專利名稱：高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置。
背景技術(shù)：
隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的、數(shù)量最大的諧波源，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，電網(wǎng)中的諧波“污染”也日趨嚴(yán)重。電力系統(tǒng)諧波“污染”的治理已成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問題。諧波的危害十分嚴(yán)重諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或者燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電能計量出現(xiàn)混亂。對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波給輸電設(shè)備、配電設(shè)備和用電設(shè)備帶來極大的危害。諧波使電能質(zhì)量下降，使電能損耗增大。在低壓側(cè)，有的用戶的諧波電壓總畸變率高達(dá)10% (國家標(biāo)準(zhǔn)為5%)，甚至于20%，所帶來的“污染”、危害和損耗是可想而知的。電力部門有明文規(guī)定電力高次諧波采取“誰干擾、誰污染、誰治理”的方式進(jìn)行諧波治理。GB/T14M9-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定了國家諧波電壓、諧波電流的標(biāo)準(zhǔn)。超過這個標(biāo)準(zhǔn)的用戶必須治理諧波，否則電力部門有權(quán)停止用戶用電。在諧波治理中發(fā)現(xiàn)，有的用戶的自然功率因數(shù)很高，諧波電壓、諧波電流嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)，例如某陶瓷有限公司球磨車間姊變壓器低壓側(cè)諧波電壓總畸變率高達(dá)16. 3% (國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5%)，5次諧波電壓含有率高達(dá)14. 2% (國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定4%)，7次諧波電壓含有率高達(dá)7. 6% (國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定4%);在基波電流為1M6A時，5次諧波電流為316. 5A，7次諧波電流為128. 6A ；功率因數(shù)為0. 9701。對于這樣的用戶要把諧波抑制到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，無功補(bǔ)償一定過補(bǔ)，一定出現(xiàn)無功倒送。過補(bǔ)無功所造成的危害比欠補(bǔ)無功所造成的危害更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種既能把諧波抑制到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，又能把功率因數(shù)恒定在0. 90 0. 99之間，使基波無功既不“欠補(bǔ)”又不“過補(bǔ)”的更加合理的高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，它包括單調(diào)諧諧波濾波器部分和磁閥式可控電抗器部分，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分掛接在配電房內(nèi)的母線上，所述磁閥式可控電抗器部分掛接于負(fù)載附近的母線上，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分、所述磁閥式可控電抗器部分、所述負(fù)載三者實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分和所述磁閥式可控電抗器部分所掛接的母線同相，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分包括單調(diào)諧諧波濾波器控制器和由斷路器、熔斷器、交流開關(guān)模塊、濾波電容、濾波電感串聯(lián)組成的某一相的諧波濾波支路，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分諧振于欲要濾除的諧波次數(shù)，所述磁閥式可控電抗器部分包括無功補(bǔ)償控制器和由斷路器、熔斷器、接觸器、磁閥式可控電抗器串聯(lián)組成的某一相的無功補(bǔ)償支路。所述交流開關(guān)模塊可以是IGBT類半導(dǎo)體開關(guān)器件，也可以是交流接觸器類開關(guān)器件，所述IGBT類半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制極或者交流接觸器類開關(guān)器件的線圈連接所述單調(diào)諧諧波濾波器控制器的控制輸出端，所述單調(diào)諧諧波濾波器控制器包括電壓檢測端和電流檢測端，所述電壓檢測端和所述電流檢測端分別與負(fù)載相線連接。所述無功補(bǔ)償控制器包括依次對應(yīng)電連接的單片機(jī)、功率因數(shù)檢測電路、導(dǎo)納計算電路、線性化電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路，所述磁閥式可控電抗器包括可控硅I、可控硅 II、續(xù)流二極管、第一陰極、第二陰極、第一控制極、第二控制極，所述功率因數(shù)檢測電路與負(fù)載相線連接，所述驅(qū)動電路與所述接觸器的線圈連接，所述觸發(fā)電路各輸出端分別與所述第一陰極、第二陰極、第一控制極、第二控制極對應(yīng)電連接。所述磁閥式可控電抗器還包括兩個鐵芯和繞制在所述鐵芯上的繞組，所述兩個鐵心上分別繞有總匝數(shù)為N的上、下兩個繞組共組成四個繞組，所述四個繞組匝數(shù)均為N/2， 不同鐵心上的上、下兩個繞組交叉順連后并聯(lián)至電網(wǎng)，所述續(xù)流二極管跨接在兩個繞組的交叉連接處，所述四個繞組均有抽頭，所述抽頭分別與所述可控硅I、可控硅II的陰極、陽極對應(yīng)相連。A、B、C三相諧波濾波支路接成星形可以使基波無功補(bǔ)償量最小，所述磁閥式可控電抗器KKL接成無零星形可以使3次諧波無通路。本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明包括單調(diào)諧濾波器部分和磁閥式可控電抗器部分，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分掛接在配電房內(nèi)的母線上，所述磁閥式可控電抗器部分掛接于負(fù)載附近的母線上，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分、所述磁閥式可控電抗器部分、所述負(fù)載三者實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分和所述磁閥式可控電抗器部分所掛接的母線同相，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分包括單調(diào)諧諧波濾波器控制器和由斷路器、熔斷器、 交流開關(guān)模塊、濾波電容、濾波電感串聯(lián)組成的某一相的諧波濾波支路，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分諧振于欲要濾除的諧波次數(shù)，所述磁閥式可控電抗器部分包括無功補(bǔ)償控制器和由斷路器、熔斷器、接觸器、磁閥式可控電抗器串聯(lián)組成的某一相的無功補(bǔ)償支路；所以，本發(fā)明是一種把諧波濾波技術(shù)和靜止無功補(bǔ)償技術(shù)結(jié)合在一起的新的組合，起到了使用戶的諧波達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)而功率因數(shù)又恒定的新的技術(shù)效果的諧波治理裝置。本發(fā)明利用無源濾波裝置的單調(diào)諧濾波型式削除諧波并補(bǔ)償基波無功；利用靜止無功補(bǔ)償裝置的磁閥式可控電抗器型式吸收基波無功，把無源濾波裝置對基波無功補(bǔ)償?shù)倪^補(bǔ)部分吸收掉，從而既把諧波削除到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，又把功率因數(shù)恒定在0. 9 0. 99之間。


圖1為高功率因數(shù)諧波濾波補(bǔ)償裝置單線示意圖； 圖2為諧波濾波補(bǔ)償裝置濾波支路系統(tǒng)原理圖3為磁閥式可控電抗器原理圖； 圖4為磁閥式可控電抗器裝置系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明包括單調(diào)諧濾波器部分1和磁閥式可控電抗器部分2，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分1掛接在配電房內(nèi)的母線上，所述磁閥式可控電抗器部分2掛接于負(fù)載3附近的母線上。所述單調(diào)諧諧波濾波器部分1、所述磁閥式可控電抗器部分2、所述負(fù)載3三者實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接。所述單調(diào)諧諧波濾波器部分1和所述磁閥式可控電抗器部分2所掛接的母線同相。所述單調(diào)諧諧波濾波器部分1包括單調(diào)諧諧波濾波器控制器LKZ和由斷路器LQF、熔斷器LRD、交流開關(guān)模塊LKG、濾波電容LC、濾波電感LL串聯(lián)組成的某一相的諧波濾波支路，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分1諧振于欲要濾除的諧波次數(shù)。所述磁閥式可控電抗器部分2包括無功補(bǔ)償控制器BKZ和由斷路器BQF、熔斷器BRD、接觸器 BKM、磁閥式可控電抗器KKL串聯(lián)組成的某一相的無功補(bǔ)償支路。所述交流開關(guān)模塊LKG可以是IGBT類半導(dǎo)體開關(guān)器件，也可以是交流接觸器類開關(guān)器件，所述IGBT類半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制極或者交流接觸器類開關(guān)器件的線圈連接所述單調(diào)諧諧波濾波器控制器(LKZ)的控制輸出端，所述單調(diào)諧諧波濾波器控制器LKZ包括電壓檢測端和電流檢測端，所述電壓檢測端和所述電流檢測端分別與負(fù)載相線連接。所述無功補(bǔ)償控制器BKZ包括依次對應(yīng)電連接的單片機(jī)、功率因數(shù)檢測電路、導(dǎo)納計算電路、線性化電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路，所述磁閥式可控電抗器KKL包括可控硅
IKG1、可控硅II KG2、續(xù)流二極管D、第一陰極K1、第二陰極K2、第一控制極G1、第二控制極 G2，所述功率因數(shù)檢測電路與負(fù)載相線連接，所述驅(qū)動電路與所述接觸器BKM的線圈連接， 所述觸發(fā)電路各輸出端分別與所述第一陰極K1、所述第二陰極K2、所述第一控制極G1、所述第二控制極G2對應(yīng)電連接。所述磁閥式可控電抗器KKL還包括兩個鐵芯和繞制在所述鐵芯上的繞組，所述兩個鐵心上分別繞有總匝數(shù)為N的上、下兩個繞組共組成四個繞組，所述四個繞組匝數(shù)均為N/2，不同鐵心上的上、下兩個繞組交叉順連后并聯(lián)至電網(wǎng)，所述續(xù)流二極管D跨接在兩個繞組的交叉連接處，所述四個繞組均有抽頭，所述抽頭分別與所述可控硅I KG1、可控硅
IIKG2的陰極、陽極對應(yīng)相連。A、B、C三相諧波濾波支路接成星形可以使基波無功補(bǔ)償量最小，所述磁閥式可控電抗器KKL接成無零星形可以使3次諧波無通路。所述的磁閥式可控電抗器KKL的投切元件為接觸器BKM，調(diào)節(jié)元件為磁閥式可控電抗器KKL中的可控硅I KG1、可控硅II KG2。所述投切元件BKM使所述磁閥式可控電抗器 KKL在功率因數(shù)大于0. 99時投入，同時自動調(diào)節(jié)所述磁閥式可控電抗器KKL的容量使功率因數(shù)小于0. 99 ；所述投切元件BKM使磁閥式可控電抗器在功率因數(shù)小于0. 9時切除。所述投切元件BKM和所述磁閥式可控電抗器KKL的控制極分別接在所述無功補(bǔ)償控制器BKZ的第一組輸出端和第二組輸出端。第一組輸出的第一陰極、第一控制極分別接在所述磁閥式可控電抗器KKL的第一陰極K1、第一控制極Gl上，第二組輸出的第二陰極、第二控制極分別接在所述磁閥式可控電抗器KKL的第二陰極K2、第二控制極G2上，見附圖3和附圖4。所述無功補(bǔ)償控制器BKZ對負(fù)載3的運(yùn)行情況進(jìn)行電壓、電流取樣，經(jīng)內(nèi)部單片機(jī)處理，檢測計算出功率因數(shù)值，發(fā)出對所述投切元件BKM的投入或者切除信號，使磁閥式可控電抗器KKL 接入或者退出用戶的供電系統(tǒng)。當(dāng)檢測到功率因數(shù)小于0.9時，所述無功補(bǔ)償控制器BKZ 發(fā)出信號令所述投切元件BKM切除磁閥式可控電抗器KKL ；當(dāng)檢測到功率因數(shù)大于0. 99時投入磁閥式可控電抗器KKL。當(dāng)磁閥式可控電抗器KKL接入時，所述無功補(bǔ)償控制器BKZ還發(fā)出一組觸發(fā)脈沖，觸發(fā)可控硅調(diào)節(jié)所述磁閥式可控電抗器KKL中的可控硅I KG1、可控硅 II KG2的導(dǎo)通角，改變電抗器中直流控制電流的大小，從而平滑地改變可控電抗器的感抗。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在
1)采用高功率因數(shù)用戶的諧波治理裝置來解決用戶自然功率因數(shù)很高，而諧波又嚴(yán)重超標(biāo)的削諧問題。它利用無源濾波裝置(PPF)的單調(diào)諧濾波器型式削除諧波，用靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)的磁閥式可控電抗器型式(MCR)吸收無功。做到既把諧波削除到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，又把功率因數(shù)恒定在0. 90 0. 99之間(大于國家標(biāo)準(zhǔn)，小于1)。2)磁閥式可控電抗器是基于磁放大器原理來工作的，它是一種交直流同時磁化的可控其飽和度的鐵心電抗器，工作時，可以用極小的直流功率(約為磁控電抗器額定功率的0. 1% 0. 5%)來改變和控制鐵心的飽和度(也就是改變鐵心的導(dǎo)磁率μ )，改變其感抗值，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電抗電流的大小并平滑調(diào)節(jié)無功功率的目的。在電力系統(tǒng)中，磁閥式可控電抗器是靜止無功補(bǔ)償裝置的一種型式(MCR)，它的主要特點(diǎn)是穩(wěn)定、可靠、體積小、成本低、控制靈活、維護(hù)管理簡單。本裝置利用了它吸收單調(diào)諧濾波器富裕的基波無功，把功率因數(shù)限制在0. 90 0. 99之間。市場上現(xiàn)有的無源濾波器一般是采用減少無源濾波器電容量的方法來限制功率因數(shù)的過補(bǔ)，但對高功率因數(shù)用戶來講，這一方法不實(shí)用。因為容量過小諧波削不到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)；容量大一點(diǎn)，諧波消除到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，但無功又過補(bǔ)，出現(xiàn)無功倒送。這就是無源濾波器在高功率因數(shù)場合下，單調(diào)諧濾波器削諧和功率因數(shù)不可兩全的問題。任何事物都具有兩面性，而本發(fā)明在于把靜止無功補(bǔ)償裝置和無源諧波濾波裝置結(jié)合在一起，相互取長補(bǔ)短，達(dá)到既把諧波消除到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，又把功率因數(shù)恒定在0. 90 至0. 99之間的目的。合理地采用磁控電抗器，調(diào)節(jié)電抗器的電感值，使感性電流可控，感性無功可控，輸出基波感性無功與單調(diào)諧無源濾波器輸出的基波容性無功相抵消，在用戶高功率因數(shù)的情況下削諧不出現(xiàn)無功過補(bǔ)、不無功倒送。解決了單調(diào)諧無源濾波器和高通無源濾波器無法解決的難點(diǎn)濾波要求和無功補(bǔ)償要求在某種場合下難以協(xié)調(diào)。3)自行針對性研制的智能控制器能夠自動跟蹤無功的變化，在功率因數(shù)小于0.90 時自動切除磁閥式可控電抗器；在功率因數(shù)大于0. 99時自動投入磁閥式可控電抗器，在投入磁閥式可控電抗器時，可自動調(diào)節(jié)磁閥式可控電抗器的直流，去控制磁閥式可控電抗器的感抗值，從而平滑地調(diào)節(jié)無功功率。智能控制器中采用內(nèi)置功能極強(qiáng)的PIC單片機(jī)作為控制器的核心電路，改變了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從一般的控制進(jìn)入功能控制，簡化了硬件電路。采用現(xiàn)場測得的無功或功率因數(shù)，經(jīng)PIC單片機(jī)的運(yùn)算控制磁閥式可控電抗器中可控硅的導(dǎo)通角。PIC單片機(jī)的運(yùn)用使控制系統(tǒng)抗干擾能力、抗諧波能力、穩(wěn)定性和工作可靠性大大提高。本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)設(shè)備建設(shè)領(lǐng)域，可廣泛用于鋼鐵、冶煉、制糖等諧波含量大， 自然功率因數(shù)高的企業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，其特征在于它包括單調(diào)諧諧波濾波器部分 (1)和磁閥式可控電抗器部分(2)，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分(1)掛接在配電房內(nèi)的母線上，所述磁閥式可控電抗器部分(2)掛接于負(fù)載(3)附近的母線上，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分(1)、所述磁閥式可控電抗器部分(2)、所述負(fù)載(3)三者實(shí)現(xiàn)并聯(lián)連接，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分(1)和所述磁閥式可控電抗器部分(2)所掛接的母線同相，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分(1)包括單調(diào)諧諧波濾波器控制器(LKZ)和由斷路器(LQF)、熔斷器(LRD)、交流開關(guān)模塊(LKG)、濾波電容(LC)、濾波電感(LL)串聯(lián)組成的某一相的諧波濾波支路，所述單調(diào)諧諧波濾波器部分(1)諧振于欲要濾除的諧波次數(shù)，所述磁閥式可控電抗器部分(2)包括無功補(bǔ)償控制器(BKZ)和由斷路器(BQF)、熔斷器(BRD)、接觸器(BKM)、磁閥式可控電抗器(KKL)串聯(lián)組成的某一相的無功補(bǔ)償支路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，其特征在于所述交流開關(guān)模塊(LKG)可以是IGBT類半導(dǎo)體開關(guān)器件，也可以是交流接觸器類開關(guān)器件，所述IGBT類半導(dǎo)體開關(guān)器件的控制極或者交流接觸器類開關(guān)器件的線圈連接所述單調(diào)諧諧波濾波器控制器(LKZ)的控制輸出端，所述單調(diào)諧諧波濾波器控制器(LKZ)包括電壓檢測端和電流檢測端，所述電壓檢測端和所述電流檢測端分別與負(fù)載相線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，其特征在于所述無功補(bǔ)償控制器(BKZ)包括依次對應(yīng)電連接的單片機(jī)、功率因數(shù)檢測電路、導(dǎo)納計算電路、線性化電路、觸發(fā)電路、驅(qū)動電路，所述磁閥式可控電抗器(KKL)包括可控硅I (KG1)、可控硅II (KG2)、續(xù)流二極管(D)、第一陰極(K1)、第二陰極(K2)、第一控制極(G1)、第二控制極(G2)， 所述功率因數(shù)檢測電路與負(fù)載相線連接，所述驅(qū)動電路與所述接觸器(BKM)的線圈連接， 所述觸發(fā)電路各輸出端分別與所述第一陰極(K1)、所述第二陰極(K2)、所述第一控制極 (G1)、所述第二控制極(G2 )對應(yīng)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，其特征在于所述磁閥式可控電抗器(KKL)還包括兩個鐵芯和繞制在所述鐵芯上的繞組，所述兩個鐵心上分別繞有總匝數(shù)為N的上、下兩個繞組共組成四個繞組，所述四個繞組匝數(shù)均為N/2，不同鐵心上的上、 下兩個繞組交叉順連后并聯(lián)至電網(wǎng)，所述續(xù)流二極管(D)跨接在兩個繞組的交叉連接處，所述四個繞組均有抽頭，所述抽頭分別與所述可控硅I (KG1)、可控硅II (KG2)的陰極、陽極對應(yīng)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，其特征在于A、B、C三相諧波濾波支路接成星形可以使基波無功補(bǔ)償量最小，所述磁閥式可控電抗器KKL接成無零星形可以使3次諧波無通路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率因數(shù)用戶諧波治理裝置，它包括單調(diào)諧濾波器部分(1)和磁閥式可控電抗器部分(2)。它是一種把諧波濾波技術(shù)和靜止無功補(bǔ)償技術(shù)結(jié)合在一起的新的組合，起到了使用戶的諧波達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)而功率因數(shù)又恒定的新的技術(shù)效果的諧波治理裝置。它利用無源濾波裝置的單調(diào)諧濾波型式削除諧波并補(bǔ)償基波無功；利用靜止無功補(bǔ)償裝置的磁閥式可控電抗器型式吸收基波無功，把無源濾波裝置對基波無功補(bǔ)償?shù)倪^補(bǔ)部分吸收掉；從而既把諧波削除到國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，又把功率因數(shù)恒定在0.9～0.99之間。本發(fā)明適用于電力系統(tǒng)設(shè)備建設(shè)領(lǐng)域。
文檔編號H02J3/01GK102270846SQ20111024094
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者杜春益, 魏風(fēng)浪 申請人:珠海市匯通電氣有限公司