CN203406618U - 三相共补的动态无功功率补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于三相共补的动态无功功率补偿装置，包括接在A、B、C三相电路上的电抗器和电容器，其特征是：高压线路经自动开关DK引下的A、B、C三相电路经过接触器或复合开关后分接两路电抗器，其中一路电抗器的电感线圈接单个电容CN的一极，电容CN的另一极接零线；另一路电抗器的电感线圈T1、T2、T3端子接电容组端子，所述的电容组采用三角形接法，T1端子接电容器C1和C2的一极，T2端子接电容器C1和C3的一极，T3端子接电容器C2和C3的另一极。本实用新型用于电力系统的动态无功补偿，能够控制实现注入电网谐波最小化，比传统无功功率补偿装置具有更理想的综合性能。

Description

三相共补的动态无功功率补偿装置

技术领域

本实用新型涉及用于消除电力设备的非线性负荷产生的装置，特别是三相共补的动态无功功率补偿装置。

背景技术

随着电力行业的发展，在供电系统中非线性负荷(变频调运装置、电机软启动装置、磁饱和稳压装置、大型整流装置、通讯设备、医疗设备、电焊机组、大型超市灯具照明等)日趋增多，这些设备在运行时，台造成电压波形变化，产生高次谐波，使电网的功率因数降低，增大波纹系数f对电网造成很大的危害，尤其是在无功补偿电路中电容器会对高次谐波进行放大，使合闸瞬间产生涌流，电路严重过载，电容器被击穿，造成短路危及设备运行人身安全，甚至酿成爆炸引起火灾。

无功补偿：在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。无功补偿可以收到下列的效益：①提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗；③合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；④在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

目前报道的无功功率补偿装置有一些，经过检索，我们查到以下的公开文献：

1、中国专利，名称: 动态实时低压无功功率补偿装置  申请（专利）号: 　  CN201010236392.3 公开（公告）号: CN102340143A  申请（专利权）人: 裕成电器有限公司  地址:江苏省江都市真武镇邵真路4号发明（设计）人: 杭平;柏素宏;刘春晖  摘要: 动态实时低压无功功率补偿装置。控制运算器通过传感装置与电网相连，控制运算器通过信号线与投切执行机构相连，投切执行机构由可控硅和接触器并联组成，投切执行机构通过控制线与补偿电容相连。由于控制运算器对电网的状况进行即时采样，并将处理后的数据送入投切执行机构，而由于投切执行机构中可控硅的快速导通特性，实现了电压过零投入，电流过零切除的动态补偿，且其响应时间可达到小于10毫秒，能抑制3到11次的谐波。 

2、中国专利，名称: 动态无功功率补偿装置  申请（专利）号: CN201110280399.X 申请日: 2011.09.21  公开（公告）号: CN102340144A 申请（专利权）人: 苏州汉风科技发展有限公司  地址: 江苏省张家港市经济开发区东区大道北端西侧 发明（设计）人:  赵剑锋;倪喜军;季振东;叶超;王建坤  摘要:一种动态无功功率补偿装置，它包括计算机系统、复数组单相无功补偿控制单元和人机控制界面，其中，计算机系统通过总线通讯单元分别与各单相无功补偿控制单元连接，且每一单相无功补偿控制单元包括功率因数控制器、触摸屏和复数机柜单元，每一机柜单元包括综合电能变送器、电压电流变送器、过电压保护器、进线隔离开关、控制器件组、电容、出线隔离开关，综合电能变送器、电压电流变送器设置在线路之上，过电压保护器并联在线路上，进线隔离开关、快速熔断器、控制器件组、电容、出线隔离开关串联，然后并联在线路上。本发明可有效补偿无功功率，提高功率因数，减少闪变、消除涌流、抑制三相不平衡、维持输电系统稳定性，节约能源。 　 

3、中国专利，名称:无功功率补偿装置，申请（专利）号: CN201220213061.2 申请日: 　  2012.05.14，公开（公告）号: CN202524098U 申请（专利权）人: 迟君平，地址:北京市朝阳区呼家楼京广中心商务楼9层得利满公司  摘要: 本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种无功功率补偿装置，包括整流桥、电容器、三个电抗器，所述整流桥与电源相连，所述电容器与整流桥相连，所述三个电抗器并联接入电力系统，在所述电容和所述三个电抗器之间，还并联有六个绝缘栅双极晶体管，所述每个绝缘栅双极晶体管与一个二极管反向并联，其中，所述二极管是高反向电阻点接触型二极管。通过控制所述六个绝缘栅双极晶体管的通断能够将所述电容器上的直流电压转变为与电力系统电压同步的三相交流电压。本实用新型提供的技术方案具有扩展性好，可实现动态、连续、同步补偿，不产生谐波，相应速度快，提高功率因数，减少线路损耗等优点。  

4、中国专利，名称:智能型动态无功功率补偿装置，申请（专利）号: 　  CN200520003874.9 申请日: 2005.01.21，公开（公告）号: CN2775908 申请（专利权）人: 广东鹏鑫电气科技有限公司，地址:广东省兴宁市官汕一路赤巷口，发明（设计）人: 刘伟雄;温永虹;何耿新;曾辉云;罗颂华  摘要: 一种智能型动态无功功率补偿装置，它包括断路器、熔断器组、投切调节器、电容器组、避雷器和智能型中央处理系统，装置由主回路及二次回路组成，主回路由断路器、熔断器组、投切调节器、电容器组和避雷器组成，二次回路(即控制回路)包括智能型中央处理系统、投切调节器中的控制端子，本产品的优点是与变压器在电网上运行时实现欠压、过压保护，根据用电量变化自动启动调节无功功率快速补偿，具有强抗干扰能力，实时采集、记录、储存运行参数，通过RS232接口与计算机/手机连接实现配电网自动化节能。 

上述公开文献报道的无功功率补偿装置还存在以下不足之处：有的结构复杂，成本较高；有的对系统参数敏感，易发生谐波电压放大甚至谐振的现象；有的必须与大容量滤波器同时使用，输出无功电流随母线电压降低而线性降低，不具备过载能力；效果不是很好，起不到根本的抑制及滤波作用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种三相共补的动态无功功率补偿装置，用于电力系统的动态无功补偿，能够控制实现注入电网谐波最小化，比传统无功功率补偿装置具有更理想的综合性能。

本实用新型的技术方案以下面方式实现：

三相共补的动态无功功率补偿装置，包括接在A、B、C三相电路上的电抗器和电容器，其特征是：高压线路经自动开关DK引下的A、B、C三相电路经过接触器或复合开关后分接两路电抗器，其中一路电抗器的电感线圈接单个电容CN的一极，电容CN的另一极接零线；另一路电抗器的电感线圈T1、T2、T3端子接电容组端子，所述的电容组采用三角形接法，T1端子接电容器C1和C2的一极，T2端子接电容器C1和C3的一极，T3端子接电容器C2和C3的另一极。

所述的电抗器设有铁芯，铁芯部分采用环形间隙结构，高导磁纳米材料，经粉末冶金压制而成，导磁率ui80000-100000以上。

所述的自动开关DK接有防短路的电阻R。

本实用新型的优点：

一、本实用新型的无功功率补偿装置，既能动态补偿无功，也能动态补偿谐波，属于目前最先进的第三代无功补偿产品。

它是新一代静止无功发生器，是无功补偿领域最新技术应用的代表。并联于电网中，相当于一个可变的无功电流源，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。当采用直接电流控制时，直接对交流侧电流进行控制，不仅可以跟踪补偿冲击型负载的冲击电流，而且可以对谐波电流也进行跟踪补偿。它可在系统扰动时进行连续、平滑、动态、快速的无功补偿，维持系统电压，提高系统稳定性。将本实用新型应用于缺乏电源支撑的大型负荷中心，可加强负荷中心的受电能力，提高其电压稳定性，防止大规模甩负荷和电网电压崩溃事故的发生。同时该装置的投运，可有效消除无功电流、谐波电流在线路及变压器中产生的大量损耗，降低能耗，节约电费支出。

该装置通过控制功率因数、电压调节、 负序电流或电压补偿、 抑制闪变、 动态共振阻尼等产品特征来改善电能质量，提升可靠性，加强电网稳定并提高输电能力。 

 二、与其他无功补偿装置的功能特点对比：本实用新型以大功率三相电压型逆变器为核心，其输出电压通过连接电抗接入系统，与系统侧电压保持同频、同相，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质，当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。

当用于输电网，可提高电力系统稳定性、增加系统阻尼、抑制系统振荡，从而大幅度提高电压传输能力。

当用于配电网，可针对波动负载进行快速有效的动态无功补偿，对电压波动与闪变、负荷不平衡、功率因数及谐波进行补偿，在有效改善电能质量同时，可取得明显的节能降耗效益，例如，当用于电弧炉、电石炉等负载进行补偿时，平均耗电往往可降低4%-15%，经济效益非常显著。

（1）能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿；

（2）基于IGBT逆变器，为可控电流源型补偿装置，不会发生谐波放大及谐振，对系统参数不敏感，安全性与稳定性好；现有无功功率补偿装置对系统参数敏感，易发生谐波电压放大甚至谐振的现象；

（3）不仅不产生谐波，而且同时具备谐波补偿功能，在动态无功补偿的同时，可对13次以下的谐波进行滤除。而现有无功功率补偿装置在补偿无功功率同时产生大量谐波，导致必须与大容量滤波器同时使用；

（4）响应时间约40-60ms，用于配电网时，闪变抑制效果要比现有技术好2-3倍；用于输电网时，提高系统稳定性的效果更优；

（5）现有无功补偿装置阻抗型特性，输出无功电流随母线电压降低而线性降低；本实用新型是电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响。本实用新型的电流源特性也使其具备较强的短期过载能力，可用来进一步提高电力系统稳定性，而现有无功功率补偿装置不具备过载能力；

（6）本实用新型为电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，电流源特性也使其具备较强的短期过载能力，可用来进一步提高电力系统稳定性，而现有无功功率补偿装置是阻抗型特性，输出无功电流随母线电压降低而线性降低，不具备过载能力；

（7）本实用新型采用H桥串联的链式结构，直接接入6kV、10kV、35kV系统，成本降低。而且具备N+1冗余结构，相一个链节单元损坏后仍可继续满负荷运行，装置自身运行可靠性高。

（8）模块化，冗余化设计，可靠性高，维护方便，本实用新型单元可以互换，模块化的本实用新型可单独检修，相互间无影响。

（9）采用先进热管散热技术，提高功率模块可靠性，光纤驱动技术提高系统抗干扰能力。

（10）本实用新型占地面积小，是同容量传统现有无功功率补偿装置的1/3到1/2，移动性、扩展性好。

（11）本实用新型能在一定范围内提供有功功率，减少有功功率冲击；现有无功功率补偿装置只能提供无功功率；

（12）本实用新型中电感采用了与现有无功功率补偿装置完全不同的技术和制作工艺，铁芯以导磁粉末直接压制成型的环体，环体上设剖槽以产生气隙，产品性能稳定可靠，不会饱和，磁路分布均匀，大大降低了空载激磁电流和空载损耗，运行过程中电磁噪声显著降低；还具有节约能耗、体积小、散热好、温升低、重量轻、安装方便等特点，并采用防护外壳结构，进出线端子、接地端子均在外，有利于用户接线。

（13）本实用新型采用开关损耗低的IGBT器件，总体有功损耗低，使本实用新型的运行损耗要比同容量现有无功功率补偿装置小2到3倍，运行成本低；节电效果显著。

三、本实用新型动态无功补偿装置及有源谐波治理装置系统特色：

1、具备抗谐波功能，更保障系统安全。它是可控电流源，只补偿基波无功电流，系统谐波电流不会造成补偿设备损坏，使其寿命延长、维护工作量少。同时避免串电抗的电容器组可能造成的谐波放大，防止系统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏；

2、 动态连续平滑补偿，更高速的响应速度使对电压闪变的补偿效果更好。可跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可吸收无功，彻底杜绝了无功倒送的情况；

3、能够解决负荷的不平衡问题；

4、不仅不产生谐波，而且能在补偿无功功率的同时动态补偿谐波；

5. 电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响，而传统现有无功功率补偿装置含阻抗型特性，输出电流随母线电压线性降低。

四、本实用新型大功率动态无功补偿装置及有源谐波治理装置，广泛应用于380V 、690V 、1140V 、3kV、6kV、10kV、35kV、66kV等级供配电系统及大中型工矿企业变电站。这些应用如：电力、钢铁、煤矿、铁道、石油、机械、冶炼、化工、造船、港口、轻工、建材、矿山等，无功负荷较大且波动频繁的场合。　

 五、本实用新型动态无功补偿装置及有源谐波治理装置的价值：

高耗能的工业大用户在我国总用电负荷中占了较大比重，如冶金、矿山、石油、化工等，大用户一般都有自己的电网系统，供电公司会对这些大用户的功率因数与电能质量进行严格考核，SVG 

 就近提供负载所需的无功功率，避免负载与电源进行无功功率交换，可以对大用户的内部电网进行综合无功补偿，达到供电公司对其功率因数与电能质量的要求。这就意味着，动态无功补偿装置及有源谐波治理装置：

（1）减少了由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失；

（2）减少了由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失；

（3）减少了生产或用电设备的损耗，提高了系统的稳定性。

（4）增加电网的传输能力，提高设备利用率、生产质量和生产效率，降低生产成本

（5）减少电费支出、增加设备出力的同时企业自身取得节能降耗的巨大效益。

附图说明

图1是三相共补的动态无功功率补偿装置电路图（30Kvar）。

图2是三相共补的动态无功功率补偿装置电路图，串联，（60Kvar）。

图3是图1、图2中的电抗器具体电路图。

图4是具有环形间隙结构的电抗器铁芯示意图。

图1、2、3中：DK-自动开关，CJ-接触器或复合开关，R-接地电阻，CN-电容，X-谐波抑制器或消谐滤波器，L1、L2、L3-CJ触点,T1、T2、T3-电抗器，CN、C1、C2、C3电容。

图4中，1-电抗器环形铁芯，2-间隙。

具体实施方式

如图1所示，三相共补的动态无功功率补偿装置，包括接在A、B、C三相电路上的电抗器和电容器，其特征是：高压线路经自动开关DK引下的A、B、C三相电路经过接触器或复合开关后分接两路电抗器，其中一路电抗器的电感线圈接单个电容CN的一极，电容CN的另一极接零线；另一路电抗器的电感线圈T1、T2、T3端子接电容组端子，所述的电容组采用三角形接法，T1端子接电容器C1和C2的一极，T2端子接电容器C1和C3的一极，T3端子接电容器C2和C3的另一极。自动开关DK到A、B、C三相电路间接有防短路的电阻R，R也可以是避雷器。

所述的电感有铁芯，铁芯采用环形间隙结构，见图4，高导磁纳米材料，经粉末冶金压制而成，导磁率ui80000-100000以上。

所述的三相共补的动态无功功率补偿装置可以串联起来使用，适应不同功率的需要。如图2。

以下是图1和图2的动态无功功率补偿装置需要配备的附属设备及参数数据表。

                                                    

Claims (3)

1.一种三相共补的动态无功功率补偿装置，包括接在A、B、C三相电路上的电抗器和电容器，其特征是：高压线路经自动开关DK引下的A、B、C三相电路经过接触器或复合开关后分接两路电抗器，其中一路电抗器的电感线圈接单个电容CN的一极，电容CN的另一极接零线；另一路电抗器的电感线圈T1、T2、T3端子接电容组端子，所述的电容组采用三角形接法，T1端子接电容器C1和C2的一极，T2端子接电容器C1和C3的一极，T3端子接电容器C2和C3的另一极。

2.根据权利要求1所述的三相共补的动态无功功率补偿装置，其特征在于：所述的电抗器设有铁芯，铁芯部分采用环形间隙结构，高导磁纳米材料，经粉末冶金压制而成，导磁率ui80000-100000以上。

3.根据权利要求1所述的三相共补的动态无功功率补偿装置，其特征在于：所述的自动开关DK接有防短路的电阻R。

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