CN209927950U - 用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，电网电压经输入断路器串联接入输入缓冲装置，输入缓冲装置输出端与四象限整流单元交流侧输入端连接；四象限整流单元、正弦电压逆变单元、负载电流发生单元的直流母线并联后接至储能单元两端；正弦电压逆变单元输出端串联可调电抗后分别与负载电流发生单元输出端及输出断路器输入端相连；可调电抗与输出断路器输入端之间电路上串联第一、第三电流互感器，负载电流发生单元输出端连接第二电流互感器，第二电流互感器连接于第一、第三电流互感器中间；输出断路器输出端与被测无功补偿装置主回路相连；储能单元电容中点与电网的中性点相接。其具有净化试验电网、节约电能效果。

Description

用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力行业低压成套无功补偿技术，尤其是一种用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置。

背景技术

目前轧钢机、密炼机、点焊机等快速冲击性负荷设备大量应用，动态无功补偿装置的需求变得越来越大，这种补偿装置动态响应时间需要达到20ms,是从有无功负荷变化到所需要的补偿容量全部投入的时间，若补偿响应慢了会导致欠补、过补、电压跌落等问题。随着厂家推出几十毫秒响应的动态无功补偿装置，3C型式试验中几十毫秒动态响应时间的检测就成为一种所需。另外无功补偿型式试验时还需要做谐波抑制或滤波效果的测试，由于电容器型无功补偿装置为被动无源滤波，其谐波抑制或滤波效果会受到电源侧背景电压谐波及源阻抗的影响，导致测试效果出现差异。

实际检测中采用供电电网的电源给被测设备供电并通过实际的无功、谐波、有功负载来产生试验所需的无功功率、谐波电流来进行检测的方式存在如下问题：切换感性无功负载时会带来暂态，影响动态无功补偿的响应时间；由于采用实际的有功负载，损耗大；多是固定负载产生的谐波，谐波次数不可选择；实际的负载需要人工切换，间隔的切换时间不可控，会影响切了再投的动态响应时间测试；负载大小调节精度受限，不能随意调节；电子负载产生有功电流时需要额外加入回馈装置并联到电网，而这回馈装置又会改变电网的等效阻抗，进而影响到无功补偿的谐波抑制或滤波效果测试；试验系统因补偿装置的性能差异会有剩余的谐波电流或无功电流流入电网，导致电源侧功率因数较低；普通电子负载不能产生型式试验所需的连续多次的阶跃无功。

导致检测过程中出现以上问题的主要原因是测试电源直接来源于供电电网，因此会出现以下情况：存在一定的背景电压谐波，此谐波会影响无功补偿的谐波抑制或滤波效果测试还有源阻抗的变化也会影响无功补偿的谐波抑制或滤波效果测试；当电网电压变化或三相不平衡时，会引起无功补偿需求量的变化进而影响到无功补偿的动态响应时间测试；当无功补偿装置所需的电源电压与其不一致时，则需要重新搭建系统进行试验；当无功补偿装置所需的电源频率与其不一致时，则无法直接采用供电电网的电源进行试验。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，满足无功补偿装置型式试验中动态响应及谐波抑制或滤波效果的检测，具有电压稳定、谐波小、电压及频率灵活调节的电源供电功能，又具有方便灵活的负载电流发生功能，还有净化试验电网、节约电能的效果。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，电网电压经输入断路器后串联接入输入缓冲装置，输入缓冲装置的输出端与四象限整流单元交流侧输入端连接，且两者连接电路上设置有第四电流互感器；四象限整流单元、正弦电压逆变单元、负载电流发生单元的直流母线各自并联在一起后接至储能单元的两端；所述正弦电压逆变单元的输出端串联可调电抗后分别与所述负载电流发生单元的输出端及输出断路器的输入端相连；可调电抗与输出断路器的输入端之间的电路上串联有第一电流互感器和第三电流互感器，负载电流发生单元的输出端连接有第二电流互感器，第二电流互感器连接于第一电流互感器和第三电流互感器中间；所述输出断路器的输出端与被测无功补偿装置的主回路相连；所述储能单元的电容中点与电网的中性点相接；各单元的动作执行由相应的控制器控制。

所述输入缓冲装置包括交流接触器以及并联在交流接触器两端的缓冲电阻，供检测装置上电缓冲用，上电时电阻接入，上电完成后接触器吸合。

所述第一、第二和第三电流互感器分别为补偿后电流、负载电流、补偿电流的互感器二次信号，供无功补偿装置动态响应或谐波抑制效果检测使用，第四电流互感器CT4供四象限整流控制器检测使用。

所述四象限整流单元由输入电抗器和半导体电子开关构成，输入电抗的输入端与输入缓冲装置的输出端相连，输入电抗器的输出端连接于两个串联的半导体电子开关中间。实现四象限整流及直流母线电压的调节控制，可实现直流母线电压的泵升，也可实现检测装置电网侧的功率因数校正功能。

所述正弦电压逆变单元由半导体电子开关、第一输出电抗器和滤波电容构成；两个串联的半导体电子开关的中间与第一输出电抗器的输入端相连，第一输出电抗器的输出端分别与滤波电容和可调电抗相连。正弦电压逆变单元采用PWM逆变方式实现电压的逆变，达到波形正弦化输出、谐波小、电压稳定、可灵活调节电压及频率的电源供电目的。

所述负载电流发生单元由半导体电子开关和第二输出电抗器构成；两个串联的半导体电子开关的中间与第二输出电抗器的输入端相连，第二输出电抗器的输出端第三电流互感器相连。负载电流发生单元采用PWM逆变方式产生测试所需的无功电流、谐波电流、有功电流，并且可以编程实现无功补偿动态响应所需的冲击负荷，又可编程产生所需谐波次数的谐波电流；由于述负载电流发生单元的直流母线与四象限整流单元、正弦电压逆变单元的直流母线连接到了一起，构成了能量回馈通道，所以负载电流发生单元一方面节省了回馈到交流侧的逆变部分，另一方面发出的有功电流几乎不会增加系统能耗，且能量回馈部分在直流侧不影响被测装置连接处的等效源阻抗，

所述储能单元由两个储能电容串联构成。储能单元实现能量的存储、交换及直流母线电压的稳定，供各逆变器的直流侧电源使用。

可调电抗用于调节正弦电压逆变单元的输出阻抗，便于谐波抑制或滤波效果的测试。

所述控制器包括主控制器、四象限整流控制器、正弦电压逆变控制器和负载电流发生控制器；四象限整流控制器、正弦电压逆变控制器和负载电流发生控制器分别对应控制四象限整流单元、正弦电压逆变单元和负载电流发生单元；主控制器与其它控制器之间采用通信总线连接；主控制器与人机界面连接。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型产生的无功、谐波、有功等负载电流可通过编程采用数字逆变的方式实现，可产生所需的阶跃负载，谐波次数可选择，输出大小可以任意调节，更加方便灵活。

2）本实用新型采用能量回馈技术，产生有功电流负载时基本不消耗能量，更加节能。

3）本实用新型不需要额外加入回馈逆变装置并联到电网，可以减少损耗。

4）本实用新型回馈时不改变被侧设备连接处的等效源阻抗，不影响无功补偿的谐波抑制效果测试。

5）本实用新型的电源输入端采用了四象限整流器，能进行功率因数的校正，消除了谐波和无功电流流入到电网，提高了测试平台的源测功率因数；

6）本实用新型的测试电源来源于正弦输出的电压型逆变电源，电压谐波小，解决了原供电电网背景电压谐波对无功补偿谐波抑制效果测试的影响。

7）本实用新型的测试电源来源于正弦输出的电压型逆变电源，源阻抗是预定的，不会因源阻抗的不确定性影响无功补偿的谐波抑制效果测试。

8）本实用新型的测试电源来源于正弦输出的电压型逆变电源，输出端电压恒定、三相平衡，不会影响无功补偿的动态响应时间测试。

9）本实用新型的测试电源来源于正弦输出的电压型逆变电源，逆变器的直流侧及交流侧都可以调节，当无功补偿装置所需的电源电压与其不一致时，改变参数的设置后重新启动系统就可进行试验，不需要重新搭建系统。

10）本实用新型的测试电源来源于正弦输出的电压型逆变电源，当无功补偿装置所需的电源频率与电网不一致时，改变逆变电源频率设置后仍可进行试验。

附图说明

图1是本实用新型电路原理图；

其中，QF1.输入断路器，KM_R1.输入缓冲装置，M1.四象限整流单元，M2.正弦电压逆变单元，M3.负载电流发生单元，M4.储能单元，L1.可调电抗，L2.输入电抗器，L3.第一输出电抗器，L4.第二输出电抗器，IGBT.半导体电子开关，C1、C2均为电容，C3.滤波电容，QF2.输出断路器，CT1.第一电流互感器，CT2.第二电流互感器，CT3.第三电流互感器，CT4.第四电流互感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，包括：四象限整流单元M1、正弦电压逆变单元M2、负载电流发生单元M3、储能单元M4、可调电抗L1、输入断路器QF1、输入缓冲装置KM_R1、输出断路器QF2、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、第三电流互感器CT3和控制器。

电网电压经输入断路器QF1后串联接入输入缓冲装置KM_R1，输入缓冲装置KM_R1的输出端与四象限整流单元M1的交流侧输入端连接，且两者连接电路上设置有第四电流互感器；四象限整流单元M1、正弦电压逆变单元M2、负载电流发生单元M3的直流母线DC+、DC-是各自并联在一起后接至储能单元M4的两端；可调电抗L1串联在正弦电压逆变单元M2的输出端；正弦电压逆变单元M2串联可调电抗L1后与负载电流发生单元M3的输出端相连；正弦电压逆变单元M2串联可调电抗L1后连接至输出断路器QF2，QF2的输出端与被测无功补偿装置主回路相连；可调电抗L1与输出断路器QF2的输入端之间的电路上串联有第一电流互感器CT1和第三电流互感器CT3，负载电流发生单元M3的输出端连接有第二电流互感器CT2，第二电流互感器CT2连接于第一电流互感器CT1和第三电流互感器CT3中间；储能单元M4的电容中点与电网的中性点N相接；

输入缓冲装置KM_R1包括交流接触器以及并联在交流接触器两端的缓冲电阻，供检测装置上电缓冲用，上电时电阻接入，上电完成后接触器吸合；

第一、第二、第三电流互感器CT1、CT2、CT3分别为补偿后电流、负载电流、补偿电流的二次信号，供无功补偿装置动态响应或谐波抑制效果检测使用，第四电流互感器CT4供四象限整流控制器检测使用。

四象限整流单元M1由输入电抗器L2、半导体电子开关IGBT构成，输入电抗的输入端与输入缓冲装置的输出端相连，输入电抗器的输出端连接于两个串联的半导体电子开关中间。实现四象限整流及直流母线电压的调节控制，可实现直流母线电压的泵升，也可实现试验平台电网侧的功率因数校正功能。

正弦电压逆变单元M2由半导体电子开关IGBT、第一输出电抗器L3、滤波电容C3构成，两个串联的半导体电子开关IGBT的中间与第一输出电抗器L3的输入端相连，第一输出电抗器的输出端L3分别与滤波电容C3和可调电抗L1相连。采用PWM逆变方式实现电压的逆变，达到波形正弦化输出、谐波小、稳定电压、可灵活调节电压及频率的的电源供电目的。

负载电流发生单元M3由半导体电子开关IGBT、第二输出电抗器L4构成，两个串联的半导体电子开关IGBT的中间与第二输出电抗器L4的输入端相连，第二输出电抗器L4的输出端第三电流互感器CT3相连。采用PWM逆变方式产生测试所需的无功电流、谐波电流、有功电流，并且可以编程实现无功补偿动态响应所需的冲击负荷，又可编程产生所需谐波次数的谐波电流；由于所述负载电流发生单元的直流母线与所述四象限整流单元、正弦电压逆变单元的直流母线连接到了一起，构成了能量回馈通道，所以负载电流发生单元一方面节省了回馈到交流侧的逆变部分，另一方面发出的有功电流几乎不会增加系统能耗，且能量回馈部分在直流侧不影响被测装置连接处的等效源阻抗。

储能单元M4由电容C1、C2串联构成，电容可采用电解电容或膜电容，可实现能量的存储、交换及直流母线电压的稳定，供各逆变器的直流侧电源使用。

可调电抗L1用于调节正弦电压逆变单元的输出阻抗，便于谐波抑制或滤波效果的测试。

控制器包括主控制器、四象限整流控制器、正弦电压逆变控制器和负载电流发生控制器；四象限整流控制器、正弦电压逆变控制器和负载电流发生控制器分别对应控制四象限整流单元、正弦电压逆变单元和负载电流发生单元；主控制器与其它控制器之间采用通信总线连接；主控制器与人机界面连接。

用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步，检测装置上电时所述输入缓冲装置中的电阻先接入，上电完成后，主控制器控制所述输入缓冲装置中的接触器吸合；

第二步，主控制器把人机界面获得的信息通过通信下达给各分控制器；

第三步，主控制器接收到启动命令后，先下发指令控制四象限整流控制器工作，四象限整流控制器根据试验的电压等级把直流母线电压控制到所需的大小并实时校正网侧功率因数，然后主控制器再下发指令控制正弦电压逆变控制器启动逆变，正弦电压逆变控制器会按主控制器事先通信下发的目标电压、频率加以控制逆变器的输出，主控制器判断逆变输出正常后，接着下发指令控制负载电流发生控制器启动逆变，负载电流发生控制器就会控制产生主控制器事先通信下发的阶跃无功、有功或设定的谐波电流；

第四步，主控制器接收到停止命令后，先下发指令控制负载电流发生控制器停止逆变，然后再下发指令控制正弦电压逆变控制器停止逆变，接着控制四象限整流控制器停止工作。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，电网电压经输入断路器后串联接入输入缓冲装置，输入缓冲装置的输出端与四象限整流单元交流侧输入端连接，且两者连接电路上设置有第四电流互感器；四象限整流单元、正弦电压逆变单元、负载电流发生单元的直流母线各自并联在一起后接至储能单元的两端；所述正弦电压逆变单元的输出端串联可调电抗后分别与所述负载电流发生单元的输出端及输出断路器的输入端相连；可调电抗与输出断路器的输入端之间的电路上串联有第一电流互感器和第三电流互感器，负载电流发生单元的输出端连接有第二电流互感器，第二电流互感器连接于第一电流互感器和第三电流互感器中间；所述输出断路器的输出端与被测无功补偿装置的主回路相连；所述储能单元的电容中点与电网的中性点相接；各单元的动作执行由相应的控制器控制。

2.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，所述输入缓冲装置包括交流接触器以及并联在交流接触器两端的缓冲电阻，供检测装置上电缓冲用，上电时电阻接入，上电完成后接触器吸合。

3.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，所述第一、第二和第三电流互感器分别为补偿后电流、负载电流、补偿电流的互感器二次信号，供无功补偿装置动态响应或谐波抑制效果检测使用。

4.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，所述四象限整流单元由输入电抗器和半导体电子开关构成，输入电抗的输入端与输入缓冲装置的输出端相连，输入电抗器的输出端连接于两个串联的半导体电子开关中间。

5.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，所述正弦电压逆变单元由半导体电子开关、第一输出电抗器和滤波电容构成；两个串联的半导体电子开关的中间与第一输出电抗器的输入端相连，第一输出电抗器的输出端分别与滤波电容和可调电抗相连。

6.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，所述负载电流发生单元由半导体电子开关和第二输出电抗器构成；两个串联的半导体电子开关的中间与第二输出电抗器的输入端相连，第二输出电抗器的输出端第三电流互感器相连。

7.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，所述储能单元由两个储能电容串联构成。

8.如权利要求1所述的用于无功补偿装置动态响应和谐波抑制的检测装置，其特征是，控制器包括主控制器、四象限整流控制器、正弦电压逆变控制器和负载电流发生控制器；四象限整流控制器、正弦电压逆变控制器和负载电流发生控制器分别对应控制四象限整流单元、正弦电压逆变单元和负载电流发生单元；主控制器与其它控制器之间采用通信总线连接；主控制器与人机界面连接。

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