CN201466732U - 用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，由晶闸管控制电抗器(2)和滤波器组成，晶闸管控制电抗器与滤波器并联；所述晶闸管控制电抗器为三角形连接方式的三相主电路，每一相电路由一对反并联的晶闸管(7)和电抗器组成；所述滤波器为注入式并联混合有源滤波器，注入式并联混合有源滤波器(1)包括有源电力滤波器(3)和无源滤波器(6)，有源电力滤波器串联电感(4)后接入隔离变压器(5)原边，隔离变压器副边与电容C₁₁和电抗器L₁组成的串联谐振电路并联后，与电容C₁₂相串联，再与无源滤波器并联接入电网中。本实用新型能实现谐波和无功功率综合动态补偿，改善了静止无功补偿装置的滤波效果，提高了本装置的稳定性。

Description

用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置

技术领域

本实用新型涉及一种静止无功补偿装置，尤其涉及一种用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置。

背景技术

由于炼钢电弧炉在技术、经济上的优越性，它在炼钢工业中所占的比重越来越大，成为现代炼钢的重要手段。炼钢电弧炉由于其自身设备的工作特性，具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变动，产生有害的高次谐波电流，三相负荷严重不平衡产生负序电流等对电网不利的因素，使得电网电能恶化，危及发配电和大量用户，也影响电炉自身的产量、质量。目前解决上述问题的方法是采用静止无功补偿装置。常用的静止无功补偿装置的形式有：晶闸管控制电抗器型、自饱和电抗器型、晶闸管控制电容器型和晶闸管控制的高阻抗变压器型。由于炼钢电弧炉的负荷电流变化快，要求快速跟踪补偿，考虑到经济技术问题，晶闸管控制电抗器型静止无功补偿装置成为广泛采用的一种治理炼钢电弧炉的方法。

晶闸管控制电抗器型静止无功补偿装置是由无源滤波器和晶闸管控制电抗器并联构成的。无源滤波器的作用一方面是滤除谐波，另一方面提供固定的无功补偿容量，而晶闸管控制电抗器能根据电力系统实时无功需求实时提供感性无功功率，与无功源滤波器提供的固定容性无功功率相抵消，达到动态无功补偿的效果。

无源滤波器由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，是一种比较成熟的谐波治理方法。特点是结构简单、运行可靠、维护方便、投资相对较小，得到广泛的应用。缺点是有效材料消耗多、体积大；滤波效果不够理想，只能对某几次谐波有滤波效果，而可能对其他次谐波有放大作用，且滤波效果易受元件或系统参数，以及电网频率等变化的影响；在某些条件下可可能和系统发生谐振，引发故障；而且谐波源增大时滤波器负担加重，以至可能因谐波过载不能运行等。

有源滤波器是近年来迅速发展起来的一种新型滤波装置，是一种动态抑制谐波、无功的新型电力电子装置，它可以对大小都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服无源滤波器的缺点。

炼钢电弧炉，特别是在熔化期，会产生大量的谐波电流且三相电流不平衡、不对称，具有较多的3次及3的倍数次谐波，还存在一定的偶次谐波，而且谐波电流变化速度很快。因此，谐波抑制成为用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置的主要任务之一。考虑到无源滤波器存在的滤波效果不理想，易发生系统谐振等缺点，有必要对静止无功补偿装置的滤波器进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，该静止无功补偿装置能实现谐波和无功功率综合动态补偿，改善了静止无功补偿装置的滤波效果，提高了静止无功补偿装置的稳定性。

本实用新型是这样实现的：一种用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，由晶闸管控制电抗器和滤波器组成，晶闸管控制电抗器与滤波器并联；所述晶闸管控制电抗器为三角形连接方式的三相主电路，每一相电路由一对反并联的晶闸管和电抗器组成；所述滤波器为注入式并联混合有源滤波器，注入式并联混合有源滤波器包括有源电力滤波器、电感、隔离变压器、电容C₁₁及电容C₁₂、电抗器L₁和无源滤波器，有源电力滤波器串联电感后接入隔离变压器原边，隔离变压器副边与电容C₁₁和电抗器L₁组成的串联谐振电路并联后，与电容C₁₂相串联，再与无源滤波器并联接入电网中。

所述无源滤波器由单调谐滤波器、C型滤波器和二阶高通滤波器中的一种或几种并联组成。

所述串联谐振电路的谐振频率是电网基波频率。

所述有源电力滤波器主电路包括直流电源和逆变电路。

所述隔离变压器由三个单相隔离变压器组成，Y/Y的接法。

本实用新型采用了注入式并联混合有源滤波器和晶闸管控制电抗器相并联的组合方式，即注入式并联混合有源滤波器替代无源滤波器。注入式并联混合有源滤波器能够提供固定的无功补偿容量，因此静止无功补偿装置的无功补偿效果不受影响。而且该新型组合方式还具有以下优点：

1)与无源滤波器相比，注入式并联混合有源滤波器能够对于电弧炉负载变化的谐波电流进行动态补偿，明显改善了静止无功补偿装置的滤波效果，而且滤波效果不受元件或系统参数的影响。

2)由于注入式并联混合有源滤波器的有源电力滤波器容量很小，小于谐波源容量的1％，因而采用该组合方式不会增加很多的成本。

3)注入式并联混合有源滤波器解决了系统可能出现谐振的问题，提高了静止无功补偿装置的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置电路图。

图2a为本实用新型的注入式并联混合电力滤波器单相谐波域的等效电路图；

图2b为本实用新型的注入式并联混合电力滤波器单相基波域的等效电路图。

图中：1注入式并联混合有源滤波器，2晶闸管控制电抗器，3有源电力滤波器，4电感，5隔离变压器，6无源滤波器，7晶闸管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1，一种用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，由注入式并联混合有源滤波器1和晶闸管控制电抗器2组成，注入式并联混合有源滤波器1和晶闸管控制电抗器2并联。

所述晶闸管控制电抗器2的三相主电路采用三角形连接方式，每一相电路由一对反并联的晶闸管7和电抗器组成；L_ab、L_bc、L_ca分别表示ab相、bc相、ca相对应的电抗器。

所述注入式并联混合有源滤波器1主要包括有源电力滤波器3(APF)和无源滤波器6(PF)，有源电力滤波器3的主电路包括直流电源和逆变电路，逆变电路的输出串联电感4后接入隔离变压器5原边，隔离变压器5副边与电容C₁₁和电抗器L₁组成的串联谐振电路并联后，与电容C₁₂相串联，再与无源滤波器6并联接入电网中。所述隔离变压器5是采用三个单相隔离变压器，Y/Y的接法。所述无源滤波器6由单调谐滤波器、C型滤波器和二阶高通滤波器中的一种或几种并联组成。

参见图2a和图2b。图2a为注入式并联混合电力滤波器单相谐波域的等效电路图。有源电力滤波器3控制为一个受控的谐波电压源V_APFh，谐波源包括电弧炉负载和TCR两部分，可以看作是电流源I_Lh。V_sh是供电电源的谐波电压分量；Z_sh为供配电系统阻抗的谐波阻抗；Z_1h是电容C₁₁和电感L₁组成的串联谐振电路的谐波阻抗值，Z_2h是电容C₁₂的谐波容抗值；Z_th为连接电感和隔离变压器的等效阻抗；Z_PFh为无源滤波器的等效谐波阻抗；I_sh、I_APFh、I_PFh、I_2h分别对应系统谐波电流、有源电力滤波器电流、无源滤波器电流和流过电容C₁₂的电流。

有源电力滤波器3控制方式采用前馈控制方式，即V_APFh＝K·I_Lh。若不考虑电网电压中的谐波畸变，即V_sh＝0，且Z_th远小于Z_2h时，可得到系统谐波电流表达式如下：

$I_{\mathrm{sh}}=\frac{-(K-Z_{2h})I_{\mathrm{Lh}}}{Z_{\mathrm{sh}}+(\frac{Z_{\mathrm{sh}}}{Z_{\mathrm{PFh}}}+1)Z_{2h}}$

若前馈参数K满足以下等式K＝Z_2h，则系统谐波电流为零，说明此时注入式并联混合电力滤波器完全滤掉系统中的谐波电流，具有良好的滤波效果。

图2b为注入式并联混合电力滤波器单相基波域的等效电路图。有源电力滤波器3控制为一个受控的谐波电压源，因此等效的基波电压为0。电弧炉负载和TCR的等效基波阻抗为Z_L；V_s是供电电源的基波电压分量；Z₁是电容C₁₁和电感L₁串联的基波阻抗值，Z₂是电容C₁₂的基波容抗值；Z_t为连接电感和隔离变压器的等效基波阻抗；Z_PF为无源滤波器的等效基波阻抗；I_s、I_APF、I_PF、I₂分别对应系统基波电流、有源电力滤波器基波电流、无源滤波器基波电流和流过电容C₁₂的基波电流。

由于电容C₁₁和电感L₁在电网基波频率下谐振，则Z₁＝0。注入式并联混合有源滤波器产生的无功功率为电容C₁₂和无源滤波器产生的容性无功功率之和，即能够产生固定的无功补偿容量，使无功补偿装置的无功补偿效果不受影响。

Claims (5)

1.一种用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，由晶闸管控制电抗器(2)和滤波器组成，晶闸管控制电抗器(2)与滤波器并联；所述晶闸管控制电抗器(2)为三角形连接方式的三相主电路，每一相电路由一对反并联的晶闸管(7)和电抗器组成；

其特征是：所述滤波器为注入式并联混合有源滤波器(1)，注入式并联混合有源滤波器(1)包括有源电力滤波器(3)、电感(4)、隔离变压器(5)、电容C₁₁及电容C₁₂、电抗器L₁和无源滤波器(6)，有源电力滤波器(3)串联电感(4)后接入隔离变压器(5)原边，隔离变压器(5)副边与电容C₁₁和电抗器L₁组成的串联谐振电路并联后，与电容C₁₂相串联，再与无源滤波器(6)并联接入电网中。

2.根据权利要求1所述的用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，其特征是：所述无源滤波器(6)由单调谐滤波器、C型滤波器和二阶高通滤波器中的一种或几种并联组成。

3.根据权利要求1所述的用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，其特征是：所述串联谐振电路的谐振频率是电网基波频率。

4.根据权利要求1所述的用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，其特征是：所述有源电力滤波器(3)主电路包括直流电源和逆变电路。

5.根据权利要求1所述的用于炼钢电弧炉的静止无功补偿装置，其特征是：所述隔离变压器(5)由三个单相隔离变压器组成，Y/Y的接法。

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