CN201733098U - 一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置 - Google Patents

一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置 Download PDF

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王军平
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Abstract

本实用新型公开了一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，属电能质量控制技术领域。所述PID控制器2其输入端通过PID控制器1与电源电流采样电路电连接、与变压器电压采样电路及反馈电流采样电路电连接，其反馈电压采样电路与采集装置输入端电连接，其输出端依次与保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路电连接，其输出端还与信号采集装置电连接。所述PID控制器1其输入端分别与电源电流采样电路、变压器电压采样电路电连接，其输出端依次与Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路电连接，Q保护电路其输入端还与反馈电流采样电路电连接。本实用新型有效改善电能质量，确保系统的安全、稳定、经济运行，延长系统使用寿命。本装置的投用具有良好的综合节能效果。

Description

一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置
技术领域
本实用新型属于电能质量控制技术领域，特别是涉及一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置。主要用于石油钻机、矿山开采等行业。
背景技术
众所周知，无功功率及谐波对电力糸统的危害极大，使电网功率因数降低，产生高次谐波，电压波形畸变，电压波动，闪变和三相不平衡，造成电能质量下降，网络损耗增加等不良影响。石油钻采、矿山开采设备通常工作于公共电网所不及的沙漠、海洋和陆地等环境场合，其中的电站子糸统由数台柴油发电机组及其相应的控制糸统构成，为石油钻采、矿山开采设备提供动力电源。因直流电机具有驱动功率大，过载能力强，调速性能好的优点，由此石油钻机广泛采用直流电机作为驱动设备。由于直流电机在工作中需进行交直流变换，在交直流变换过程中产生很大的谐波分量，其谐波电流含有率达32％，同时功率因数也很低，功率因数只有0.42-0.63左右，造成大量的能源浪费和电能质量的降低，因此，对石油钻机电驱动糸统进行谐波滤除和提高功率因数，显得尤其重要。
传统的无功功率补偿控制器，控制投切回路采用交流接触器，是一种机械投切方式，其补偿控制器动态跟踪特性差，抗干扰性差，因此控制精度较低，容易产生电火花，无法应用于易燃易爆的场合，同时会降低触点的工作寿命。
现有无功功率补偿控制器，采用固定式电容器与晶闸管控制电抗器方式，存在如下缺点：
1.电容器固定式投入，电容一直处于投入状态，再利用一组电抗器进行负补偿，这种补偿方式虽然能提高糸统功率因数，但糸统谐波治理效果差；
2.因电容一直处于投入状态，控制电抗器的可控硅长期处于未完全导通状态，这种状态使糸统功耗大，热量高；
3、石油钻机、矿山开采等行业，由于工作环境的复杂多变，经常造成负载的突加或突卸，从而引起由柴油发电机组组成的小电网电压大幅度波动，导致负载无法正常工作。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有谐波滤除及无功补偿装置技术中的不足，提供“一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置”。该装置结构设计合理、成本低、使用安全、可靠。采用全数字控制糸统，实现高速在线动态监测，糸统响应时间缩短到20ms，有效滤除4次、5次、7次、11次谐波，谐波电流吸收率大于80％以上；大幅度提高糸统的功率因数，糸统功率因数可达0.93以上，有效降低发电设备和供电线路的损耗；有效改善电能质量，确保糸统的安全、稳定、经济运行，延长糸统使用寿命。
为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，包括有信号采集装置、人机界面装置、电抗控制装置、谐波滤除装置。所述电抗控制装置由PID控制器2、保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路组成。所述PID控制器2其输入端通过PID控制器1与电源电流采样电路电连接、与变压器电压采样电路及反馈电流采样电路电连接，其反馈电压采样电路与采集装置输入端电连接，其输出端依次与保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路电连接，其输出端还与信号采集装置电连接。
所述谐波滤除装置由PID控制器1、Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路组成。所述PID控制器1其输入端分别与电源电流采样电路、变压器电压采样电路电连接，其输出端依次与Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路电连接，Q保护电路其输入端还与反馈电流采样电路电连接。
所述PID控制器包括有信号检测单元、信号数据处理单元。
所述保护电路包括有装置保护单元、装置报警单元及信号检测单元。所述
保护电路，一路最多保护2路滤波补偿回路。
所述触发电路为每两个触发器组成一路触发电路。所述触发电路至少设置3路。
所述电抗回路其电抗器组的连接方式为△形接法。
所述滤波回路其电容器组的连接方式包括△形接或Y接法。
本实用新型的工作原理：
本装置由TSF无源滤波装置和TCR相控电抗器电路组成，无源滤波补偿装置根据补偿容量的大小设计有多条3次滤波支路、4次滤波支路、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路。滤波装置采用可控硅零电流自动投切方式，采样信号来自经600/100变压器变为100V的各变压器低压进线铡总开关A相电流和低压侧B、C相电压，当变压器从糸统中吸收的无功电流超过设定值时，由控制器发出触发信号，由可控硅实现滤波装置的投入和切除，投入顺序为3-4-5-7-11次，切除顺序为11-7-5-4-3次。
本实用新型与现有无功补偿装置相比具有如下优点：
1.本实用新型结构设计合理、成本低、使用安全、可靠，有效滤除谐波，谐波电流吸收率大于80％以上；大幅度提高糸统的功率因数，糸统功率因数可达0.95以上，有效改善电能质量，确保糸统的安全、稳定、经济运行，延长糸统使用寿命；
2.装置采用全数字控制糸统，实现高速在线动态监测，动态补偿，可控硅过零高速投切，并配置专用的保护电路，投切无冲击、无震荡、无过渡过程，糸统响应时间20ms，完全满足负载，如直流电驱动钻机输出功率变化快的要求；
3.装置主回路投切开关采用晶闸管无触点投切方式，并配置专用的保护吸收电路，完全满足负载，如直流电驱动钻机输出功率变化范围大的的要求，有效提高了糸统的可靠性和使用寿命；
4.装置根据补偿容量大小，无源滤波补偿装置设计有多条3次滤波支路、4次滤波支路、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路，有效滤除3次、4次、5次、7次、11次谐波，谐波电流吸收率大于80％以上。总安装容量范围在800-7200Kvar；
5.因装置既设置有谐波滤除电路，又设置有TCR相控电抗器电路，大幅度提高了糸统的功率因数，糸统功率因数可达0.95以上，有效降低发电设备和供电线路的损耗；有效改善电能质量。本装置投用后具有良好的综合节能效果。
附图说明
图1是本实用新型的方框原理示意图。
图2是本实用新型实施例主电路接线图
图3是未使用本实用新型前的功率波形图。
图4是本实用新型的功率波形图。
图5是未使用本实用新型前的电流、电压波形图。
图6是本实用新型的电流、电压波形图。
图7是未使用本实用新型前的电流谐波图。
图8是本实用新型的电流谐波图。
图9是未使用本实用新型前的电压谐波图。
图10是本实用新型的电压谐波图。
具体实施方式
下面通过非限制性实施例，进一步阐述本实用新型，理解本实用新型。
实施例
本实用新型如图1所示，一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，包括有信号采集装置、人机界面装置、电抗控制装置、谐波滤除装置，所述电抗控制装置由PID控制器2、保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路组成。所述PID控制器2其输入端通过PID控制器1与电源电流采样电路电连接、与变压器电压采样电路及反馈电流采样电路电连接，其反馈电压采样电路与采集装置输入端电连接，其输出端依次与保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路电连接，其输出端还与信号采集装置电连接。
所述谐波滤除装置由PID控制器1、Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路组成，所述PID控制器1其输入端分别与电源电流采样电路、变压器电压采样电路电连接，其输出端依次与Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路电连接，Q保护电路其输入端还与反馈电流采样电路电连接。
所述PID控制器包括有信号检测单元、信号数据处理单元。所述保护电路包括有装置保护单元、装置报警单元及信号检测单元。
如图2所示。
滤波回路设计及基波容量分配：
4次谐波H4    滤波支路4条  基波补偿容量80×4Kvar，
5次谐波H5-1  滤波支路1条  基波补偿容量200Kvar，
       H5-2  滤波支路1条  基波补偿容量200Kvar，
7次谐波H7    滤波支路1条  基波补偿容量160Kvar，
11次谐波H11  滤波支路1条  基波补偿容量120Kvar，
滤波补偿回路装置技术参数：
  H4   H5-1   H5-2   H7   H11   合计
  电力电容
  电容器额定电压(KV)   0.8   0.8   0.8   0.8   0.8
  电容器安装容量(Kvar)   142×4   356   356   285   213   1778
  电容器输出容量(Kvar)   80×4   200   200   160   120   1000
  电抗器
  电感量(mh)   0.861   0.244   0.244   0.155   0.084
  晶闸管KP-   400-38   1200-38   1200-38   900-38   900-38
  整流管ZP-   400-38   1200-38   1200-38   900-38   900-38
本实施例共选用2路控制器，4路保护器，8路触发器，8组电容器，8个电抗器；其电容器，电抗器根据用户实际需要选型。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，该实施例通过使用、测试有效提高电能质量。如下表：
Figure BSA00000148578700081
1.5、7、11次谐波电流吸收率达80％以上，13次谐波电流吸收率达50％以上；
2.电压谐波总畸变率(THD)＜5％，5次电压谐波畸变率＜4％；
3.各次谐波都符合GB/T14549-93标准要求。
通过以上的实施例及使用测试，本实用新型具有结构设计合理、成本低、使用安全、可靠的优点。采用全数字控制糸统，实现高速在线动态监测，糸统响应时间为20ms，有效滤除4次、5次、7次、11次谐波，谐波电流吸收率大于80％以上；大幅度提高糸统的功率因数，糸统功率因数可达0.95以上，有效降低发电设备和供电线路的损耗；有效改善电能质量，确保糸统的安全、稳定、经济运行，延长糸统使用寿命。本装置的投用具有良好的综合节能效果，对降低使用成本具有十分重要的经济意义。

Claims (8)

1.一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，包括有信号采集装置、人机界面装置、电抗控制装置、谐波滤除装置，其特征在于，所述电抗控制装置由PID控制器2、保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路组成，所述PID控制器2其输入端通过PID控制器1与电源电流采样电路电连接、与变压器电压采样电路及反馈电流采样电路电连接，其反馈电压采样电路与采集装置输入端电连接，其输出端依次与保护电路、触发电路2、晶闸管电路2及电抗回路电连接，其输出端还与信号采集装置电连接，所述谐波滤除装置由PID控制器1、Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路组成，所述PID控制器1其输入端分别与电源电流采样电路、变压器电压采样电路电连接，其输出端依次与Q保护电路、触发电路1、晶闸管电路1及滤波回路电连接，Q保护电路其输入端还与反馈电流采样电路电连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述PID控制器包括有信号检测单元、信号数据处理单元。
3.根据权利要求1所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述保护电路包括有装置保护单元、装置报警单元及信号检测单元。
4.根据权利要求1所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述触发电路为每两个触发器组成一路触发电路。
5.根据权利要求1所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述电抗回路其电抗器组的连接方式为△形接法。 
6.根据权利要求1所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述滤波回路其电容器组的连接方式包括△形接或Y接法。
7.根据权利要求3所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述保护电路，一路最多保护2路滤波补偿回路。
8.根据权利要求4所述的一种具有谐波滤除作用的无功补偿装置，其特征在于，所述触发电路至少设置3路。 
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