專利名稱：綠色節(jié)能直流電站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種整流裝置，特別涉及一種綠色節(jié)能直流電站。
背景技術：
目前，含交直流電力電子變換裝置的直流電站普遍存在諧波污染嚴重、功 率因數(shù)低、運行效率低、工作噪音高等問題，這勢必會造成一定程度上的電能 浪費，給企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來負面影響。并且，諧波電流竄擾至電網(wǎng)側，對電 網(wǎng)也會造成一定的污染，影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。傳統(tǒng)的解決上述問題的方 法主要有兩種。
一種是采用多重化整流的方案，通過增加移相變壓器，或者在
整流變壓器一次側配置移相繞組，實現(xiàn)12、 18、 24甚至更高的48脈波多重化整 流。該方法雖能在一定程度上解決上述的一些問題，但由于增加了移相變壓器 或移相繞組，使得變壓器部分材料利用率降低，初期投資成本增加；由于多重 化整流，使得電力電子變流裝置(晶閘管、可控硅、二極管等)在工作周期內(nèi)導 通的時間減少，降低了設備使用率；并且，多重化整流使得整個直流電站的電 氣接線變得復雜，多個整流單元需要協(xié)調工作，這給控制帶來了一定的難度， 降低了直流系統(tǒng)運行的可靠性。另一種方法是采用諧波抑制與無功補償技術， 這同樣能在一定程度上解決上述一些問題，但由于濾波與功補裝置一般并接于 電網(wǎng)側，濾波效果受系統(tǒng)阻抗的影響較大，容易與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串/并聯(lián)諧振， 引起某些次諧波電流的放大，這同樣會消極影響電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。不僅如 此，上述兩種方法都只是被動式地解決諧波與無功對電網(wǎng)的不良影響，學:于諧波與無功對直流電站本身帶來的危害卻沒有得到任何的改善。由于電力電子變 換裝置的非線性而產(chǎn)生的諧波與無功在直流電站主電氣設備中自由流通，這勢 必會造成一定程度上的運行損耗，縮短了主設備的使用壽命，并且使得整個直 流電站的噪音增大，效率降低。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的直流電站能耗大、效率低、噪音高的上述技術問題，本發(fā) 明提出了一種綠色節(jié)能直流電站，該直流電站不僅能提升系統(tǒng)的運行效率，而 且能實現(xiàn)高功率因數(shù)的恒定控制和良好的諧波屏蔽，降低站內(nèi)主電氣設備的電 磁噪音，起到節(jié)能環(huán)保的作用。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是包括輸入交流電壓采樣電路、 輸入交流電流采樣電路、有載調壓器、整流變壓器、整流器、控制器、濾波與 功率補償裝置、輸出直流電壓采樣電路、輸出直流電流采樣電路，所述輸入交 流電壓采樣電路及輸入交流電流采樣電路的輸出接控制器，有載調壓器串接在 交流輸入電源及整流變壓器輸入端之間，整流變壓器的二次側低壓繞組與整流 器輸入端相接，整流變壓器的二次側中壓繞組接濾波與功率補償裝置，輸出直 流電壓采樣電路及輸出直流電流采樣電路的輸出接控制器，控制器的控制輸出 分別接整流器、濾波與功率補償裝置的控制端。
本發(fā)明的技術效果在于本發(fā)明中的整流變壓器采用三繞組結構型式，其 一次側繞組采用星形接線與交流電源相接，其二次側低壓繞組采用同相逆并聯(lián)， 輸出端與整流器相連接，而其二次側中壓繞組采用三角形接線，輸出端接調諧 與恒功率因數(shù)控制裝置，濾波與功率補償裝置可將含量較大的諧波屏蔽在整流 變壓器的二次側繞組，大大降低了整流變壓器的諧波損耗，以及由高頻分量所 引起的振動與噪音，并實現(xiàn)高功率因數(shù)的恒定控制；通過整流變壓器有載調壓器和整流器觸發(fā)角的協(xié)調控制，實現(xiàn)直流電流的在線調節(jié)與控制，并且，在協(xié)
調控制過程中確保整流器的觸發(fā)角穩(wěn)定在5° 10°范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)直流系統(tǒng)的 高效率最優(yōu)運行。
下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖l是本發(fā)明的結構框圖。
圖2是本發(fā)明的控制流程圖。
圖l中各部件說明如下l.交流電源，2.輸入交流電壓采樣電路，3.輸入交 流電流采樣電路，4.有載調壓器，5.整流變壓器，6.可控電抗器，7.5/7次雙調 諧濾波器(或5、 7次單調諧濾波器)，8. 11/13次雙調諧濾波器(或11、 13次單調 諧濾波器)，9.高通濾波器，10.并聯(lián)電力電容器，ll.濾波裝置，12.濾波和功率 補償裝置，13.整流器，14.控制器，15.輸出直流電壓采樣電路，16.輸出直流 電流釆樣電路，17.直流負載。
具體實施例方式
參見圖l，本發(fā)明中整流變壓器5采用三繞組結構型式，其一次側繞組采用 星形接線與有載調壓器4輸出端相接，其二次側低壓繞組采用同相逆并聯(lián)，輸出 端與整流器13相連接，而其二次側中壓繞組采用三角形接線，輸出端接濾波和 功率補償裝置12，濾波和功率補償裝置12主要由可控電抗器6、 5/7次雙調諧濾 波器7(或5次單調諧濾波器和7次單調諧濾波器)、11/13次雙調諧濾波器8(或11 次單調諧濾波器和13次單調諧濾波器)、高通濾波器9及并聯(lián)電力電容器10構成； 濾波裝置11主要抑制由整流器13產(chǎn)生的主要次特征諧波，并補償部分無功功率； 可控電抗器6與并聯(lián)電力電容器相配合，補償不足的無功功率，保證直流電站在 設定的功率因數(shù)點工作。整流器13的輸出端與直流負載17相連接。特別說明如下兩點(1)可控電抗器6受控制器14的控制，實時調節(jié)其觸發(fā)角，保證直流電 站運行在設定的功率因數(shù)點，具體方法首先通過輸入交流電壓采樣電路2和輸 入交流電流采樣電路3，采樣瞬時電壓、電流值，應用瞬時無功功率理論，計算 出瞬時系統(tǒng)功率因數(shù)，并與設定值進行誤差計算，若功率因數(shù)計算值小于設定 值時，則增大可控電抗器的觸發(fā)角，減小其吸收的感性無功功率，直至兩者的 誤差在允許的范圍內(nèi)；若功率因數(shù)計算值大于設計值時，則減小可控電抗器的 觸發(fā)角，增大其吸收的感性無功功率，直至兩者的誤差在允許的范圍內(nèi)。(2)有
載調壓器4的有載調壓開關和整流器13的觸發(fā)角都受到控制器14的控制，通過兩 者的有效配合，實現(xiàn)整流器13的觸發(fā)角在5°~10°范圍內(nèi)，其流程圖見圖2;具體
方法如下首先通過輸出直流電壓采樣電路15和輸出直流電流采樣電路]6，采
樣求得直流側電壓和電流，與直流電流設定值進行誤差計算，誤差結果再通過
PI調節(jié)器生成整流觸發(fā)角，并判斷觸發(fā)角是否小于5Q，若判斷為是，則下調有載 調壓器4的有載調壓開關，降低輸入端電壓；若判斷為否，則再判斷是否大于1(^ 斷，若判斷為是，則上調有載調壓器4的有載調壓開關，增大輸入端電壓；通過
如下的兩層判據(jù)，始終保證整流器13的觸發(fā)角保持在5。 10。范圍內(nèi)。
本發(fā)明中中壓繞組與中壓繞組接入濾波裝置的特定次諧波總阻抗由兩部分
構成
Zy =(Z/J7.) + z肘
其中Z,為中壓繞組與中壓繞組接入濾波裝置的特定次諧波總阻抗；Z,.,為 中壓繞組接入的單調諧濾波器的諧波阻抗；2,,,為中壓繞組接入的雙調諧濾波器 的諧波阻抗；ZM為中壓繞組的諧波等值阻抗。
中壓濾波繞組處接入的濾波裝置采用全調諧設計，即在特征諧波頻率處濾
波器的阻抗為o，對于單調諧感應濾波器(不計電阻)<formula>formula see original document page 7</formula>
其中^為單調諧濾波器的調諧角頻率。 對于雙調諧濾波器(不計電阻)
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中《H、 ^2為雙調諧濾波器的調諧角頻率
對于整流變壓器中壓繞組的等值阻抗可通過下式計算求得(不計電阻) Z紹=(Za2i + Z^23 -ZJ'〗)/2
式中Zm、 Zil3、 Z^分別為高壓繞組與低壓繞組、高壓繞組與屮壓繞組、 中壓繞組與低壓繞組相互之間的短路阻抗；Z,.,為中壓繞組的基波等值阻抗。將
中壓繞組布置于高壓與低壓繞組之間，通過調節(jié)各繞組的結構尺寸，即可使捐
Z^,為零，相應地:
按照如下給出的全調諧濾波器設計和中壓繞組的零等值阻抗設計，即可使 得中壓繞組與中壓繞組接入濾波裝置的特定次諧波總阻抗接近為零或接近為
權利要求
1.一種綠色節(jié)能直流電站，其特征在于包括輸入交流電壓采樣電路、輸入交流電流采樣電路、有載調壓器、整流變壓器、整流器、控制器、濾波與功率補償裝置、輸出直流電壓采樣電路、輸出直流電流采樣電路，所述輸入交流電壓采樣電路及輸入交流電流采樣電路的輸出接控制器，有載調壓器串接在交流輸入電源及整流變壓器輸入端之間，整流變壓器的二次側低壓繞組與整流器輸入端相接，整流變壓器的二次側中壓繞組接濾波與功率補償裝置，輸出直流電壓采樣電路及輸出直流電流采樣電路的輸出接控制器，控制器的控制輸出分別接整流器、濾波與功率補償裝置的控制端。
2. 根據(jù)權利要求l所述的綠色節(jié)能直流電站，其特征在于所述整流變壓 器采用三繞組結構型式，其一次側繞組采用星形接線方式與有載調壓器的輸出 相接，其二次側低壓繞組采用同相逆并聯(lián)與整流器輸入端相接，而其二次側屮 壓繞組采用三角形接線。
3. 根據(jù)權利要求l所述的綠色節(jié)能直流電站，其特征在于濾波與功率補 償裝置由主要由可控電抗器、5/7次雙調諧濾波器、11/13次雙調諧濾波器、高 通濾波器及電力電容器并聯(lián)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綠色節(jié)能直流電站。它包括輸入交流電壓采樣電路、輸入交流電流采樣電路、有載調壓器、整流變壓器、整流器、控制器、濾波與功率補償裝置、輸出直流電壓采樣電路、輸出直流電流采樣電路，所述輸入交流電壓采樣電路及輸入交流電流采樣電路的輸出接控制器，有載調壓器串接在交流輸入電源及整流變壓器輸入端之間，整流變壓器的二次側低壓繞組與整流器輸入端相接，整流變壓器的二次側中壓繞組接濾波與功率補償裝置，輸出直流電壓采樣電路及輸出直流電流采樣電路的輸出接控制器，控制器的控制輸出分別接整流器、濾波與功率補償裝置的控制端。本發(fā)明能實現(xiàn)高功率因數(shù)的恒定控制和良好的諧波屏蔽，并提高系統(tǒng)的運行效率。
文檔編號H02J5/00GK101557116SQ200910042768
公開日2009年10月14日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權日2009年2月26日
發(fā)明者劉文業(yè), 張志文, 勇 李, 熊芝耀, 羅隆福, 董書大, 許加柱, 邵鵬飛 申請人:湖南大學