具有無源濾波功能的無功補償裝置製造方法
2023-05-25 05:00:56
具有無源濾波功能的無功補償裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有無源濾波功能的無功補償裝置，用於電網母線，無功補償裝置包括一信號採集裝置、一控制器、一無功補償單元以及一無源濾波單元，信號採集裝置用於採集信號並將所述信號發送至所述控制器；無功補償單元包括第一電感單元、第一移動單元以及第一電容裝置，第一電感單元包括第一線圈以及第一鐵芯；無源濾波單元包括第二電感單元、第二移動單元以及第二電容裝置，第二電感單元包括第二線圈以及第二鐵芯；控制器生成無功補償控制量和無源濾波控制量，並控制第一移動單元調節第一鐵芯在第一線圈內的長度、控制第二移動單元調節第二鐵芯在第二線圈內的長度。本發明可以同時進行無功補償和諧波治理。減少現場安裝空間和調試時間。
【專利說明】具有無源濾波功能的無功補償裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有無源濾波功能的無功補償裝置。
【背景技術】
[0002]由於電力電子技術的飛速發展，節能燈、電腦、變頻調速裝置、整流設備和不間斷電源)等電器特性非線性的電力用戶日趨廣泛，給電網帶來越來越嚴重的諧波幹擾，從而影響電能質量下降。感性負載大量增加使用戶的功率因數也日趨下降，因而用戶端諧波濾波器及無功補償裝置被愈來愈廣泛的使用。
[0003]如只進行無功補償，由於許多電力用戶存在較大的諧波幹擾，無功補償裝置就無法正常工作:電流超標、產生振動和噪音。因而在一些電力現場配置無功補償裝置與濾波器，以解決諧波幹擾。
[0004]但是，現在通用的無功補償裝置所配置的電抗器為5%、6%、7%或者12%、14%的，即是固定的，在使用現場是不能改的。而且，現有的無功補償裝置不具有濾波功能，濾波器與無功補償裝置需要分別安裝，安裝以及設備的成本較高。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中無功補償裝置所提供的無功補償量固定，無法適應現場電網情況，且無功補償無法提供濾波功能的缺陷，提供一種能夠適應電網，自動調節電感參數且具有無源濾波功能的無功補償裝置。
[0006]本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題:一種具有無源濾波功能的無功補償裝置，用於電網母線，其特點在於，所述無功補償裝置包括一信號採集裝置、一控制器、一無功補償單元以及一無源濾波單元，
[0007]所述信號採集裝置用於採集所述電網母線的信號並將所述信號發送至所述控制器；
[0008]所述無功補償單元包括一第一電感單元、一第一移動單元以及一第一電容裝置，所述第一電感單元包括一第一線圈以及一用於在所述第一線圈內沿第一線圈的軸線運動的第一鐵芯；
[0009]所述無源濾波單元包括一第二電感單元、一第二移動單元以及一第二電容裝置，所述第二電感單元包括一第二線圈以及一用於在所述第二線圈內沿第二線圈的軸線運動的第二鐵芯；
[0010]所述控制器用於根據所述信號生成無功補償控制量和無源濾波控制量，並根據所述無功補償控制量控制所述第一移動單元調節所述第一鐵芯在所述第一線圈內的長度、根據所述無源濾波控制量控制所述第二移動單元調節所述第二鐵芯在所述第二線圈內的長度。
[0011]通過對電網母線的數據採集，可以是採集電壓信號以及流經無功補償單元電流信號，實現無功補償單元提供的無功補償量以及無源濾波單元實時調節。無功補償單元以及無源濾波單元的電感參數、能夠提供的無功補償量不再是固定不變的，能夠有效地適應現場的安裝環境。
[0012]通過對電網母線的信號採集，利用現有的計算方法和計算晶片就能夠分析採集到的信號並由此確定功率因數和諧波信息，進而得出，無功補償單元需要提供多少的補償量才能滿足需求，無源濾波的電感參數需要調節到多少才能夠滿足諧振頻率的要求。
[0013]本申請的無功補償裝置不僅能夠實現無功補償，而且具有無源濾波功能，可同時進行無功補償和諧波治理。減少了現場安裝空間和調試時間。無功補償和諧波治理可以各事其責，互不幹擾各自獨立。各有自身的保護電路。
[0014]較佳地，所述第二電容裝置與所述第二電感單元串聯，所述無源濾波單元並聯於所述無功補償單元，無源濾波單元的輸出端通過一熔斷器與所述電網母線連接。
[0015]較佳地，所述第一電容裝置提供的電容量比所述第二電容裝置提供的電容量大至少一個數量級。
[0016]數量級指一系列10的冪，即相鄰兩個數量級之間的比為10。通過上述電容量的設置使得無源濾波單元對無功補償單元不產生影響。
[0017]較佳地，所述第一電容裝置包括若干相互並聯的電容單元，每一電容單元均對應一編號，所述控制器根據所述無功補償控制量篩選所述編號並導通篩選出的編號所對應的電容單元。
[0018]所述並聯是指電容單元構成迴路時，電容單元相互並聯。每一電容單元可以串聯一開關，所述控制器通過控制開關來控制所述電容器的導通。通過導通選擇後的編號所對應的電容單元，也確認了需要導通的電容單元的數量。
[0019]較佳地，所述第一電感單元的電感量的數值的變化範圍等於0.030:?0.2(^，其中0:為所述第一電容裝置的電容量的數值，所述第二電感單元的電感量的數值的變化範圍等於0.0202?0.2?，其中4為所述第二電容裝置的電容量的數值。
[0020]通過對上述電感量及電容量的設置，可濾除、避開大部分情況下的諧波幹擾。
[0021]較佳地，所述信號包括電網母線的電壓信號及經過所述無功補償單元的電流信號。
[0022]較佳地所述第一鐵芯與所述第二鐵芯均為微晶合金鐵芯。
[0023]微晶合金是一種金屬晶粒細化至微米級的鑄造合金材料，具有這種超微晶粒的合金可以表現出比其他同類合金更加優異的綜合機械性能和力學性能、超強的性能穩定性和尺寸穩定性、極好的減摩性和良好的耐磨性。利用微晶合金鐵芯能夠提高本申請的無功補償裝置的性能。
[0024]較佳地，所述第一移動單元和所述第二移動單元均包括一同步電機、一齒輪以及一與所述齒輪嚙合的齒條，所述齒輪設於所述同步電機的轉子上，所述齒條與鐵芯連接，所述控制器用於根據所述無功補償控制量控制第一移動單元的同步電機旋轉以調節第一鐵芯在所述第一線圈內的長度，根據所述無源濾波控制量控制第二移動單元的同步電機旋轉以調節第二鐵芯在所述第二線圈內的長度。
[0025]所述齒條與鐵芯連接，是指第一移動單元中的齒條與第一鐵芯連接、第二移動單元中的齒條與第二鐵芯連接。齒條的軸線(中心線)與鐵芯的軸線可以在同一直線上，所述直線也是線圈的軸線。利用所述齒輪和所述齒條的配合，將同步電機的旋轉運動轉化成在所述直線上的直線運動。所述電感控制量可以為對電機的旋轉控制量，通過對電機的控制完成鐵芯在線圈內長度的控制，以調節所述電感參數。
[0026]較佳地，所述無功補償裝置還包括一顯示單元，所述顯示單元用於顯示所述無功補償單元和/或所述無源濾波單元的工作信息。
[0027]較佳地，所述工作信息包括無功補償單元當前提供的無功補償量、無源濾波單元工作的諧波頻率、所述電網母線的功率因數、所述電網母線的諧波信息、電感單元的電感參數、第一電容裝置的電容參數或第一電容裝置的處於工作的電容單元的數量及編號中的一種或幾種。
[0028]所述顯示單元顯示多種實時信息，方便操作人員掌握現場情況。為所述無功補償裝置的安裝、工作提供方便。
[0029]在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。
[0030]本發明的積極進步效果在於:既可進行無功補償又可進行諧波治理。無功補償裝置可調節電感值使無功補償電路避開電網的主要諧波頻率。無源濾波單元可調節電感值使其諧振頻率與電網的主要諧波頻率相近，以使電網的主要諧波經無源濾波單元的電感及電容流向大地，從而對電網的諧波進行治理。現場只需安裝「具有無源濾波功能的無功補償裝置」櫃就可同時進行無功補償和諧波治理。減少了現場安裝空間和調試時間。無功補償和諧波治理可以各事其責，互不幹擾各自獨立。各有自身的保護電路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明實施例的無功補償裝置的結構示意圖。
[0032]圖2為本發明實施例的第一移動單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。
[0034]實施例
[0035]參見圖1、圖2，本實施例提供一種具有無源濾波功能的無功補償裝置，用於電網母線1，所述無功補償裝置包括一信號採集裝置11、一控制器12、一顯示單元15、一無功補償單元以及一無源濾波單元。
[0036]所述信號採集裝置用於採集所述電網母線1的信號並將所述信號發送至所述控制器，所述信號包括電網母線1的電壓信號及經過所述無功補償裝置的電流信號。
[0037]所述控制器用於根據所述信號生成無功補償控制量和無源濾波控制量。
[0038]所述無功補償單元包括一第一電感單元13、一第一移動單元14以及一第一電容裝置16，所述第一電感單元包括一第一線圈131以及一用於在所述第一線圈131內沿第一線圈131的軸線運動的第一鐵芯132。
[0039]所述第一電容裝置包括若干相互並聯的電容單兀，每一電容單兀均對應一編號，所述控制器根據所述無功補償控制量篩選所述編號並導通篩選出的編號所對應的電容單
)1.10
[0040]所述第一電感單元的電感量的數值的變化範圍等於0.030:?0.2(^，其中為所述第一電容裝置的電容量的數值。0.030:?0.20:是第一電感單元的電感量的調節範圍。
[0041]所述無源濾波單元包括一第二電感單元17、一第二移動單元以及一第二電容裝置18，所述第二電感單元17包括一第二線圈以及一用於在所述第二線圈內沿第二線圈的軸線運動的第二鐵芯。
[0042]所述第二電容裝置18與所述第二電感單元17串聯，所述無源濾波單元並聯於所述無功補償單元，無源濾波單元的輸出端通過一熔斷器19與所述電網母線連接。
[0043]所述第二電感單元的電感量的數值的變化範圍等於0.0202?0.2?，其中為所述第二電容裝置18的電容量的數值。0.0202?0.202是第二電感單元的電感量的調節範圍。
[0044]其中，所述第一電容裝置提供的電容量比所述第二電容裝置提供的電容量大10倍以上。
[0045]所述第一移動單元14和所述第二移動單元均包括一同步電機141、一齒輪142以及一與所述齒輪嚙合的齒條143，所述齒輪設於所述同步電機的轉子144上，所述齒條143與鐵芯連接。圖2表示的是第一移動單元14的結構示意圖，本實施例中第二移動單元的結構與第一移動單兀相同。
[0046]所述控制器還用於根據所述無功補償控制量控制第一移動單元的同步電機旋轉以調節第一鐵芯132在所述第一線圈內的長度，根據所述無源濾波控制量控制第二移動單元的同步電機旋轉以調節第二鐵芯在所述第二線圈內的長度。
[0047]所述顯示單元用於顯示所述無功補償單元和/或所述無源濾波單元的工作信息。
[0048]所述工作信息包括無功補償單元當前提供的無功補償量、無源濾波單元工作的諧波頻率、所述電網母線的功率因數、所述電網母線的諧波信息、電感單元的電感參數、第一電容裝置的電容參數或第一電容裝置的處於工作的電容單元的數量。
[0049]本實施例無功補償裝置的工作過程為:
[0050]無功補償裝置接入電網母線，信號採集裝置11通過電壓互感器111和電流互感器112採集電網母線的流經無功補償單元的電流和電網電壓信號。並將所述電流信號和電壓信號傳輸至所述控制器。
[0051]所述控制器分析所述電流信號和電壓信號，確定功率因數和諧波信息。所述控制器根據電網所需要的無功補償量以及諧振頻率生成無功補償控制量和無源濾波控制量。
[0052]所述控制器利用無功補償控制量或無源濾波控制量對對應的同步電機的旋轉進行控制，同步電機的旋轉通過齒輪和齒條轉化成所述微晶合金鐵芯的直線運動，從而調節微晶合金鐵芯在線圈中的長度。本實施例中，通過對功率因數和諧波信息的計算，需要無功補償單元的鐵芯處於線圈內的長度為15皿，所述長度下第一電感單元13的電感參數才能夠滿足當前電網的需求，而當前第一鐵芯處於線圈的長度為5皿，則控制器控制鐵芯已進入第一線圈的方向，移動10皿。而所述同步電機每旋轉一圈鐵芯移動1皿，因此為了使所述第一鐵芯沿進入第一線圈的方向移動10臟，所述控制器控制所述同步電機旋轉10圈。而對於無源濾波單元中的鐵芯的控制方式同無功補償單元。
[0053]所述控制器利用所述無功補償控制量控制所述第一電容裝置導通所述電容單元的數量以及指定編號的電容單元。本實施例中，需要並聯的3個電容單元提供的電容參數才能夠滿足當前電網的需求，而當前只有編號為01的電容單元導通，則控制器控制編號02,03的電容單元的開關導通。
[0054]本實施例的具有無源濾波功能的無功補償裝置既可進行無功補償又可進行諧波治理。無功補償裝置可調節電感值使無功補償電路避開電網的主要諧波頻率。無源濾波單元可調節電感值使其諧振頻率與電網的主要諧波頻率相近，以使電網的主要諧波經無源濾波單元的電感及電容流向大地，從而對電網的諧波進行治理。現場只需安裝「具有無源濾波功能的無功補償裝置」櫃就可同時進行無功補償和諧波治理。減少了現場安裝空間和調試時間。無功補償和諧波治理可以各事其責，互不幹擾各自獨立。各有自身的保護電路。
[0055]雖然以上描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護範圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種具有無源濾波功能的無功補償裝置，用於電網母線，其特徵在於，所述無功補償裝置包括一信號採集裝置、一控制器、一無功補償單元以及一無源濾波單元， 所述信號採集裝置用於採集所述電網母線的信號並將所述信號發送至所述控制器； 所述無功補償單元包括一第一電感單元、一第一移動單元以及一第一電容裝置，所述第一電感單元包括一第一線圈以及一用於在所述第一線圈內沿第一線圈的軸線運動的第一鐵芯； 所述無源濾波單元包括一第二電感單元、一第二移動單元以及一第二電容裝置，所述第二電感單元包括一第二線圈以及一用於在所述第二線圈內沿第二線圈的軸線運動的第二鐵芯； 所述控制器用於根據所述信號生成無功補償控制量和無源濾波控制量，並根據所述無功補償控制量控制所述第一移動單元調節所述第一鐵芯在所述第一線圈內的長度、根據所述無源濾波控制量控制所述第二移動單元調節所述第二鐵芯在所述第二線圈內的長度。
2.如權利要求1所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述第二電容裝置與所述第二電感單元串聯，所述無源濾波單元並聯於所述無功補償單元，無源濾波單元的輸出端通過一熔斷器與所述電網母線連接。
3.如權利要求2所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述第一電容裝置提供的電容量比所述第二電容裝置提供的電容量大至少一個數量級。
4.如權利要求3所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述第一電容裝置包括若干相互並聯的電容單元，每一電容單元均對應一編號，所述控制器根據所述無功補償控制量篩選所述編號並導通篩選出的編號所對應的電容單元。
5.如權利要求3所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述第一電感單元的電感量的數值的變化範圍等於0.03Q?0.2Q，其中Q為所述第一電容裝置的電容量的數值，所述第二電感單元的電感量的數值的變化範圍等於0.02C2?0.2C2，其中C2為所述第二電容裝置的電容量的數值。
6.如權利要求1所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述信號包括電網母線的電壓信號及經過所述無功補償單元的電流信號。
7.如權利要求1所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述第一鐵芯與所述第二鐵芯均為微晶合金鐵芯。
8.如權利要求1所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述第一移動單元和所述第二移動單元均包括一同步電機、一齒輪以及一與所述齒輪嚙合的齒條，所述齒輪設於所述同步電機的轉子上，所述齒條與鐵芯連接，所述控制器用於根據所述無功補償控制量控制第一移動單元的同步電機旋轉以調節第一鐵芯在所述第一線圈內的長度，根據所述無源濾波控制量控制第二移動單元的同步電機旋轉以調節第二鐵芯在所述第二線圈內的長度。
9.如權利要求1所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述無功補償裝置還包括一顯示單元，所述顯示單元用於顯示所述無功補償單元和/或所述無源濾波單元的工作信息。
10.如權利要求6所述的具有無源濾波功能的無功補償裝置，其特徵在於，所述工作信息包括無功補償單元當前提供的無功補償量、無源濾波單元工作的諧波頻率、所述電網母線的功率因數、所述電網母線的諧波信息、電感單元的電感參數、第一電容裝置的電容參數或第一電容裝置的處於工作的電容單元的數量及編號中的一種或幾種。
【文檔編號】H02J3/18GK104300551SQ201410535115
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月11日 優先權日:2014年10月11日
【發明者】曹可 申請人:上海致維自動化控制有限公司