磁控静止无功补偿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种磁控静止无功补偿装置，主要解决了现有技术中存在的无功补偿呈阶梯性、精度低，无法同时提供感性和容性无功、开关动作频繁等缺点，不能满足电力系统与用户的更高要求的问题。该磁控静止无功补偿装置包括数字信号处理器，输出端均与数字信号处理器相连的电源、电容器组或滤波器组、键盘，输入端均与数字信号处理器相连的液晶显示器、可编程逻辑控制器和无功补偿单元，与无功补偿单元及可编程逻辑控制器均相连的可控并联电抗器CSR，输入端与可控并联电抗器CSR相连、输出端与数字信号处理器相连的AD采样电路。通过上述方案，本实用新型达到了性价比较高，符合实际需求的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
【专利说明】磁控静止无功补偿装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种补偿装置，具体地说，是涉及一种磁控静止无功补偿装置。
【背景技术】
[0002]电力系统的互联和远距离、大容量输电已成为电力工业发展的重要趋势。跨区域的长距离集中送电的交流输电通道或交直流并联输电通道越来越多，大事故扰动下电网的动态无功支持能力不仅成为互联电网送电能力的重要约束，而且能够影响到联网系统的电压稳定水平和电压安全裕度。如何提高电网的安全稳定水平，提升现有电网的输电能力，最大限度地发挥输电线路是电网发展面临的重要问题。
[0003]在配电系统中，大功率冲击性负荷和不平衡负荷的影响也日益严重，造成了系统电压波动，影响了其他电气设备的正常运行和用电的经济性。随着经济的发展，大量的冲击性负荷如电弧炉、轧机、电气化铁路等接入电网，这些非线性、不平衡冲击性负荷的有功和无功功率在生产过程中随机地或周期性地大幅度变动，其波动电流流过供电线路阻抗，通过公共连接点传递到电网其它馈电线路上，造成电压严重的波动和闪变，给配电系统的电能质量造成了严重污染，危害其他用户的电气设备，导致生产效率降低，单位能耗增加，产品质量下降。
[0004]电网的损耗、电压及功角稳定性与无功功率的快速、有效提供有关。而在电网建设和运行中，长期存在无功补偿容量不足和配备不合理的问题，备用容量严重不足，特别是可调节的无功容量不足，能够快速响应无功调节的设备更少。人工手动开关投切电容是普遍采用的补偿措施，调节精度不够，响应速度慢，而且开关投切电容器容易产生过电压问题。输电系统缺乏及时的无功调节，系统振荡容易扩大，降低了输电系统的稳定性。负荷中心缺乏快速的无功支撑，容易造成电压偏低甚至电压崩溃。无功不足导致电压降落、电能传输损耗大、线路输送容量降低和网络稳定性下降。缺乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变动很大，导致电网线损增加，电压合格率不高。
[0005]传统的无功补偿方式主要为固定补偿与分组投切。固定补偿是根据无功负荷进行人工投退的补偿装置，在无功负荷高峰期间投入，无功负荷低谷期间退出，由于补偿容量固定不变，常常出现高峰期间补偿不足，低谷期间却因过补不能投入的情况，补偿精度低、效果差，其优点为投资少。分组投切方式根据无功负荷工况对补偿装置进行分组，根据无功负荷实时需求进行投退，由于分组合理，可以根据无功负荷的大小进行优化组合投切电容器，补偿精度高于固定补偿装置。分组投切的无功补偿装置分组越多，补偿精度越高，但分组过多会导致投资过大，也容易造成投切电容器组时涌流过大，缩短设备的使用寿命。
[0006]传统的采用接触器或真空断路器投切电容器组的方式，在合闸过程中存在弹跳、重燃及过压等危险，电容器组合闸时有较大的冲击电流，主回路分闸后电容器上仍存在较高的直流电压，需要一定的放电间隔时间，因而这种补偿装置不能频繁动作，对负载波动不能及时响应，易产生过补和欠补，不能达到和保持最佳的补偿效果，对冲击性负荷产生的无功功率不能有效补偿，不能解决冲击性负荷所带来的电压不稳定、闪烁变化、系统网损和降低变压器带载容量等问题，一般只适合于在无功功率变化不大或缓慢的场合。
[0007]采用接触器或真空断路器投切电容器组，在每次投入电容器组时，由于不能选择控制开关触头的投入角度，造成较大的合闸涌流，切除时产生过电压，从而导致开关触头磨损，电容器使用寿命缩短，严重影响了装置自身的使用寿命，同时还会给电力系统带来污染。
[0008]随着非线性负荷、冲击负荷的增加和电力系统规模的扩大，电力用户、电力系统对无功补偿、电能质量的要求有了显著的提高，如需要补偿容性和感性无功，需要快速连续调节补偿输出，抑制电压波动与闪变等等。传统的无功补偿方式在很长一段时间内为降低网损、稳定系统电压发挥了重要作用，但因其补偿呈阶梯性、精度低，无法同时提供感性和容性无功、开关动作频繁等缺点，不能满足电力系统与用户的更高要求。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的在于提供一种磁控静止无功补偿装置，主要解决现有技术中存在的无功补偿呈阶梯性、精度低，无法同时提供感性和容性无功、开关动作频繁等缺点，不能满足电力系统与用户的更高要求的问题。
[0010]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0011]磁控静止无功补偿装置，包括数字信号处理器，输出端均与数字信号处理器相连的电源、电容器组或滤波器组、键盘，输入端均与数字信号处理器相连的液晶显示器、可编程逻辑控制器和无功补偿单元，与无功补偿单元及可编程逻辑控制器均相连的可控并联电抗器CSR,输入端与可控并联电抗器CSR相连、输出端与数字信号处理器相连的AD米样电路。
[0012]进一步地，所述无功补偿单元和可控并联电抗器CSR之间还连接有电流调节器和晶闸管移相触发电路，所述电流调节器的输入端与无功补偿单元相连、输出端与晶闸管移相触发电路相连，所述晶闸管移相触发电路的输出端与可控并联电抗器CSR相连。
[0013]考虑到实际需求，所述可控并联电抗器CSR上集成有外接端口。
[0014]具体地说，所述可控并联电抗器CSR包括由端部连通的铁芯I和铁芯2构成的主铁芯，所述铁芯I和铁芯2均由结构相同的两个铁芯构件及连接于两个铁芯构件间的磁阀构成，所述磁阀的横截面小于铁芯构件的横截面；所述铁芯I的两个铁芯构件之间连接有触发晶闸管Kl ;所述铁芯2的两个铁芯构件之间连接有触发晶闸管K2。
[0015]为了提高使用时的安全性，所述铁芯I和铁芯2之间连接有续流二极管D。
[0016]作为优选，所述铁芯I的两个铁芯构件和磁阀一体式连接；所述铁芯2的两个铁芯构件和磁阀一体式连接。
[0017]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0018](I)本实用新型以可控并联电抗器(Controllable Shunt Reactor) CSR为核心，配合并联电容器组或滤波器组装置，依据数字信号处理器对电网系统的无功功率取样，自动调节可控电抗器控制回路晶闸管的导通角，利用交直流混合励磁特性，改变直流励磁电流幅值，调整铁芯磁饱和度，实现电抗值及输出容量的连续调节，从而实现无功功率快速补偿，且可以有效地提高功率因数，降低网损，阻止电网系统振荡，提高输电线传输能力，提高电网的电压稳定能力，限制系统的工频电压升高及操作过电压，稳定系统电压，十分适用。[0019](2)本实用新型输出容量连续可调、可靠性高、免维护、产生谐波小，可直接接入高压电网，快速平滑调节系统无功、提高电压合格率、减少输电损耗、提高系统稳定性，应用后可以极大改善电网的无功潮流和电压自动控制能力，大幅提高电网的输电能力，为电网的安全、稳定运行提供坚实的保障，是理想的动态无功补偿和电压调节装置。
[0020](3)本实用新型适用于输电网或配电网，应用于输电网时可提高电力系统稳定性、增加系统阻尼、抑制系统振荡，减少输电损耗，维持系统母线电压稳定，提高线路输送容量；应用于配电网时可对快速变化负载进行动态无功补偿，提高功率因数、抑制电压波动与闪变、降低负荷不平衡、滤除谐波，在改善电能质量的同时，取得节能降耗的经济效益，适用范围较广，符合实际需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的系统框图。
[0022]图2为本实用新型中可控并联电抗器CSR的原理示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
[0024]如图1所示，本实用新型公开了一种磁控静止无功补偿装置，包括数字信号处理器、电源、电容器组或滤波器组、键盘、液晶显示器、可编程逻辑控制器、无功补偿单元、可控并联电抗器CSR、AD采样电路、电流调节器和晶闸管移相触发电路，其中，电源、电容器组或滤波器组、键盘、液晶显示器、可编程逻辑控制器、无功补偿单元和AD采样电路均与数字信号处理器相连，无功补偿单元、电流调节器、晶闸管移相触发电路、可控并联电抗器CSR及AD采样电路依次相连，且可控并联电抗器CSR上集成有外接端口。
[0025]本实用新型的核心元件为采用晶闸管控制的可控并联电抗器CSR，该可控并联电抗器CSR基于磁阀技术，利用交直流混合励磁特性，通过调节可控电抗器控制回路晶闸管的导通角，改变直流励磁电流的幅值，从而调整铁芯磁饱和度，改变等效磁导率，改变绕组的的电感和电抗，实现输出容量的连续平滑调节。且具有响应速度快，容量调节范围宽，可以实现全容量连续可调的优点，其与电容器组组合可以提供正负连续可调的无功功率，从而精确控制系统的电压和无功功率，功率因数可以保持恒定，经验证，控制精度可以稳定地控制在0.95?1，达到更好的电压合格率及最低的网损，真正实现柔性输电。
[0026]如图2所示，可控并联电抗器CSR绕组两端接入电网系统时，在电压的正负半周分别触发晶闸管K1、K2导通，形成全波整流的效果，二极管D完成续流的作用。通过控制Κ1、Κ2的导通角即可控制直流励磁电流，从而改变电抗器小截面段铁芯的磁饱和程度，平滑调节可控并联电抗器的电感量。可控并联电抗器截面较小的部分称为“磁阀”，“磁阀”的引入使极限励磁成为可能，磁阀部分可在极限饱和区连续调节，使得电抗器的感抗大范围连续变化，而其它部分铁芯则处于不饱和状态，正是这样一种铁芯结构与工作原理，使得可控并联电抗器比普通饱和电抗器具有更低的噪声，更小的谐波，更低的损耗，更快的响应速度，更线性的调节特性。
[0027]通过对结构的巧妙设置，可控并联电抗器的控制回路的晶闸管只需承受约为系统额定电压的1%左右的低压，因而运行可靠性大为提高；采用自耦励磁方式，交直流分量共用一个绕组，节省了绕组成本；采用磁阀式结构设计和极限磁饱和工作方式，运行时只有小截面段铁芯饱和，大部分铁芯不饱和，增大了铁芯导磁率，降低了成本和体积，降低了有功损耗和谐波含量(约为TCR的一半左右)，噪声也比较小。
[0028]本实用新型中的可控并联电抗器与传统饱和式电抗器虽然都源于磁饱和的原理，但由于设计理念不同，结构方式不同，二者的工作性能有着显著的差别。传统的饱和式电抗器在工作过程中，铁芯长期处于磁饱和状态，损耗很大，控制绕组的电流惯性大，响应时间长，很难满足现代电压无功的控制要求。本实用新型中的可控并联电抗器在设计上采取创新的控制理论，采用自耦直流励磁和多级极限磁饱和的工作方式，克服了传统饱和式电抗器的弊端，有功损耗低，响应速度快，谐波大大减少，其与TSC、TCR的不同之处在于采用低压直流控制，规避了晶闸管高压控制的风险，且磁阀式结构设计扩大了电流调整范围，有效地降低了谐波和损耗，加之成本低廉，安全可靠，是优于TSC、TCR的无功补偿设备。
[0029]本磁控静止无功补偿装置主要由电容器组/滤波器组、可控并联电抗器CSR(包括电抗器本体及励磁系统)和控制保护系统(包括数字信号处理器、AD采用电量、无功补偿单元、可编程逻辑控制器等)组成。电容器组/滤波器组用于提供系统所需的容性无功功率，可控并联电抗器用于平衡系统中负载波动所对应的感性无功功率，并稳定负载冲击所产生的电压波动，控制保护系统完成自动补偿的检测、计算、控制执行与保护。
[0030]作为优选，可控并联电抗器采用优质硅钢片和漆包线，低温升设计，具有极高的可靠性，设计寿命达到30年以上，维护简单，可控并联电抗器的调节通过自耦于主线圈的励磁单元实现，励磁单元的控制信号来自控制系统，控制系统与励磁单元之间采用隔离性能好、抗干扰能力强的光纤连接。励磁系统采用优质低压元件，无须任何器件的串并联，所有元件高度成熟可靠，励磁系统配置完备的保护系统，充分保证系统运行安全。
[0031]电容器组/滤波器组用于无功补偿及滤除谐波，提供系统所需的容性无功功率，滤波电容器组可采用固定接入方式，也可采取分级投切，将滤波电容器组分成若干个单元组，由机械开关或晶闸管阀组按照实际的电网需求进行投切操作。在具体应用中，电容器组/滤波器组根据现场的系统工况配置:在谐波含量较小的电力系统变电站，可配置电容器组，根据需要加装串联电抗器，限制合闸涌流、抑制谐波；在谐波含量较重的工矿企业变电站，可根据用户需求设置适宜的滤波器组。
[0032]电容器组/滤波器组也可利用用户已有的补偿设备，如原有补偿设备容量合适，可以只增设可控并联电抗器，用最少的投资取得最佳的效果。
[0033]控制保护系统采用功率、电流双环复合控制系统调节，可在半个工频周期内完成负载无功变化检测，实施动态跟踪补偿，既可以使补偿器快速地跟踪负荷电流的变化，也可使负荷的功率因数维持在给定值。控制系统提供全面直观的运行工况监测，及时准确的记录显示，对于特殊的情况或故障，及时报警或跳闸。控制系统提供友好的人机界面，便于用户的操作及维护，可接入现有自动化控制系统。可以根据现场情况加装需要的保护单元。
[0034]按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。
【权利要求】
1.磁控静止无功补偿装置，其特征在于，包括数字信号处理器，输出端均与数字信号处理器相连的电源、电容器组或滤波器组、键盘，输入端均与数字信号处理器相连的液晶显示器、可编程逻辑控制器和无功补偿单元，与无功补偿单元及可编程逻辑控制器均相连的可控并联电抗器CSR,输入端与可控并联电抗器CSR相连、输出端与数字信号处理器相连的AD采样电路。
2.根据权利要求1所述的磁控静止无功补偿装置，其特征在于，所述无功补偿单元和可控并联电抗器CSR之间还连接有电流调节器和晶闸管移相触发电路，所述电流调节器的输入端与无功补偿单元相连、输出端与晶闸管移相触发电路相连，所述晶闸管移相触发电路的输出端与可控并联电抗器CSR相连。
3.根据权利要求2所述的磁控静止无功补偿装置，其特征在于，所述可控并联电抗器CSR上集成有外接端口。
4.根据权利要求3所述的磁控静止无功补偿装置，其特征在于，所述可控并联电抗器CSR包括由端部连通的铁芯I和铁芯2构成的主铁芯，所述铁芯I和铁芯2均由结构相同的两个铁芯构件及连接于两个铁芯构件间的磁阀构成，所述磁阀的横截面小于铁芯构件的横截面。
5.根据权利要求4所述的磁控静止无功补偿装置，其特征在于，所述铁芯I的两个铁芯构件之间连接有触发晶闸管Kl ;所述铁芯2的两个铁芯构件之间连接有触发晶闸管K2。
6.根据权利要求5所述的磁控静止无功补偿装置，其特征在于，所述铁芯I和铁芯2之间连接有续流二极管D。
7.根据权利要求6所述的磁控静止无功补偿装置，其特征在于，所述铁芯I的两个铁芯构件和磁阀一体式连接；所述铁芯2的两个铁芯构件和磁阀一体式连接。
【文档编号】H02J3/01GK203536970SQ201320741867
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】李敏, 陈财建, 柴若愚, 罗海卫 申请人:成都星宇节能技术股份有限公司