二种技术方案是：一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，包括五次谐振补偿支路和七次谐振补偿支路，五次谐振补偿支路和七次谐振补偿支路相并联，其并联两端接出作为本补偿器的两连线端；所述五次谐振补偿支路由第二电感和第二电容串联构成，第二电感对于五次谐波的感抗等于第二电容对于五次谐波的容抗；所述七次谐振补偿支路由第三电感和第三电容串联构成，第三电感对于七次谐波的感抗等于第三电容对于七次谐波的容抗。

上述技术方案中的有关内容的变化及解释如下：

1、上述方案中，所述两连线端间还并联接有防谐振过电压保护支路，该防谐振过电压保护支路由压敏电阻或氧化锌避雷器构成；当电路中发生谐振过电压时，压敏电阻或氧化锌避雷器阻值降低，防谐振过电压保护支路导通，保护各谐振补偿支路。此处压敏电阻应采用电压升高阻值下降的类型，压敏电阻体积小，优先采用。

2、上述方案中，所述两连线端间还可并联上9次谐振补偿支路、11次谐振补偿支路......甚至高通谐振补偿支路。

本实用新型设计原理是：本实用新型以电感和电容串联构成的谐振补偿支路有针对性的对电流特别大的三次、五次和七次谐波电流进行抑制。各谐振补偿支路对其针对的谐波电流成低阻性，使这部分电流经该支路滤除，而各谐振补偿支路的对工频基波的阻抗成容性，以此实现无功补偿的作用。

各谐振补偿支路中的电容值应该满足非线性灯具负载的无功就地补偿(对各灯分别补偿)或无功集中补偿的要求。

本实用新型的应用，带来以下优点和效果：

1、本实用新型能适应城市照明配电网及其非线性灯具负载，其兼有常规无功就地补偿和抑制谐波的功能。其综合节电率一般在10～30％之间，路灯线路灯具负载电流将下降50％(功率因数从0.45提高到0.85)。上述综合节电率中，包括因谐波公害而造成2～5％的附加能耗，由于本实用新型采取了抑制谐波和无功补偿双重节电技术方案，故节电效果显著，产品投资回报率较快，能给企业和用户带来丰厚的回报。

2、本实用新型兼有常规无功就地补偿和抑制谐波的功能，降低了线路无功电流和减少了谐波电流，一般路灯线路无功电流将下降50％，谐波电流将下降60～80％，从而大大降低了线路电能损耗，也降低了路灯线路电压损失，释放了变压器及线路容量，提高了供电质量，保证了用电设备的正常运行，也发挥了用电设备的最大功效。

3、本实用新型采用了多条谐振支路，对非线性灯具负载三次、五次和七次等较大的谐波分量进行抑制，从而解决了原采用无功补偿电容器对谐波电流的放大而造成电容器过电流过热损坏，寿命降低等一系列问题。

4、本实用新型能适应单灯变功率节电的需求，可按变功率的比例组成二组滤波补偿器，随变功率切换开关同步动作，以达到全功率、降功率的无功和抑制谐波效能的分配，解决无功过补偿和欠补偿，满足滤波实效，充分发挥谐波治理和无功补偿的节电功效。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一结构示意图；

附图2为本实用新型实施例一对单相单灯补偿的应用接线示意图；

附图3为本实用新型实施例一对三相集中补偿的应用接线示意图；

附图4为本实用新型实施例一对变功率单灯单相补偿的应用接线示意图；

附图5为本实用新型实施例二结构示意图。

以上附图中：1、三次谐振补偿支路；2、五次谐振补偿支路；3、七次谐振补偿支路；4、防谐振过电压保护支路；5、压敏电阻；6、氧化锌避雷器；7、本实用新型补偿器；8、灯具装置；A、连线端；B、连线端；L1、第一电感；C1、第一电容；L2、第二电感；C2、第二电容；L3、第三电感；C3、第三电容；S1、变功率切换开关。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1所示，一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，由三次谐振补偿支路1、五次谐振补偿支路2、七次谐振补偿支路3和防谐振过电压保护支路4构成，三次谐振补偿支路1、五次谐振补偿支路2、七次谐振补偿支路3和防谐振过电压保护支路4共四条路相并联，其并联的两端接出作为本补偿器的两连线端A、B；所述三次谐振补偿支路1由第一电感L1和第一电容C1串联构成，第一电感L1对于三次谐波的感抗等于第一电容C1对于三次谐波的容抗；所述五次谐振补偿支路1由第二电感L2和第二电容C2串联构成，第二电感L2对于五次谐波的感抗等于第二电容C2对于五次谐波的容抗；所述七次谐振补偿支路3由第三电感L3和第三电容C3串联构成，第三电感L3对于七次谐波的感抗等于第三电容C3对于七次谐波的容抗；所述防谐振过电压保护支路4由压敏电阻5构成。

参见附图1所示，本实施例各电感和电容的大小设计时，因先确定功率因数提升至0.85以上所需的无功补偿总电容量(如C＝50μF)，然后按各次谐波电流的大小比值分配给第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，再按第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3来确定与之对应的第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的电感值大小。本实施例使用时，对于工频基波各谐振补偿支路的的总阻抗接近于50μF，有效地提高了功率因数，减少了无功损耗，而另一方面，各谐振补偿支路的对其针对的谐波电流呈低阻性，将谐波电流滤除，抑制了谐波。并且，因本实施例上设计有压敏电阻5作为旁路保护，当发生谐振过电压时，压敏电阻5阻值下降，电流经防谐振过电压保护支路导通，使电压值下降，保护了各谐振补偿支路。

本实施例有单灯(单相)分散方式、三相集中方式以及变功率单灯补偿等具体用法：参见附图2所示，将本实施例补偿器7具体安装于每个灯具负载端，即并联于单个灯具装置8上，以满足分散就地无功补偿和滤除谐波的要求；参见附图3所示，对于一套城市照明配电电路，在其三相输入的每相与中线间接一个本实施例补偿器7，这三个本实施例补偿器7集中安装在灯具负载配电柜的电源输出端上，以满足集中无功补偿和滤除谐波的要求。

参见附图4所示，为适应目前国内许多城市照明推行“变功率”节电措施，即非线性灯具负载在华灯初上、车水马龙时，灯具负载全功率运行。在深夜车稀人少时，灯具负载在降功率状态下运行，以节约电能。如高压钠灯400W降为250W，下降数为62.5％，250W降为150W运行，下降数为60％。上述单个灯具装置8变功率运行时，为防止无功过补偿，宜采用二个本实施例补偿器7，通过变功率切换开关S1同步调节，以满足全功率和变功率的无功补偿和滤除谐波的功能要求。

本实施例的效果是：本实施例通过谐振抑制和降低非线性灯具负载群体集合的谐波源向灯具线路和电网输出谐波造成的污染，消除和降低谐波造成的用电设备附加电能损耗；并能减小因谐波造成无功补偿电容器滤波电流放大而造成的发热损坏，以延长电容器使用寿命，确保无功补偿的效果，提高功率因数，免除用户因功率因数低遭致电费罚款。它是节能型环保产品，其节电经济效果十分显著。综合节电效果一般在10～30％之间。

实施例二：参见附图5所示，一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，由相并联的五次谐振补偿支路2、七次谐振补偿支路3和防谐振过电压保护支路4构成，其并联两端接出作为本补偿器的两连线端A、B；所述五次谐振补偿支路2由第二电感L2和第二电容C2串联构成，第二电感L2对于五次谐波的感抗等于第二电容C2对于五次谐波的容抗；所述七次谐振补偿支路3由第三电感L3和第三电容C3串联构成，第三电感L3对于七次谐波的感抗等于第三电容C3对于七次谐波的容抗；所述防谐振过电压保护支路4由氧化锌避雷器6构成。本实施例适用于供电系统中配电变压器为角形接法的场合，此时3次谐波可由角形接法形成的通路消除不进入电网，因此本实施例只需抑制五次和七次谐波。

其具体用法和效果与实施例一相同，这里不再赘述。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，其特征在于：包括三次谐振补偿支路(1)和五次谐振补偿支路(2)，三次谐振补偿支路(1)和五次谐振补偿支路(2)相并联，其并联的两端接出作为本补偿器的两连线端(A、B)；所述三次谐振补偿支路(1)由第一电感(L1)和第一电容(C1)串联构成，第一电感(L1)对于三次谐波的感抗等于第一电容(C1)对于三次谐波的容抗；所述五次谐振补偿支路(1)由第二电感(L2)和第二电容(C2)串联构成，第二电感(L2)对于五次谐波的感抗等于第二电容(C2)对于五次谐波的容抗。

2、根据权利要求1所述的非线性灯具负载的消谐无功补偿器，其特征在于：所述两连线端(A、B)之间还并联有七次谐振补偿支路(3)，该七次谐振补偿支路(3)由第三电感(L3)和第三电容(C3)串联构成，第三电感(L3)对于七次谐波的感抗等于第三电容(C3)对于七次谐波的容抗。

3、根据权利要求1或2所述的非线性灯具负载的消谐无功补偿器，其特征在于：所述两连线端(A、B)间还并联接有防谐振过电压保护支路(4)，该防谐振过电压保护支路(4)由压敏电阻(5)或氧化锌避雷器(6)构成。

4、一种非线性灯具负载的消谐无功补偿器，其特征在于：包括五次谐振补偿支路(2)和七次谐振补偿支路(3)，五次谐振补偿支路(2)和七次谐振补偿支路(3)相并联，其并联两端接出作为本补偿器的两连线端(A、B)；所述五次谐振补偿支路(2)由第二电感(L2)和第二电容(C2)串联构成，第二电感(L2)对于五次谐波的感抗等于第二电容(C2)对于五次谐波的容抗；所述七次谐振补偿支路(3)由第三电感(L3)和第三电容(C3)串联构成，第三电感(L3)对于七次谐波的感抗等于第三电容(C3)对于七次谐波的容抗。

5、根据权利要求4所述的非线性灯具负载的消谐无功补偿器，其特征在于：所述两连线端(A、B)间还并联接有防谐振过电压保护支路(4)，该防谐振过电压保护支路(4)由压敏电阻(5)或氧化锌避雷器(6)构成。

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