CN204258303U - 一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置，由零序滤波模块和无功补偿模块组成，其中：零序滤波器模块由零序滤波电抗器构成，无功补偿模块由控制器和多个并联的组合固体开关组成，通过控制器控制若干个并联的组合固体开关投切电容，进行无功补偿。控制器由测量模块、同步触发模块和推动模块组成。零序滤波模块能够将注入系统侧的零序谐波电流减小到非常小的程度；无功补偿模块采用高可靠性的无触点低压配网动态无功补偿技术，针对配网无功变化的跟踪响应速度很快，能够实时动态补偿；同时通过结合二次防雷技术充分提高装置的可靠性，有效地保证了配网的电能质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及补偿装置，尤其是涉及一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置。
背景技术
在低压配网系统中，三相四线制供电方式是最主要的供电方式，随着城市化的快速发展，出现了大量的大型商厦和写字楼，在这些建筑中存在着大量的个人计算机等办公自动化设备、变频空调等家用电器、照明电源及不间断电源等。这些设备都会在电网中产生大量的零序谐波电流，即使它们的单台功率较小，但因其总数庞大，所带来的谐波污染是极其严重的。
零序谐波电流，特别是３次谐波电流在中线上会相互叠加，使得中线电流中的谐波状况异常严重。电力系统谐波一方面使得中性线中的电流大大超过了它的设计值，造成中线故障；另一方面还会使得公用配电变压器噪声和有功损耗增加，加速绝缘老化，使故障隐患增大。电力系统谐波同时还会影响电网的电压质量，谐波电流流过系统阻抗时会产生谐波电压降，从而使电压波形发生畸变，进而影响其它用户的电力设备，并且谐波电流与各次谐波电压还会形成谐波有功和谐波无功，占用电力线路和电力设备的容量，降低供电系统的功率因素，同时随着电力电子技术发展和电力电子产品推广应用，配网系统中不断出现大量谐波，对系统造成的危害逐年增加。
在配网线路安装无功补偿电容器是补偿无功功率的重要手段，其中用接触器投切电力电容器，去补偿用户无功功率，得到了普及。但是在采用交流接触器投切电力电容器时，由于存在投切过程涌流大、操作过电压高、接触器触头烧损严重等弊病现在已经不合适宜了；并且在配网线路中，由于谐波的存在，当谐波作用于电容器时，一方面，将造成电容器的谐波过电流、过电压和过负荷，引发电容器的局部放电强度增大、绝缘老化、温度升高而过热，从而缩短了电容器的寿命和极板的机械谐波，导致电容器损坏；另一方面，电容器在谐波的作用下，将造成谐波谐振和谐波放大，给电网和电容器造成危害，进而降低了电力电子设备的使用寿命，严重时将毁坏整个电力电子设备。因此，在补偿电网无功功率的同时，抑制电网谐波也是无功补偿装置必需实现的一个重要功能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置，它集成了零序滤波、无功补偿两个大功能，其中：零序滤波模块能够将注入系统侧的零序谐波电流减小到非常小的程度；无功补偿模块采用高可靠性的无触点低压配网动态无功补偿技术，针对配网无功变化的跟踪响应速度很快，能够实时动态补偿；同时通过结合二次防雷技术充分提高装置的可靠性，有效地保证了配网的电能质量。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置，特征是：由零序滤波模块和无功补偿模块组成，其中：零序滤波器模块由零序滤波电抗器构成，零序滤波电抗器为全铁心结构，每相铁心上分布有匝数相同的两组绕组，三相轮换曲折反极性连接，即A、B、C三根铁心柱中，A根铁心柱上的两组绕组A1、A2，B根铁心柱上的两组绕组B1、B2，C根铁心柱上的两组绕组C1、C2，其中：A1的负极与B2的正极连接，B1的负极与C2的正极连接，C1的负极与A2的正极连接；无功补偿模块由控制器和偶数个并联的组合固体开关组成，每个组合固体开关是由二极管与可控硅反向并联，再与电容器组串联而成，在奇数组合固体开关中：二极管阳极和可控硅阴极的公共端接A相线，可控硅的触发端接控制器的触发信号输出端，二极管阴极和可控硅阳极的公共端接电容器组的第1脚；在偶数组合固体开关中：二极管阳极和可控硅阴极的公共端接B相线，可控硅的触发端接控制器的触发信号输出端，二极管阴极和可控硅阳极的公共端接电容器组的第2脚；电容器组的第3脚接C相线；通过控制器控制若干个并联的组合固体开关投切电容，进行无功补偿。
控制器由测量模块、同步触发模块和推动模块组成，测量模块由电流互感器、测量信号放大器和编码器组成，推动模块由光电耦合器、推动信号放大器和脉冲变压器组成，套在三相交流电路上的电流互感器的输出端与测量信号放大器串联后接编码器的输入端，编码器的输出端接同步触发模块的输入端，同步触发模块的输出端接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端与推动信号放大器串联后接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端接可控硅触发端；电流互感器采集配电网系统的无功电流数据，无功电流数据经过功率放大器放大后被送至编码器进行编码，编码器将编码的数据发送给同步触发模块，同步触发模块将接收的数据进行处理，产生A、B、C三相在相应可控硅的两端电压为零时刻的同步信号，并将此同步信号发送给推动模块中的光电耦合器，光电耦合器将接收的同步信号进行光电隔离后，通过推动信号放大器进行信号放大，放大的同步信号发送给脉冲变压器，通过脉冲变压器发出触发脉冲至可控硅的触发端。
本实用新型由零序滤波模块和无功补偿模块组成，零序滤波模块能对负载产生的基波不平衡、３倍频高次谐波电流等零序电流进行滤波；无功补偿模块通过采用组合固体开关取代传统的机械开关投切电容，无功补偿模块通过电流互感器跟踪系统的无功电流，将其传输到控制器，控制器能够实时动态的快速自动投切电容器，对系统无功功率进行补偿，而且在投切电容器时能够做到响应快，极短小过渡过程，可靠性高，无涌流和过电压。本实用新型实现了零序滤波、无功补偿两大功能，与常规的滤波和无功补偿装置相比，具有更高的效率。
工作原理：
1、当零序滤波模块中的零序滤波电抗器接入电路，如图2中，Zs为系统阻抗，ZSn为系统侧中性线阻抗，ZLn为负荷侧中性线阻抗，ZRn为滤波器零序阻抗。
由于零序电流矢量总是大小相等、方向相同，当零序谐波电流通过零序滤波电抗器时，一个线圈在一个心柱内产生的零序磁通将被绕在同一个心柱上的另外一个线圈产生的零序磁通抵消，这就使得本装置呈现出的零序阻抗很小，因此零序滤波电抗器的零序阻抗基本等于绕组的电阻（非常小），零序滤波电抗器可引导负载的零序谐波电流就近形成回路以避免注入系统，扩大影响范围。将本装置接入配网线路，通过零序滤波模块进行滤波，可以达到滤波效果；
2、无功补偿模块中的控制器在发出触发脉冲前，组合固体开关中的可控硅关断，二极管处于充电状态，电容器组通过二极管被预充电至系统电压，造成可控硅导通前的两端电压差为0。当控制器跟踪无功电流决定进行补偿时，触发脉冲的起点位于可控硅两端电压差为0的时刻，脉冲周期与电网电压一致，并联电容投入电网，输出无功，补偿完毕，停止触发，则在电流为0时，可控硅自然关断，电容器组重新充电，准备下次补偿。由无功补偿原理可知，可控硅在得到开信号、接通的延时不会超过一个周波；关断时也是这样的。也就是说本开关的开关速度小于20ms，这一进步给无功补偿柜的测量和控制带来了极大的变化。
无功补偿模块是全数字紧凑型装置，主要针对交流380V配电网，装在配电变压器的低压侧，根据无功电流的变化按权重（可编码设定）自动投切电容器，对用户侧进行三相无功补偿，补偿到变压器最大负荷时其高压侧功率因数不低于0.9。
因此，本实用新型具有如下优点：
1、本装置提出的基于曲折移相零序滤波器的研制思路，保留了无源滤波器投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，还克服了其许多缺点，如滤波特性不受电网参数影响、不对其他谐波产生放大作用、没有失谐问题等；和有源滤波器相比，成本低廉、工作可靠、过载能力强。
2、零序滤波电抗器可以实现基波零序的低阻通道，对单相负载造成的严重不平衡具有明显的负载平衡作用，同时可降低配变和配网线路的电能损耗，提高配网的电能质量。
3、无功补偿模块采用高可靠性的无触点低压配网动态无功补偿技术，能够克服以往采用交流接触器投切电容器组，因投切过程涌流大、操作过电压高、接触器触头烧损严重弊病，同时针对配网无功变化的跟踪响应速度快。
4、无功补偿模块采样的是无功电流，而非功率因数，故能做到自动实时跟踪线路无功电流，以快速自动投切电容器，实时动态进行无功补偿。
5、无功补偿模块是在双零状态时投切电容器，在投切电容器时做到响应快—极短过渡过程，可靠性高—无涌流和过电压，消除了过载的可能。
6、控制器为全硬件设计，抗干扰能力强，极稳定。
7、本装置适用于低压10KV配电网，能够有效改善电能质量，提高电网供电效率。
附图说明
图1是本实用新型的系统框图；
图2是零序滤波模块的原理图；
图3是零序滤波电抗器的原理拓扑图；
图4是无功补偿模块的原理图；
图5是组合固体开关的原理图；
图6是控制器的流程图；
图7是控制器的测量模块示意图；
图8是控制器的同步触发模块示意图；
图9是控制器的推动模块示意图；
图10是控制器的投切电容器的波形图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。
一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置，由零序滤波模块1和无功补偿模块2组成，其中：
零序滤波器模块1由零序滤波电抗器4构成，零序滤波电抗器4为全铁心结构，有三个芯柱，铁芯采用了导磁性能好、涡流损耗小的材料，绕组线圈采用扁铜线绕制，每相芯柱上分布有匝数相同的两组绕组，三相轮换曲折反极性连接，并联在三相交流电路中，即：A、B、C三根铁心柱中，A根铁心柱上的两组绕组A1、A2，B根铁心柱上的两组绕组B1、B2，C根铁心柱上的两组绕组C1、C2，其中：A1的负极与B2的正极连接，B1的负极与C2的正极连接，C1的负极与A2的正极连接；
无功补偿模块2由控制器6和偶数个并联的组合固体开关5组成，每个组合固体开关5是由二极管7与可控硅8反向并联，再与电容器组9串连而成，在奇数组合固体开关51中：二极管7阳极和可控硅8阴极的公共端接A相线，可控硅8的触发端接控制器6的触发信号输出端，二极管7阴极和可控硅8阳极的公共端接电容器组的第1脚；在偶数组合固体开关52中：二极管7阳极和可控硅8阴极的公共端接B相线，可控硅8的触发端接控制器6的触发信号输出端，二极管7阴极和可控硅8阳极的公共端接电容器组的第2脚；电容器组9的第3脚接C相线；通过控制器6控制若干个并联的组合固体开关5投切电容，进行无功补偿；
控制器6由测量模块61、同步触发模块62和推动模块63组成，测量模块61由电流互感器、测量信号放大器和编码器组成，推动模块63由光电耦合器、推动信号放大器和脉冲变压器组成，套在三相交流电路上的电流互感器的输出端与测量信号放大器串联后接编码器的输入端，编码器的输出端接同步触发模块的输入端，同步触发模块的输出端接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端与推动信号放大器串联后接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端接可控硅触发端；电流互感器采集无功电流数据，无功电流数据经过功率放大器放大后被送至编码器进行编码，编码器将编码的数据发送给同步触发模块62，同步触发模块62将接收的数据进行处理，产生A、B、C三相在相应可控硅8两端电压为零时刻的同步信号，并将此同步信号发送给推动模块63中的光电耦合器，光电耦合器将接收的同步信号进行到光电隔离后，通过推动信号放大器进行信号放大，放大的同步信号发送给脉冲变压器，通过脉冲变压器发出触发脉冲至可控硅8的触发端。
Claims (2)
1.一种低压电网零序电流治理与无功补偿装置，其特征在于：由零序滤波模块和无功补偿模块组成，其中：零序滤波器模块由零序滤波电抗器构成，零序滤波电抗器为全铁心结构，每相铁心上分布有匝数相同的两组绕组，三相轮换曲折反极性连接，即A、B、C三根铁心柱中，A根铁心柱上的两组绕组A1、A2，B根铁心柱上的两组绕组B1、B2，C根铁心柱上的两组绕组C1、C2，其中：A1的负极与B2的正极连接，B1的负极与C2的正极连接，C1的负极与A2的正极连接；无功补偿模块由控制器和偶数个并联的组合固体开关组成，每个组合固体开关是由二极管与可控硅反向并联，再与电容器组串联而成，在奇数组合固体开关中：二极管阳极和可控硅阴极的公共端接A相线，可控硅的触发端接控制器的触发信号输出端，二极管阴极和可控硅阳极的公共端接电容器组的第1脚；在偶数组合固体开关中：二极管阳极和可控硅阴极的公共端接B相线，可控硅的触发端接控制器的触发信号输出端，二极管阴极和可控硅阳极的公共端接电容器组的第2脚；电容器组的第3脚接C相线；通过控制器控制若干个并联的组合固体开关投切电容，进行无功补偿。
2.根据权利要求1所述的低压电网零序电流治理与无功补偿装置，其特征在于：控制器由测量模块、同步触发模块和推动模块组成，测量模块由电流互感器、测量信号放大器和编码器组成，推动模块由光电耦合器、推动信号放大器和脉冲变压器组成，套在三相交流电路上的电流互感器的输出端与测量信号放大器串联后接编码器的输入端，编码器的输出端接同步触发模块的输入端，同步触发模块的输出端接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端与推动信号放大器串联后接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端接可控硅触发端；电流互感器采集配电网系统的无功电流数据，无功电流数据经过功率放大器放大后被送至编码器进行编码，编码器将编码的数据发送给同步触发模块，同步触发模块将接收的数据进行处理，产生A、B、C三相在相应可控硅的两端电压为零时刻的同步信号，并将此同步信号发送给推动模块中的光电耦合器，光电耦合器将接收的同步信号进行光电隔离后，通过推动信号放大器进行信号放大，放大的同步信号发送给脉冲变压器，通过脉冲变压器发出触发脉冲至可控硅的触发端。
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