CN207200288U - 一种基于无源无功补偿和apf的混合补偿装置 - Google Patents

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吴世均
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Abstract

本实用新型涉及电力系统设备技术领域，具体来说是一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，电网的电网侧三相连接线上分别设有系统电流互感器，系统电流互感器与APF有源电力滤波器相连，APF有源电力滤波器与无功补偿控制器相连，电网的负载侧与无功补偿控制器相连，电网与无功补偿控制器之间的连接线路上设有APF有源电力滤波器，无功补偿控制器与若干无功补偿电路相连，若干无功补偿电路与负载的三相连接线相连。本实用新型同现有技术相比，其优点在于：APF具有滤除2—50次谐波和补偿无功两大功能，并能设置工作优先级，这将传统的APF和SVG两大产品的功能融为一体。APF的全响应时间小于10ms，实现了快速响应的要求；具备通信功能和运行条件判断功能。

Description

一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置
[技术领域]
本实用新型涉及电力系统设备技术领域，具体来说是一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置。
[背景技术]
现代工业电网中，非线性工业设备应用越来越多，比如：变频器、中频炉、大型照明设备、充电桩等等，使得电网中不但有无功电流的存在，还有大量的谐波电流，传统的无源无功补偿装置，在有大量谐波电流的电网中，谐波电流会流进无源无功补偿装置的电容器，使电容器发热严重，大大缩短电容器的寿命。
同时，谐波电流是一种频率大于50Hz的高频电流，无源无功补偿装置是电抗和电容串联装置，存在谐振点，谐振频率为：如果电网中存在频率为f0的谐波电流，或谐波电流的频率非常接近f0，那么该次谐波电流就会产生谐振发放大，威胁整个供电电网的安全。
在一些负载变化激烈的电网中，比如说电网负载主要是电焊机设备，或是轧钢机设备中，电网负荷由空载负荷增加到满载负荷，或是由满载负荷变为空载负荷的时间往往小于100ms，传统的无源无功补偿装置响应速度根本无法满足实际需求，这用会造成不断地欠补偿和过补偿。
因此，需要设计一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置。
[实用新型内容]
本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，提供一种混合补偿装置，在无源无功补偿装之前，增加一种滤出谐波电流的装置，既可以滤除谐波电流，又可以补偿无功电流，还满足快速响应的要求，且较之于有源无功补偿装置(SVG)还有很大的价格优势。
为了实现上述目的，设计一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，包括无功补偿控制器和APF有源电力滤波器，其特征在于电网的电网侧三相连接线上分别设有系统电流互感器，所述的系统电流互感器与APF有源电力滤波器相连，所述的APF有源电力滤波器与无功补偿控制器相连，所述电网的负载侧与无功补偿控制器相连，所述的电网与无功补偿控制器之间的连接线路上设有APF有源电力滤波器，所述的无功补偿控制器与若干无功补偿电路相连，若干无功补偿电路与负载的三相连接线相连，负载的三相连接线上还连接有避雷器电路。
所述电网的电网侧A相、B相、C相连接线上分别连接有系统电流互感器TA1、系统电流互感器TA2和系统电流互感器TA3，系统电流互感器TA1的S1端与APF有源电力滤波器的AIS+端相连，系统电流互感器TA2的S1端与APF有源电力滤波器的BIS+端相连，系统电流互感器TA3的S1端与APF有源电力滤波器的CIS+端相连，所述的系统电流互感器TA1、系统电流互感器TA2和系统电流互感器TA3地S2端相连后与APF有源电力滤波器的SI-端相连。
所述APF有源电力滤波器的RS485A端与无功补偿控制器的RS485A端相连，所述APF有源电力滤波器的RS485B端与无功补偿控制器的RS485B端相连。
所述的无功补偿电路的个数为6个，分别于无功补偿控制器的6个输出接口相连。
所述的避雷器电路包括三个与负载的A1相、B1相和C1相连接线分别相连的电感，三个电感另一端相连后接地。
所述的电网负载侧的零线与APF有源电力滤波器相连，电网负载侧的A相、B相、C相连接线分别与隔离开关熔断器组QSA连接，隔离开关熔断器组QSA的另一端与APF有源电力滤波器和无功补偿控制器相连后再分别与负载的A1相、B1相和C1相连接线对应相连，隔离开关熔断器组QSA与无功补偿控制器之间还依次串联有熔断器和电阻箱ZX，所述的无功补偿电路包括分别与负载的A1相、B1相和C1相连接线相连的三个熔断器，所述熔断器的另一端与交流接触器相连后连接电抗器，三个电抗器的另一端分别与三角形线路的三个端点相连，所述的三角形线路是由三个电容首尾相连构成，所述交流接触器的线圈一端与断路器串联后连接至无功补偿控制器，线圈另一端与显示灯相连后连接至零线，线圈的还有一端与开关相连，显示灯与所述的开关相连后连接至负载的C1相连接线。
本实用新型同现有技术相比，其优点在于：
第一：APF具有滤除2—50次谐波和补偿无功两大功能，并能设置工作优先级，这将传统的APF和SVG两大产品的功能融为一体。
第二：APF的全响应时间小于10ms，实现了快速响应的要求；
第三：具备通信功能和运行条件判断功能。
[附图说明]
图1是本实用新型的电原理图；
图2是本实用新型APF有源电力滤波器的部分连接示意图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本实用新型作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
混合无功补偿装置中有两大设备，第一种是无源无功补偿装置，它的作用是补偿电网中的无功电流，要求容量足够大，电网在稳态时，主要的无功补偿工作由它完成；第二种是APF，它主要是滤除谐波电流和补偿无功电流，要求容量足够大，滤除指定次数谐波电流为第一工作优先级，即APF优先是滤除谐波电流，剩余容量来补偿无功电流。
参见图1-2，所述的电网负载侧的零线与APF有源电力滤波器相连，电网负载侧的A相、B相、C相连接线分别与隔离开关熔断器组QSA连接后分别于熔断器FU4、FU5和FU6相连，熔断器FU4、FU5和FU6后分别串联有电阻箱ZX-11、ZX-12和ZX-13，电阻箱ZX-11、ZX-12和ZX-13分别与无功补偿控制器的取样电压接口相连，电阻箱ZX-11还与无功补偿控制器的控制输出回路的一个端口相连，隔离开关熔断器组QSA的另一端与APF有源电力滤波器和无功补偿控制器相连后再分别与负载的A1相、B1相和C1相连接线对应相连，隔离开关熔断器组QSA与无功补偿控制器之间还依次串联有熔断器和电阻箱ZX，本实施方式中，无功补偿电路的个数为六个，以其中一个为例，所述的无功补偿电路包括分别与负载的A1相、B1相和C1相连接线相连的三个熔断器，三个熔断器构成熔断器组FU11，所述熔断器的另一端与交流接触器KM1相连后连接电抗器，三个电抗器构成电抗器组L1，三个电抗器的另一端分别与三角形线路C1的三个端点相连，所述的三角形线路C1是由三个电容首尾相连构成，所述交流接触器的线圈一端与断路器DL1串联后连接至无功补偿控制器地ZX-21端，线圈另一端与显示灯HG1相连后连接至零线，线圈的还有一端与开关相连，显示灯HG1与所述的开关相连后连接至负载的C1相连接线，负载的零线与电网的零线相连。
参见图1，TA1、TA2、TA3为三个系统电流互感器，APF通过它们测量出电网电流，通过快速傅里叶变换(DFT)可知，电网中的基波电流电流和各次谐波电流，计算出电网侧THDi，再通过锁相环测量出基波电流和电压的相位，就能够得到电网中的有功电流和无功电流，以及无功电流是的相位(感性无功、容性无功)和系统侧功率因数。APF发出频率相同、相位相反、幅值相同的电流的来滤除谐波电流和补偿无功电流。这里假设TA1、TA2、TA3测量的电流为IS，APF发出的电流为ID,则负载的电流为注意这里的是矢量相减，对负载电流进行快速傅里叶变化和锁相环计算，就可以得到负载侧有功电流大小、无功电流大小及相位、以及负载侧功率因数。将系统侧各次谐波电流值、THDi、功率因数、负载侧有功电流电流大小、无功电流大小及相位、负载侧功率因素通过RS485通信传输给无功补偿控制器。无功补偿控制首先判断系统侧THDi，要求THDi小于5％；再判断负载侧无功电流的相位，要求为感性无功；在上诉两个要求满足的情况下，无功补偿装置可根据负载侧无功电流大小来投入运行。
在电网动态变化过程中，例如负载电流由小快速变大，负载侧无功电流也会快速变大，传统的无功补偿装置，动态响应速度大于1s，当负载无功变化速度小于1s时，这时电网中就会出现欠补，也就是电网侧功率因素变小，如果小于0.95就无法满足国家标准。APF的全响应速度小于10ms，也就是APF检测到无功电流变化，到它发出电流补偿完无功电流的时间小于10ms。这样APF首先补偿增大部分的无功，系统侧的功率因数就不会较小，但是负载侧的功率因数减小了，无功补偿装置再根据负载侧的功率因数和无功电流来补偿电网的的无功电流，这时APF就会减小补偿电流输出，最终由无功补偿装置来补偿无功。
同理当电流中无功电流忽然减小时。这样易造成过补，也就是电网中出现容性电流，这是电网中不允许出现的，利用APF快速响应的特点，发出感性无功，就可以补偿掉因过补出现的容性无功电流。

Claims (6)

1.一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，包括无功补偿控制器和APF有源电力滤波器，其特征在于电网的电网侧三相连接线上分别设有系统电流互感器，所述的系统电流互感器与APF有源电力滤波器相连，所述的APF有源电力滤波器与无功补偿控制器相连，所述电网的负载侧与无功补偿控制器相连，所述的电网与无功补偿控制器之间的连接线路上设有APF有源电力滤波器，所述的无功补偿控制器与若干无功补偿电路相连，若干无功补偿电路与负载的三相连接线相连，负载的三相连接线上还连接有避雷器电路。
2.如权利要求1所述的一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，其特征在于所述电网的电网侧A相、B相、C相连接线上分别连接有系统电流互感器TA1、系统电流互感器TA2和系统电流互感器TA3，系统电流互感器TA1的S1端与APF有源电力滤波器的AIS+端相连，系统电流互感器TA2的S1端与APF有源电力滤波器的BIS+端相连，系统电流互感器TA3的S1端与APF有源电力滤波器的CIS+端相连，所述的系统电流互感器TA1、系统电流互感器TA2和系统电流互感器TA3地S2端相连后与APF有源电力滤波器的SI-端相连。
3.如权利要求1所述的一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，其特征在于所述APF有源电力滤波器的RS485A端与无功补偿控制器的RS485A端相连，所述APF有源电力滤波器的RS485B端与无功补偿控制器的RS485B端相连。
4.如权利要求1所述的一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，其特征在于所述的电网负载侧的零线与APF有源电力滤波器相连，电网负载侧的A相、B相、C相连接线分别与隔离开关熔断器组QSA连接，隔离开关熔断器组QSA的另一端与APF有源电力滤波器和无功补偿控制器相连后再分别与负载的A1相、B1相和C1相连接线对应相连，隔离开关熔断器组QSA与无功补偿控制器之间还依次串联有熔断器和电阻箱ZX，所述的无功补偿电路包括分别与负载的A1相、B1相和C1相连接线相连的三个熔断器，所述熔断器的另一端与交流接触器相连后连接电抗器，三个电抗器的另一端分别与三角形线路的三个端点相连，所述的三角形线路是由三个电容首尾相连构成，所述交流接触器的线圈一端与断路器串联后连接至无功补偿控制器，线圈另一端与显示灯相连后连接至零线，线圈的还有一端与开关相连，显示灯与所述的开关相连后连接至负载的C1相连接线。
5.如权利要求4所述的一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，其特征在于所述的无功补偿电路的个数为6个，分别于无功补偿控制器的6个输出接口相连。
6.如权利要求1所述的一种基于无源无功补偿和APF的混合补偿装置，其特征在于所述的避雷器电路包括三个与负载的A1相、B1相和C1相连接线分别相连的电感，三个电感另一端相连后接地。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111181168A (zh) * 2020-01-03 2020-05-19 国网浙江杭州市萧山区供电有限公司 一种新型低压混合补偿方法及系统

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