一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置製造方法
2023-10-05 21:09:29
一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置，由零序濾波模塊和無功補償模塊組成，其中：零序濾波器模塊由零序濾波電抗器構成，無功補償模塊由控制器和多個並聯的組合固體開關組成，通過控制器控制若干個並聯的組合固體開關投切電容，進行無功補償。控制器由測量模塊、同步觸發模塊和推動模塊組成。零序濾波模塊能夠將注入系統側的零序諧波電流減小到非常小的程度；無功補償模塊採用高可靠性的無觸點低壓配網動態無功補償技術，針對配網無功變化的跟蹤響應速度很快，能夠實時動態補償；同時通過結合二次防雷技術充分提高裝置的可靠性，有效地保證了配網的電能質量。
【專利說明】一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及補償裝置，尤其是涉及一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置。
【背景技術】
[0002]在低壓配網系統中，三相四線制供電方式是最主要的供電方式，隨著城市化的快速發展，出現了大量的大型商廈和寫字樓，在這些建築中存在著大量的個人計算機等辦公自動化設備、變頻空調等家用電器、照明電源及不間斷電源等。這些設備都會在電網中產生大量的零序諧波電流，即使它們的單臺功率較小，但因其總數龐大，所帶來的諧波汙染是極其嚴重的。
[0003]零序諧波電流，特別是3次諧波電流在中線上會相互疊加，使得中線電流中的諧波狀況異常嚴重。電力系統諧波一方面使得中性線中的電流大大超過了它的設計值，造成中線故障；另一方面還會使得公用配電變壓器噪聲和有功損耗增加，加速絕緣老化，使故障隱患增大。電力系統諧波同時還會影響電網的電壓質量，諧波電流流過系統阻抗時會產生諧波電壓降，從而使電壓波形發生畸變，進而影響其它用戶的電力設備，並且諧波電流與各次諧波電壓還會形成諧波有功和諧波無功，佔用電力線路和電力設備的容量，降低供電系統的功率因素，同時隨著電力電子技術發展和電力電子產品推廣應用，配網系統中不斷出現大量諧波，對系統造成的危害逐年增加。
[0004]在配網線路安裝無功補償電容器是補償無功功率的重要手段，其中用接觸器投切電力電容器，去補償用戶無功功率，得到了普及。但是在採用交流接觸器投切電力電容器時，由於存在投切過程湧流大、操作過電壓高、接觸器觸頭燒損嚴重等弊病現在已經不合適宜了 ；並且在配網線路中，由於諧波的存在，當諧波作用於電容器時，一方面，將造成電容器的諧波過電流、過電壓和過負荷，引發電容器的局部放電強度增大、絕緣老化、溫度升高而過熱，從而縮短了電容器的壽命和極板的機械諧波，導致電容器損壞；另一方面，電容器在諧波的作用下，將造成諧波諧振和諧波放大，給電網和電容器造成危害，進而降低了電力電子設備的使用壽命，嚴重時將毀壞整個電力電子設備。因此，在補償電網無功功率的同時，抑制電網諧波也是無功補償裝置必需實現的一個重要功能。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的在於提供一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置，它集成了零序濾波、無功補償兩個大功能，其中:零序濾波模塊能夠將注入系統側的零序諧波電流減小到非常小的程度；無功補償模塊採用高可靠性的無觸點低壓配網動態無功補償技術，針對配網無功變化的跟蹤響應速度很快，能夠實時動態補償；同時通過結合二次防雷技術充分提高裝置的可靠性，有效地保證了配網的電能質量。
[0006]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0007]—種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置，特徵是:由零序濾波模塊和無功補償模塊組成，其中:零序濾波器模塊由零序濾波電抗器構成，零序濾波電抗器為全鐵心結構，每相鐵心上分布有匝數相同的兩組繞組，三相輪換曲折反極性連接，即A、B、C三根鐵心柱中，A根鐵心柱上的兩組繞組A1、A2，B根鐵心柱上的兩組繞組B1、B2，C根鐵心柱上的兩組繞組C1、C2，其中:A1的負極與B2的正極連接，BI的負極與C2的正極連接，Cl的負極與A2的正極連接；無功補償模塊由控制器和偶數個並聯的組合固體開關組成，每個組合固體開關是由二極體與可控矽反向並聯，再與電容器組串聯而成，在奇數組合固體開關中:二極體陽極和可控矽陰極的公共端接A相線，可控矽的觸發端接控制器的觸發信號輸出端，二極體陰極和可控矽陽極的公共端接電容器組的第I腳；在偶數組合固體開關中:二極體陽極和可控矽陰極的公共端接B相線，可控矽的觸發端接控制器的觸發信號輸出端，二極體陰極和可控矽陽極的公共端接電容器組的第2腳；電容器組的第3腳接C相線；通過控制器控制若干個並聯的組合固體開關投切電容，進行無功補償。
[0008]控制器由測量模塊、同步觸發模塊和推動模塊組成，測量模塊由電流互感器、測量信號放大器和編碼器組成，推動模塊由光電耦合器、推動信號放大器和脈衝變壓器組成，套在三相交流電路上的電流互感器的輸出端與測量信號放大器串聯後接編碼器的輸入端，編碼器的輸出端接同步觸發模塊的輸入端，同步觸發模塊的輸出端接光電耦合器的輸入端，光電親合器的輸出端與推動信號放大器串聯後接脈衝變壓器的輸入端，脈衝變壓器的輸出端接可控矽觸發端；電流互感器採集配電網系統的無功電流數據，無功電流數據經過功率放大器放大後被送至編碼器進行編碼，編碼器將編碼的數據發送給同步觸發模塊，同步觸發模塊將接收的數據進行處理，產生A、B、C三相在相應可控矽的兩端電壓為零時刻的同步信號，並將此同步信號發送給推動模塊中的光電耦合器，光電耦合器將接收的同步信號進行光電隔離後，通過推動信號放大器進行信號放大，放大的同步信號發送給脈衝變壓器，通過脈衝變壓器發出觸發脈衝至可控矽的觸發端。
[0009]本實用新型由零序濾波模塊和無功補償模塊組成，零序濾波模塊能對負載產生的基波不平衡、3倍頻高次諧波電流等零序電流進行濾波；無功補償模塊通過採用組合固體開關取代傳統的機械開關投切電容，無功補償模塊通過電流互感器跟蹤系統的無功電流，將其傳輸到控制器，控制器能夠實時動態的快速自動投切電容器，對系統無功功率進行補償，而且在投切電容器時能夠做到響應快，極短小過渡過程，可靠性高，無湧流和過電壓。本實用新型實現了零序濾波、無功補償兩大功能，與常規的濾波和無功補償裝置相比，具有更高的效率。
[0010]工作原理:
[0011]1、當零序濾波模塊中的零序濾波電抗器接入電路，如圖2中，Zs為系統阻抗，Zsn為系統側中性線阻抗，Zui為負荷側中性線阻抗，Z κη為濾波器零序阻抗。
[0012]由於零序電流矢量總是大小相等、方向相同，當零序諧波電流通過零序濾波電抗器時，一個線圈在一個心柱內產生的零序磁通將被繞在同一個心柱上的另外一個線圈產生的零序磁通抵消，這就使得本裝置呈現出的零序阻抗很小，因此零序濾波電抗器的零序阻抗基本等於繞組的電阻(非常小)，零序濾波電抗器可引導負載的零序諧波電流就近形成迴路以避免注入系統，擴大影響範圍。將本裝置接入配網線路，通過零序濾波模塊進行濾波，可以達到濾波效果；
[0013]2、無功補償模塊中的控制器在發出觸發脈衝前，組合固體開關中的可控矽關斷，二極體處於充電狀態，電容器組通過二極體被預充電至系統電壓，造成可控矽導通前的兩端電壓差為O。當控制器跟蹤無功電流決定進行補償時，觸發脈衝的起點位於可控矽兩端電壓差為O的時刻，脈衝周期與電網電壓一致，並聯電容投入電網，輸出無功，補償完畢，停止觸發，則在電流為O時，可控矽自然關斷，電容器組重新充電，準備下次補償。由無功補償原理可知，可控矽在得到開信號、接通的延時不會超過一個周波；關斷時也是這樣的。也就是說本開關的開關速度小於20ms，這一進步給無功補償櫃的測量和控制帶來了極大的變化。
[0014]無功補償模塊是全數字緊湊型裝置，主要針對交流380V配電網，裝在配電變壓器的低壓側，根據無功電流的變化按權重(可編碼設定)自動投切電容器，對用戶側進行三相無功補償，補償到變壓器最大負荷時其高壓側功率因數不低於0.9。
[0015]因此，本實用新型具有如下優點:
[0016]1、本裝置提出的基於曲折移相零序濾波器的研製思路，保留了無源濾波器投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點，還克服了其許多缺點，如濾波特性不受電網參數影響、不對其他諧波產生放大作用、沒有失諧問題等；和有源濾波器相比，成本低廉、工作可靠、過載能力強。
[0017]2、零序濾波電抗器可以實現基波零序的低阻通道，對單相負載造成的嚴重不平衡具有明顯的負載平衡作用，同時可降低配變和配網線路的電能損耗，提高配網的電能質量。
[0018]3、無功補償模塊採用高可靠性的無觸點低壓配網動態無功補償技術，能夠克服以往採用交流接觸器投切電容器組，因投切過程湧流大、操作過電壓高、接觸器觸頭燒損嚴重弊病，同時針對配網無功變化的跟蹤響應速度快。
[0019]4、無功補償模塊採樣的是無功電流，而非功率因數，故能做到自動實時跟蹤線路無功電流，以快速自動投切電容器，實時動態進行無功補償。
[0020]5、無功補償模塊是在雙零狀態時投切電容器，在投切電容器時做到響應快一極短過渡過程，可靠性高一無湧流和過電壓，消除了過載的可能。
[0021]6、控制器為全硬體設計，抗幹擾能力強，極穩定。
[0022]7、本裝置適用於低壓1KV配電網，能夠有效改善電能質量，提高電網供電效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型的系統框圖；
[0024]圖2是零序濾波模塊的原理圖；
[0025]圖3是零序濾波電抗器的原理拓撲圖；
[0026]圖4是無功補償模塊的原理圖；
[0027]圖5是組合固體開關的原理圖；
[0028]圖6是控制器的流程圖；
[0029]圖7是控制器的測量模塊示意圖；
[0030]圖8是控制器的同步觸發模塊示意圖；
[0031]圖9是控制器的推動模塊示意圖；
[0032]圖10是控制器的投切電容器的波形圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合實施例並對照附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0034]—種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置，由零序濾波模塊I和無功補償模塊2組成，其中:
[0035]零序濾波器模塊I由零序濾波電抗器4構成，零序濾波電抗器4為全鐵心結構，有三個芯柱，鐵芯採用了導磁性能好、渦流損耗小的材料，繞組線圈採用扁銅線繞制，每相芯柱上分布有匝數相同的兩組繞組，三相輪換曲折反極性連接，並聯在三相交流電路中，即:A、B、C三根鐵心柱中，A根鐵心柱上的兩組繞組Al、A2，B根鐵心柱上的兩組繞組B1、B2，C根鐵心柱上的兩組繞組C1、C2，其中:A1的負極與B2的正極連接，BI的負極與C2的正極連接，Cl的負極與A2的正極連接；
[0036]無功補償模塊2由控制器6和偶數個並聯的組合固體開關5組成，每個組合固體開關5是由二極體7與可控矽8反向並聯，再與電容器組9串連而成，在奇數組合固體開關51中:二極體7陽極和可控矽8陰極的公共端接A相線，可控矽8的觸發端接控制器6的觸發信號輸出端，二極體7陰極和可控矽8陽極的公共端接電容器組的第I腳；在偶數組合固體開關52中:二極體7陽極和可控矽8陰極的公共端接B相線，可控矽8的觸發端接控制器6的觸發信號輸出端，二極體7陰極和可控矽8陽極的公共端接電容器組的第2腳；電容器組9的第3腳接C相線；通過控制器6控制若干個並聯的組合固體開關5投切電容，進行無功補償；
[0037]控制器6由測量模塊61、同步觸發模塊62和推動模塊63組成，測量模塊61由電流互感器、測量信號放大器和編碼器組成，推動模塊63由光電耦合器、推動信號放大器和脈衝變壓器組成，套在三相交流電路上的電流互感器的輸出端與測量信號放大器串聯後接編碼器的輸入端，編碼器的輸出端接同步觸發模塊的輸入端，同步觸發模塊的輸出端接光電親合器的輸入端，光電親合器的輸出端與推動信號放大器串聯後接脈衝變壓器的輸入端，脈衝變壓器的輸出端接可控矽觸發端；電流互感器採集無功電流數據，無功電流數據經過功率放大器放大後被送至編碼器進行編碼，編碼器將編碼的數據發送給同步觸發模塊62，同步觸發模塊62將接收的數據進行處理，產生A、B、C三相在相應可控矽8兩端電壓為零時刻的同步信號，並將此同步信號發送給推動模塊63中的光電耦合器，光電耦合器將接收的同步信號進行到光電隔離後，通過推動信號放大器進行信號放大，放大的同步信號發送給脈衝變壓器，通過脈衝變壓器發出觸發脈衝至可控矽8的觸發端。
【權利要求】
1.一種低壓電網零序電流治理與無功補償裝置，其特徵在於:由零序濾波模塊和無功補償模塊組成，其中:零序濾波器模塊由零序濾波電抗器構成，零序濾波電抗器為全鐵心結構，每相鐵心上分布有匝數相同的兩組繞組，三相輪換曲折反極性連接，即A、B、C三根鐵心柱中，A根鐵心柱上的兩組繞組A1、A2，B根鐵心柱上的兩組繞組B1、B2，C根鐵心柱上的兩組繞組C1、C2，其中:A1的負極與B2的正極連接，B1的負極與C2的正極連接，C1的負極與A2的正極連接；無功補償模塊由控制器和偶數個並聯的組合固體開關組成，每個組合固體開關是由二極體與可控矽反向並聯，再與電容器組串聯而成，在奇數組合固體開關中:二極體陽極和可控矽陰極的公共端接A相線，可控矽的觸發端接控制器的觸發信號輸出端，二極體陰極和可控矽陽極的公共端接電容器組的第1腳；在偶數組合固體開關中:二極體陽極和可控矽陰極的公共端接B相線，可控矽的觸發端接控制器的觸發信號輸出端，二極體陰極和可控矽陽極的公共端接電容器組的第2腳；電容器組的第3腳接C相線；通過控制器控制若干個並聯的組合固體開關投切電容，進行無功補償。
2.根據權利要求1所述的低壓電網零序電流治理與無功補償裝置，其特徵在於:控制器由測量模塊、同步觸發模塊和推動模塊組成，測量模塊由電流互感器、測量信號放大器和編碼器組成，推動模塊由光電耦合器、推動信號放大器和脈衝變壓器組成，套在三相交流電路上的電流互感器的輸出端與測量信號放大器串聯後接編碼器的輸入端，編碼器的輸出端接同步觸發模塊的輸入端，同步觸發模塊的輸出端接光電耦合器的輸入端，光電耦合器的輸出端與推動信號放大器串聯後接脈衝變壓器的輸入端，脈衝變壓器的輸出端接可控矽觸發端；電流互感器採集配電網系統的無功電流數據，無功電流數據經過功率放大器放大後被送至編碼器進行編碼，編碼器將編碼的數據發送給同步觸發模塊，同步觸發模塊將接收的數據進行處理，產生A、B、C三相在相應可控矽的兩端電壓為零時刻的同步信號，並將此同步信號發送給推動模塊中的光電耦合器，光電耦合器將接收的同步信號進行光電隔離後，通過推動信號放大器進行信號放大，放大的同步信號發送給脈衝變壓器，通過脈衝變壓器發出觸發脈衝至可控矽的觸發端。
【文檔編號】H02J3/18GK204258303SQ201420736956
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】廖文, 劉凱傑, 張祥羅, 汪遊胤, 湯偉中, 付理祥, 舒戀, 帥一, 曾慶匯, 黃忠民, 孫愛平, 姜勇 申請人:國家電網公司, 國網江西省電力公司南昌供電分公司