複合電力負載的動態無功快速補償系統的製作方法

2023-09-14 11:17:40 1

複合電力負載的動態無功快速補償系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其由智能電能檢測模塊（4）、智能控制器（7）、可調電容器組（5）和感抗變換器（6）組成，所述可調電容器組（5）和感抗變換器（6）並聯後的一端接入電網中，另一端接地；感抗變換器（6）由可變電抗器（11）和電力電子功率變換器（12）組成；智能控制器（7）通過數據線分別與智能電能檢測模塊（4）和感抗變換器（6）中的晶閘管電路相連接。本實用新型可以解決智能電網（配電系統或電力負載）複合電力負載無功功率快速補償的科學技術難題，可應用於冶金、建材、石化等行業領域。
【專利說明】複合電力負載的動態無功快速補償系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及動態無功補償領域，特別是涉及一種複合電力負載的動態無功快速補償系統。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統的發展，各種新型衝擊性負荷(如工業電弧爐、電力機車、軋鋼機等)使低壓配電網上電壓波動頻繁，大型半導體整流設備等在電網中造成諧波，使電壓質量變差，影響了電網中其它設備的工作。同時，新的敏感設備大量出現(如半導體製造廠等)，對電能質量提出了更高的要求，因此，迫切需要改善電能質量的控制設備。
[0003]目前無功補償技術主要包括電容器補償(FC)、同步調相機、飽和電抗器(SR)、機械投切電容(MSC)、靜止無功補償器(SVC)、先進靜止無功補償器(ACVG)等。早期的無功補償系統是同步調相機和固定補償電容器，前者運行成本高，安裝複雜，後者補償容量有級，但不能連續調節，而且有可能發生諧振。同步調相機補償方式在目前的無功補償項目中已不再使用。機械式開關投切電容器組(MSC)是一種比較簡單的無功補償系統，可分級、分組投切，但它不能連續可調。關於靜止無功功率補償系統，雖然國內外研究中有關於靜止無功補償器的主迴路單元、晶閘管閥、觸發控制單元、功率變換單元、控制系統以及採用變壓器的可控電抗器對配電側無功功率進行補償的研究，但均與本實用新型中的「複合電力負載動態無功補償技術」以及與「動態無功補償器」拓撲結構的方法不同。
[0004]電力系統是一個強耦合、非線性的複雜系統，用傳統控制方法難以實現魯棒性控制。因此，本實用新型提供的複合電力負載的動態無功快速補償系統擬充分運用容抗可變的可調電容器組、感抗可調的感抗變換器、電力電子功率變換器的連續可調以及感抗變換器高、低壓隔離的結構特點，動態跟蹤無功功率變化，使配電系統或電力負載無功需求動態平衡；通過智能控制器調節無功補償器參數，實現用低電壓的電力電子功率變換電路來動態調控較高電壓主電路的電抗值，從而實現對配電系統或電力負載的動態無功快速補償。
[0005]中國專利文獻「基於可變電抗的靜止無功補償器(200920087271.X)」公開的技術方案是:其通過智能控制器控制可變電抗器，改變流過可變電抗器的電流，從而使無功補償器電路吸收或者發出無功電流，實現負荷動態無功功率補償的目的。但該補償器主要應用在靜止的無功補償，在複合電力負載領域具有局限性。

【發明內容】

[0006]本實用新型所要解決的技術問題是:針對現有的無功補償技術對於複合電力負載的局限性，提供一種複合電力負載的動態無功快速補償系統，該系統主要針對複合電力負載的功率實時變化的情況，能夠進行動態無功快速補償，從而解決智能電網(配電系統或電力負載)複合電力負載無功功率快速補償的科學技術難題。
[0007]本實用新型解決其技術問題採用的技術方案是:由智能電能檢測模塊、智能控制器、可調電容器組和感抗變換器組成，所述可調電容器組和感抗變換器並聯後的一端接入電網中，另一端接地；感抗變換器由可變電抗器和電力電子功率變換器組成；智能控制器通過數據線分別與智能電能檢測模塊和感抗變換器中的晶閘管電路相連接。
[0008]所述的可調節電容器組可以由多組快速熔斷器、電容接觸器和電容器的串聯電路經過並聯後形成。
[0009]所述的可調節電容器組，其可以與電容接觸器的串聯電路、I/O接口電路構成向電力系統發出無功的迴路。
[0010]所述的感抗變換器可以由電容接觸器與可變電抗器的一次側繞組的進線端相連接後併入電網，一次側繞組的出線端接地；可變電抗器的二次側繞組與電力電子功率變換器相連接。
[0011]所述的電力電子功率變換器可以由三相反並聯晶閘管組成，分別串聯在可變電抗器二次繞組的兩端，並由智能控制器控制觸發板觸發導通。
[0012]所述的智能控制器可以採用PLC控制系統。該PLC控制系統可以由與電源相連的PLC控制器和以數據線分別與PLC控制器相連的電能參數採集模塊、觸控螢幕、I/O接口電路、觸發板電路組成。
[0013]本實用新型與現有技術相比具有以下的優點:
[0014]( I)電力電子感性阻抗變換器結構，採用高、低壓隔離方式，降低了電力電子元器件耐壓等級與要求以及使用環境；
[0015](2)智能傳感器和控制器對複合電力負載的無功功率及無功電流進行實時分析和提取；
[0016](3)智能控制器調節無功補償器參數，實現對配電系統或電力負載的動態無功快速補償；
[0017](4)可調電容器組和感抗變換器相互配合，滿足向電網發出的無功連續可調。
[0018]總之，本實用新型供提供的複合電力負載的動態無功快速補償器，降低了電力電子元器件耐壓等級與要求以及使用環境。通過動態無功電流實時檢測方法，實現不同負荷情況下的無功功率和無功電流的實時分析和提取。最後針對負載變化(感性負載的突變、容性負載的突變、感性負載突變到容性負載和容性負載突變為感性負載)的情況，能尋求最優的無功快速補償智能控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型複合電力負載的動態無功快速補償系統的原理圖。
[0020]圖1中:1.高壓隔離開關；2.高壓斷路器；3.電壓電流互感器；4.智能電能檢測模塊；5.可調電容器組；6.感抗變換器；7.智能控制器；8.快速熔斷器；9.電容接觸器；10.電容器；11.可變電抗器；12.電力電子功率變換器。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明。
[0022]本實用新型提供的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其結構如圖1所示，由智能電能檢測模塊4、智能控制器7、可調電容器組5和感抗變換器6組成，其中:可調節電容器組5由多組快速熔斷器8、電容接觸器9和電容器10的串聯電路經過並聯後形成，感抗變換器6由可變電抗器11和電力電子功率變換器12組成。可調電容器組5和感抗變換器6並聯後接入電網中，智能控制器7通過數據線分別與智能電能檢測模塊4和感抗變換器6中晶閘管電路相連接。
[0023]所述的可調節電容器組5，其與電容接觸器9的串聯電路、I/O接口電路構成向電力系統發出無功的迴路。
[0024]所述的感抗變換器6由電容接觸器9與可變電抗器11的一次側繞組的進線端相連接後併入電網，一次側繞組的出線端接地；可變電抗器11的二次側繞組與電力電子功率變換器12相連接。
[0025]所述的電力電子功率變換器12由三相反並聯晶閘管組成，分別串聯在可變電抗器二次繞組的兩端，並由智能控制器7控制觸發板觸發導通。
[0026]所述的智能控制器7採用PLC控制系統。
[0027]所述的PLC控制系統由與電源相連的PLC控制器和以數據線分別與PLC控制器相連的電能參數採集模塊、觸控螢幕、I/o接口電路、觸發板電路組成。
[0028]本實用新型通過智能控制器7控制電力電子功率變換器12，改變可變電抗器11 二次繞組的電流及阻抗，從而改變可變電抗器11的一次繞組的電流及阻抗。當輸入電壓不變時，實現可變電抗器11導納的改變，就能改變基波電流，從而導致可變電抗器11吸收無功功率的變化。可調電容器組5由智能控制器7控制並補償到目標功率因數左右時，感抗變換器6配合可調電容 器組5，能平滑調節無功功率，實現動態無功補償。
[0029]本實用新型的具體工作過程如下:
[0030]1.手動合閘QS (高壓隔離開關1)、QF (高壓斷路器2)，電路中的智能電能檢測模塊4以及智能控制器7接入電源後得電，智能控制器7開始工作；
[0031]2.通過智能控制器7將接觸器KMl閉合，此時可調電容器組5接入電網，智能電能檢測模塊4通過電壓電流互感器3提取的電流電壓經轉換成功率因數和有功功率，智能控制器?控制電容接觸器9的KMll~KMln的吸合來選擇合適的幾組電容器10投入電網，調節接入電力系統的實際的電容值，使電網功率因數達到目標功率因數。
[0032]3.當過補償時，通過智能控制器7輸出脈衝信號，控制電力電子功率變換器12來調節可變電抗器11的一次電流，從而使感抗變換器6吸收無功功率可調，從而起到對電網功率因數微調和實時檢測並調節發出的無功功率的作用；
[0033]4.通過電壓電流互感器3和智能電能檢測模塊4實時檢測電網功率因數的變化，然後由智能控制器7實現「啟動運行、檢測傳輸、分析計算、發出無功和吸收無功」功能；
[0034]5.當複合電力負載工作狀態穩定後，電網的功率因數達到目標範圍，本實用新型採用的複合電力負載動態無功快速補償裝置實時檢測並穩定工作狀態，能發出穩定的無功功率。通過以上步驟1-步驟4實現了複合電力負載動態無功快速補償。
[0035]上述步驟1-步驟5之間的協調控制方法由PLC控制系統實現，其方法是:通過電源相連的PLC控制器與電能參數採集模塊之間數據通訊，觸控螢幕與PLC控制器之間控制信號與數據信號的傳遞，PLC控制器通過I/O接口電路控制接觸器的閉合，以及PLC控制器通過模擬量輸出模塊來控制觸發板。
[0036]本實用新型複合電力負載的動態無功快速補償系統，其結合可變電抗器技術，降低了電力電子元器件耐壓等級與要求以及使用環境。通過動態無功電流實時檢測和智能補償，實現不同負荷情況下的無功功率和無功電流的實時分析和提取，實現對複合電力負載動態無功快速補償。該系統能夠在包括冶金、建材或石化行業領域的高壓複合電力負載的快速無功補償中的應用。
【權利要求】
1.複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵是由智能電能檢測模塊(4)、智能控制器(7)、可調電容器組(5)和感抗變換器(6)組成，所述可調電容器組(5)和感抗變換器(6 )並聯後的一端接入電網中，另一端接地；感抗變換器(6 )由可變電抗器(11)和電力電子功率變換器(12)組成；智能控制器(7)通過數據線分別與智能電能檢測模塊(4)和感抗變換器(6 )中的晶閘管電路相連接。
2.根據權利要求1所述的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵在於所述的可調節電容器組(5 )由多組快速熔斷器(8 )、電容接觸器(9 )和電容器(10 )的串聯電路經過並聯後形成。
3.根據權利要求2所述的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵在於:所述的可調節電容器組(5)，其與電容接觸器(9)的串聯電路、I/O接口電路構成向電力系統發出無功的迴路。
4.根據權利要求1所述的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵在於:所述的感抗變換器(6)由電容接觸器(9)與可變電抗器(11)的一次側繞組的進線端相連接後併入電網，一次側繞組的出線端接地；可變電抗器(11)的二次側繞組與電力電子功率變換器(12)相連接。
5.根據權利要求1所述的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵在於:所述的電力電子功率變換器(12)由三相反並聯晶閘管組成，分別串聯在可變電抗器二次繞組的兩端，並由智能控制器(7)控制觸發板觸發導通。
6.根據權利要求1所述的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵在於:所述的智能控制器(7)採用PLC控制系統。
7.根據權利要求6所述的複合電力負載的動態無功快速補償系統，其特徵在於:所述的PLC控制系統由與電源相連的PLC控制器和以數據線分別與PLC控制器相連的電能參數採集模塊、觸控螢幕、I/O接口電路、觸發板電路組成。
【文檔編號】H02J3/18GK203774797SQ201420115065
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】袁佑新, 王一飛, 陳靜, 程琪戩, 肖純, 楊威, 周斌 申請人:武漢理工大學