Tcr軟啟動和svc動態無功補償裝置及軟啟動和動態無功補償的方法

2023-06-04 23:18:36

專利名稱：Tcr軟啟動和svc動態無功補償裝置及軟啟動和動態無功補償的方法
技術領域：
本發明涉及一種TCR (晶閘管相控電抗器型SVC)軟啟動和SVC (靜止無功補償器)動態無功補償裝置及軟啟動和動態無功補償的方法，屬於高壓電機軟啟動和電網無功補償技術領域，特別適用於電力、冶金、礦山、油田高壓電機軟啟動和電網無功補償。
背景技術：
交流電機應用廣泛。在大部分場合，電機不需要調速,但高壓大容量電機啟動對電網衝擊很大，造成電壓波動，其他設備欠壓，運行不良影響生產；對電機衝擊大，造成部件老化甚至損壞，縮短電機使用壽命；對機械傳動部件聯軸器、齒輪箱皮帶及被驅動負載衝擊大，導致這些部件使用壽命縮短。目前，常見的高壓異步電機啟動方法:定子迴路串聯電抗器、液態電阻、普通飽和電抗器、可控矽等。串聯電抗器為分級啟動，啟動性能差，旋轉損失大，有二次衝擊，噪聲大；液態電阻佔地面積大，維護量大，能耗較高，啟動性能固定，無法調節，且啟動特性跟環境溫度息息相關，對環境溫度十分敏感；普通飽和電抗器控制性能優於串聯電抗器，其電抗器具有較寬的調節範圍，可以克服串聯電抗器啟動存在的問題，可靠性能高，但啟動噪聲大，可達80-90dB，甚至更高，而且需要提供大容量體積的啟動輔助電源設備。由於勵磁迴路與主迴路分開，在短時工作的啟動場合，有一定的安全隱患；串聯可控矽實現電機端電壓的調節達到軟啟動的目的，理論上講是理想的啟動方式，但是在高壓場合，由於需要高壓可控矽，可靠性能不易得到保證，維護量大，價格高。電力系統無功平衡對提高全網經濟效益和改善供電質量至關重要，隨著大功率有源器件及控制技術的 發展，使得瞬時性的無功補償得以實現，電能質量得到很好的改善。SVC(靜止無功補償器)已作為成熟性產品近年在國際國內供電、用電中得到推廣。

發明內容
本發明的目的是提供一種啟動性能高、可靠性能好、對環境的適應能力強、噪聲低、利用率高、可實現多臺電機的啟動切換的一種TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置及軟啟動和動態無功補償的方法。為實現本發明目的，本發明通過以下技術方案實現TCR軟啟動和SVC動態無功補
償裝置:一種TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，它包括:一個TCR支路、一個FC支路、啟動切換迴路、運行切換迴路和控制系統；TCR支路包括第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元、第二相控電抗器單元、第一開關和第二開關；第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元和第二相控電抗器單元依次串聯連接，第一開關與第一相控電抗器單元並聯連接，第二開關與第二相控電抗器單兀並聯連接，第一相控電抗器單兀由第一相控電抗器和第一隔離開關串聯連接，第二相控電抗器單元由第二相控電抗器和第二隔離開關串聯連接；TCR支路、啟動切換迴路和電機依次串聯連接，並連接於電網系統母線；運行切換迴路並聯旁路連接在電網系統母線和啟動切換迴路之間；所述控制系統與晶閘管閥組單元光纖信號連接控制，該控制系統還與啟動切換迴路、運行切換迴路連接控制切換迴路的開關狀態；所述控制系統連接電網系統母線的PT、CT採集系統數據進行控制計算。在上述方案基礎上進一步的技術方案是:所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，啟動切換迴路是一個開關切換迴路，由開關組組成，分別啟動一個或多個電機；電機啟動主迴路上分別在TCR支路兩端串聯的TCR工作開關和啟動開關，其中:TCR工作開關連接TCR支路和電網系統母線，啟動開關連接TCR支路和電機；運行切換迴路也是一個開關切換迴路，電機運行主迴路上運行開關並聯旁路連接在電網系統母線和啟動開關之間；每一個電機對應啟動開關和運行開關。所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，晶閘管閥組單元包括光電接口電路、觸發脈衝電路、驅動放大電路和可控矽，光電接口電路接收到控制系統的光信號後，經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節通過第一相控電抗器和第二相控電抗器的電流，實現電機的軟啟動和電網系統母線下的感性無功調節進行無功補償。所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，啟動切換迴路開關組分別啟動3個電機:電機Ml和電機M2及電機M3，其中:對應電機Ml的是開關K2.1，對應電機M2的是開關K2.2，對應電機M3的是開關K2.3 ；電機Ml和電機M2及電機M3的運行切換迴路的開關分別是開關K3.1，開關K3.2和開關K3.3。所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，控制系統3包括主控單元、採樣單元、輸入輸出單元和軟啟動操作面板，通過採樣單元採集電網系統CT、PT的參數計算無功參數，根據程序設定控制TCR輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現電網系統母線無功功率的動態補償； 用於通過軟啟動得到的指令輸入輸出單元控制啟動切換迴路啟動開關、運行切換迴路運行開關的分開和閉合。所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，第一相控電抗器和第二相控電抗器為空心、乾式、銅線或鋁線環氧固化型，它相當於一個可控的感性負載，可控矽Tl及可控矽T2串入電抗器迴路，且在電壓的正半周可控矽Tl導通，電壓的負半周可控矽T2導通，通過控制可控矽Tl、可控矽T2的導通角大小，改變通過第一相控電抗器和第二相控電抗器的電流大小，從而達到動態無功補償的目的。所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，FC支路包括電力電容器及電抗器；用於為電網系統母線提供固定的容性無功和濾除高次諧波的功能；電抗器通過開關與電網系統母線連接。所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其中，TCR工作開關、啟動開關及運行開關均為高壓開關，啟動開關K2、運行開關K3受控制系統的數字控制分開和閉合。為實現本發明目的，本發明用上述任一權利要求所述TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置進行軟啟動和動態無功補償的方法，其步驟為:A、在電機啟動狀態下:控制系統控制啟動切換迴路對應啟動開關的閉合，TCR支路中的晶閘管閥組單元成為電機的軟啟動裝置，實現電網系統母線下的I臺或若干臺電機的軟啟動；
B、當電機啟動狀態結束，在電機進入運行時:控制系統控制運行切換迴路對應運行開關的閉合，然後控制系統控制啟動切換迴路對應啟動開關的分開，電機正式進入運行狀態；C、在電機空閒時或電機正式進入運行狀態時:FC支路處於工作狀態，控制系統採樣單元採集電網系統CT、PT計算無功參數，根據程序設定控制第一相控電抗器和第二相控電抗器輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現電網系統母線無功功率的動態補償，TCR支路中的第一相控電抗器和第二相控電抗器成為SVC動態無功補償裝置。本發明的優點在於，適用於高壓電機的軟啟動同時對電網無功動態調節，充分利用晶閘管閥組單元的功能，實現多功能的同時減少設備的投入成本，結構簡單，製作和運行成本低，操作維護簡便，性能更好，並且穩定可靠。


圖1是本發明TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置結構示意框圖。圖2是本發明所用到的TCR相控電抗器結構示意圖。圖3是本發明實現3臺高壓電機軟啟動和動態無功補償的開關切換示意圖。圖4是本發明TCR軟啟動裝置主迴路結構圖。圖5是本發明TCR相控電 抗器SVC無功補償原理圖。附圖標記:1 - TCR支路；1.1a 一第一相控電抗器；1.1b 一第二相控電抗器；1.2 —晶閘管閥組單兀；1.3 一啟動切換迴路；1.4 一運行切換迴路；2 — FC支路；2.1 一電容器；2.2 —電抗器；3 —控制系統；4 - TCR工作開關；5 —變壓器；6 —電網系統母線；kdll 一第一開關；kd21 —第二開關。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明一種TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置做進一步說明。實施例1:如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，它包括:一個TCR支路1、一個FC支路2、啟動切換迴路1.3、運行切換迴路1.4和控制系統3 ;TCR支路I包括第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元1.2、第二相控電抗器單元、第一開關kdll和第二開關kd21 ;第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元1.2和第二相控電抗器單元依次串聯連接，第一開關kdlI與第一相控電抗器單元並聯連接，第二開關kd21與第二相控電抗器單兀並聯連接，第一相控電抗器單兀由第一相控電抗器1.1a和第一隔離開關kdl2串聯連接，第二相控電抗器單元由第二相控電抗器1.1b和第二隔離開關kd22串聯連接；TCR支路、啟動切換迴路1.3和電機M依次串聯連接，並連接於電網系統母線6 ;運行切換迴路1.4並聯芳路連接在電網系統母線6和啟動切換迴路1.3之間；所述控制系統3與晶閘管閥組單元1.2光纖信號連接控制，該控制系統3還與啟動切換迴路1.3、運行切換迴路1.4連接控制切換迴路的開關狀態；所述控制系統3連接電網系統母線6的PT、CT採集系統數據進行控制計算。本發明TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，當電機啟動過程中晶閘管閥組單元1.2為電機的軟啟動裝置，當電機運行或空閒時晶閘管閥組單元1.2、第一相控電抗器1.la、第二相控電抗器1.1b及FC支路2配合作為動態無功補償裝置。所述的啟動切換迴路1.3是一個開關切換迴路，由開關組組成,分別啟動一個或多個電機；電機M啟動主迴路上分別在TCR支路兩端串聯的TCR工作開關Kl和啟動開關K2，其中:TCR工作開關Kl連接TCR支路I和電網系統母線6，啟動開關K2連接TCR支路I和電機M ;運行切換迴路1.4也是一個開關切換迴路，電機M運行主迴路上運行開關K3並聯旁路連接在電網系統母線6和啟動開關K2之間；每一個電機M對應啟動開關K2和運行開關K3。所述的晶閘管閥組單元1.2包括光電接口電路、觸發脈衝電路、驅動放大電路和可控娃，光電接口電路接收到控制系統3的光信號後，經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節通過第一相控電抗器1.1a和第二相控電抗器1.1b的電流,實現電機M的軟啟動和電網系統母線6下的感性無功調節進行無功補償。所述的控制系統3包括主控單元、採樣單元、輸入輸出單元和軟啟動操作面板，通過採樣單元採集電網系統CT、PT的參數計算無功參數，根據程序設定控制TCR輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現電網系統母線6無功功率的動態補償；用於通過軟啟動得到的指令輸入輸出單元控制啟動切換迴路1.3啟動開關K2、運行切換迴路1.4運行開關K3的分開和閉合。如圖2所示，所述的第一相控電抗器1.1a和第二相控電抗器1.1b為空心、乾式、銅線或鋁線環氧固化型，它相當於一個可控的感性負載，可控矽Tl及可控矽T2串入電抗器迴路，且在電壓的正半周可控娃Tl導通，電壓的負半周可控娃T2導通,通過控制可控娃Tl、可控娃T2的導通角大小，改變通過第一相控電抗器和第二相控電抗器的電流大小，從而達到動態無功補償的目的。所述的FC支路2包括電力電容器2.1及電抗器2.2，用於為電網系統母線6提供固定的容性無功和濾除高次諧波的功能；電抗器2.3通過開關4與電網系統母線6連接。所述的TCR工作開關K1、啟動開關K2和運行開關K3均為高壓開關，啟動開關K2、運行開關K3受控制系統的數字控制分開和閉合。實施例2:與實施例1不同的是:如圖3結合附圖1，電機M有3個。所述的啟動切換迴路1.3由開關組組成，分別啟動3個電機Ml和電機M2及電機M3，其中:對應電機Ml的是開關K2.1，對應電機M2的是開關K2.2，對應電機M3的是開關K2.3 ;電機Ml和電機M2及電機M3的運行切換迴路1.4的開關分別是開關K3.1，開關K3.2，和開關K3.3 ;本實施例啟動開關K2和運行開關K3是接受控制系統3數字控制開關和閉合的高壓開關。當對電機Ml進行啟動時:高壓斷路器接收到控制系統的閉合信號，開關K2.1閉合，晶閘管閥組單元1.2接收控制系統3對可控矽Tl和可控矽T2的觸發角信號進行調節，使電機輸入電流從零以預設函數關係逐漸上升，當電流達到預先所設定的值後保持恆定，直至起動完畢，電流上升變化的速率可以根據電機負載調整設定，從而使電機達到恆流軟啟動，開關K3.1閉合,啟動過程結束，晶閘管閥組單元自動轉入SVC動態無功補償迴路；對電機M2進行啟動及對 電機M3進行啟動的技術過程與上述對電機Ml進行啟動相同，所不同的是各自有對應的開關。TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置轉SVC動態無功補償時，FC支路2為系統提供固定的容性無功和濾除高次諧波的功能；控制系統3採用精度同步、AD、通過DSP及CPLD採集電網系統無功參數，根據程序設定控制TCR輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現系統無功功率的動態補償。實施例3:用本發明TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置進行軟啟動和動態無功補償的方法，其步驟為:A、在電機M啟動狀態下:控制系統3控制啟動切換迴路1.3對應啟動開關K2的閉合，TCR支路I中的晶閘管閥組單元1.2成為電機M的軟啟動裝置，實現電網系統母線6下的I臺或若干臺電機M的軟啟動；B、當電機M啟動狀態結束，在電機M進入運行時:控制系統3控制運行切換迴路
1.4對應運行開關K3的閉合，然後控制系統3控制啟動切換迴路1.3對應啟動開關K2的分開，電機M正式進入運行狀態；C、在電機M空閒時或電機M正式進入運行狀態時:FC支路2處於工作狀態，控制系統3採樣單元採集電網系統CT、PT計算無功參數，根據程序設定控制第一相控電抗器1.1a和第二相控電抗器1.1b輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現電網系統母線6無功功率的動態補償，TCR支路I中的第一相控電抗器1.1a和第二相控電抗器1.1b成為SVC動態無功補償裝置 。
權利要求
1.一種TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，它包括:一個TCR支路(I)、一個FC支路(2 )、啟動切換迴路(1.3 )、運行切換迴路(1.4 )和控制系統(3 );TCR支路(I)包括第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元(1.2)、第二相控電抗器單元、第一開關(kdll)和第二開關(kd21);第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元(1.2)和第二相控電抗器單元依次串聯連接，第一開關(kdll)與第一相控電抗器單元並聯連接，第二開關(kd21)與第二相控電抗器單兀並聯連接，第一相控電抗器單兀由第一相控電抗器(1.1a)和第一隔離開關(kdl2)串聯連接，第二相控電抗器單元由第二相控電抗器(1.1b)和第二隔離開關(kd22)串聯連接；TCR支路(I )、啟動切換迴路(1.3 )和電機(M)依次串聯連接，並連接於電網系統母線(6);運行切換迴路(1.4)並聯旁路連接在電網系統母線(6)和啟動切換迴路(1.3)之間；所述控制系統(3)與晶閘管閥組單元(1.2)光纖信號連接控制，該控制系統(3)還與啟動切換迴路(1.3 )、運行切換迴路(1.4 )連接控制切換迴路的開關狀態；所述控制系統(3 )連接電網系統母線(6)的PT、CT採集系統數據進行控制計算。
2.根據權利要求1所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，啟動切換迴路(1.3)是一個開關切換迴路，由開關組組成,分別啟動一個或多個電機；電機(M)啟動主迴路上分別在TCR支路(I)兩端串聯的TCR工作開關(Kl)和啟動開關(K2 )，其中:TCR工作開關(Kl)連接TCR支路(I)和電網系統母線(6)，啟動開關(K2)連接TCR支路(I)和電機(M);運行切換迴路(1.4)也是一個開關切換迴路，電機(M)運行主迴路上運行開關(K3)並聯旁路連接在電網系統母線(6)和啟動開關(K2)之間；每一個電機(M)對應啟動開關(K2)和運行開關(K3)。
3.根據權利要求2所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，晶閘管閥組單元(1.2)包括光電接口電路、觸發脈衝電路、驅動放大電路和可控矽，光電接口電路接收到控制系統(3)的光信號後，經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節通過第一相控電抗器(1.1a)和第二相控電抗器(1.1b)的電流，實現電 機(M)的軟啟動和電網系統母線(6)下的感性無功調節進行無功補償。
4.根據權利要求2所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，啟動切換迴路(1.3 )開關組分別啟動3個電機:電機(Ml)和電機(M2 )及電機(M3 )，其中:對應電機(Ml)的是開關(K2.1)，對應電機(M2)的是開關(K2.2)，對應電機(M3)的是開關(K2.3)；電機(Ml)和電機(M2)及電機(M3)的運行切換迴路(1.4)的開關分別是開關(K3.1)，開關(K3.2)和開關(K3.3)。
5.根據權利要求1所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，控制系統(3)包括主控單元、採樣單元、輸入輸出單元和軟啟動操作面板，通過採樣單元採集電網系統CT、PT的參數計算無功參數，根據程序設定控制TCR輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現對電網系統母線(6)無功功率的動態補償；用於通過軟啟動得到的指令輸入輸出單元控制啟動切換迴路(1.3)啟動開關(K2)、運行切換迴路(1.4)運行開關(K3)的分開和閉合。
6.根據權利要求1所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，第一相控電抗器(1.1a)和第二相控電抗器(1.1b)為空心、乾式、銅線或鋁線環氧固化型，它相當於一個可控的感性負載，可控矽TI及可控矽T2串入電抗器迴路，且在電壓的正半周可控矽Tl導通，電壓的負半周可控矽T2導通，通過控制可控矽Tl、可控矽T2的導通角大小，改變通過第一相控電抗器和第二相控電抗器的電流大小，從而達到動態無功補償的目的。
7.根據權利要求1所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，FC支路(2)包括電力電容器(2.1)及電抗器(2.2);用於為電網系統母線(6)提供固定的容性無功和濾除高次諧波的功能；電抗器(2.3)通過開關(4)與電網系統母線(6)連接。
8.根據權利要求2所述的TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置，其特徵在於，TCR工作開關(K1)、啟動開關(K2)和運行開關(K3)均為高壓開關，啟動開關(K2)、運行開關(K3)受控制系統數字控制分開和閉合。
9.用上述任一權利要求所述TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置進行軟啟動和動態無功補償的方法，其特徵在於，步驟為: A、在電機(M)啟動狀態下:控制系統(3)控制啟動切換迴路(1.3)對應啟動開關(K2)的閉合，TCR支路(I)中的晶閘管閥組單元(1.2)成為電機(M)的軟啟動裝置，實現電網系統母線(6)下的I臺或若干臺電機(M)的軟啟動； B、當電機(M)啟動狀態結束，在電機(M)進入運行時:控制系統(3)控制運行切換迴路(1.4 )對應運行開關(3 )的閉合，然後控制系統(3 )控制啟動切換迴路(1.3 )對應啟動開關(K2)的分開，電機(M)正式進入運行狀態； C、在電機(M)空閒時或電機(M)正式進入運行狀態時:FC支路(2)處於工作狀態，控制系統(3)採樣單元採集電網系統CT、PT計算無功參數，根據程序設定控制第一相控電抗器(1.1a)和第二相控電抗器(1.1b)輸出感性無功功率，調節SVC的無功輸出，實現電網系統母線(6)無功功率的動態補償，TCR支路(I)中的第一相控電抗器(1.1a)和第二相控電抗器(1.1b)成為SVC動 態無 功補償裝置。
全文摘要
本發明涉及TCR軟啟動和SVC動態無功補償裝置及軟啟動和動態無功補償的方法，裝置包括TCR支路、FC支路、啟動切換迴路、運行切換迴路和控制系統；TCR支路包括第一相控電抗器單元、晶閘管閥組單元、第二相控電抗器單元、第一開關和第二開關；TCR支路、啟動切換迴路和電機依次串聯連接，並連接於電網系統母線，運行切換迴路並聯旁路連接在電網系統母線和啟動切換迴路之間；當電機啟動過程中晶閘管閥組單元為電機的軟啟動裝置，當電機運行或空閒時TCR支路與FC支路作為動態無功補償裝置。本發明適用於高壓電機的軟啟動同時對電網無功動態調節，實現多功能的同時減少設備的投入成本，結構簡單，製作和運行成本低，操作維護簡便，性能好且穩定可靠。
文檔編號H02J3/18GK103248280SQ201310186570
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優先權日2013年5月16日
發明者林永, 農敦 申請人:寧波理工電力電子設備有限公司