本发明专利技术提供一种智能消谐波高功率因数高压定子调压调速装置。包括有高压开关柜、变压器、数字式高压定子调压调速系统、谐波检测单元、高次谐波滤波器、无功补偿控制器及控制和保护单元，所述的调压调速系统采取了定子的可控硅组件的相角控制及电动机切换转子电阻控制相结合的方案；所述的调压调速系统还分别连接有谐波检测单元和磁控电抗器两个支路；谐波检测单元和磁控电抗器分别连接有高次谐波滤波器和无功补偿控制器，并在两个支路中均设置有控制和保护单元。本发明专利技术解决了在谐波和无功超标后才进行调节的时间滞后、响应速度慢等问题，使调速控制具有节能、高效，高动态和高精度的特点，满足了无污染的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及调压调速电气传动控制
，具体涉及到。
技术介绍
工业用户的对电网的期望是提高用户侧电能质量、提高用电效率和降低电能损耗。然而大型电力电子装置、非线性电力电子器件、大型冲击性负载等的应用，造成电网的电压波动、闪变，产生大量的谐波，导致功率因数低、三相不平衡等，这对电力系统和用电设备带来非常严重的恶劣影响。由于谐波源和导致功率因数降低的无功源的分散性，依靠电力系统集中消除谐波源和提供无功电源是不可能的，因此，国家统一规定了各分散点电压、频率偏移幅度的容许范围，谐波允许范围，功率因数奖惩制度等，使得供电部门和用户需要分散性地配置各类无功补偿和消谐波装置。高压大容量异步电动机是最基本的有功和无功消耗源之一，其调速装置也是电力系统中最主要的谐波源之一，目前常用各类无功补偿、消谐波设备来减小其调速装置的谐波和电动机无功功率对电网的污染，这些设备体积大，笨重，价格不菲，增加了高压大容量异步电动机运行成本，同时，由于它们的调节是基于谐波和无功功率超标后的动态补偿，存在时间滞后、响应速度慢等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种集消谐波、动态无功补偿和调压调速等多个功能于一身，具有成本低，占地面积小，高动态特性和高精度，且其运行对电网的污染极小，广泛适用于对超低谐波和高功率因数运行有要求的异步电动机的智能消谐波高功率因数高压定子调压调速装置及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种智能消谐波高功率因数高压定子调压调速装置，包括有高压开关柜、变压器、数字式高压定子调压调速系统、谐波检测单元、高次谐波滤波器、无功补偿控制器及控制和保护单元，其特征在于:所述的调压调速系统采取了定子的可控硅组件的相角控制及电动机切换转子电阻控制相结合的方案，在设定转速的-60 %?+ 60 %范围内，通过闭环控制实现与负载无关的连续速度调节，此范围以外通过开环控制切换转子电阻加速；所述的闭环控制包括有电流检测单元、速度给定单元、斜坡函数发生器、速度控制器、电流跟随器、电流控制器、门控单元、电动机转速检测单元；所述的调压调速系统还分别连接有谐波检测单元和磁控电抗器两个支路；谐波检测单元和磁控电抗器分别连接有高次谐波滤波器和无功补偿控制器，并在两个支路中均设置有控制和保护单元。利用上述智能消谐波高功率因数高压定子调压调速装置进行调压调速的方法，其特征在于:在调速装置输出电流时，根据预先建立的数学模型和工况，通过控制和保护单元及无功补偿控制器同步投入预先确定需要投入的消谐波量和无功补偿量；同时对电机实时工况下整个调速装置产生的谐波和实际功率因数进行测量，通过控制无功补偿控制单元进行动态柔性调节补偿量；在检测到谐波电流异常增大、电压、电流异常等异常状况时，通过控制和保护单元切除高压开关柜的真空断路器，切除磁控电抗器(MCR)及固定滤波支路(FC)各补偿支路。在上述方案中，所述的谐波检测单元由模数转换模块和DSP芯片构成，通过电流互感器测量负荷电流，经模数转换模块变换成数字信号，然后送DSP芯片的快速傅立叶变换算法处理，获得基波及其他谐波分量的大小；谐波滤波器(FC)由2组5次谐波滤波支路L5、C5及〔5、C5和1组7次谐波滤波支路L7、C7构成，各谐波滤波支路由电抗器和电容器(电容值为C)串联组成，电抗器的等效电阻值R很微小，电感值L也很微小，所以整个谐波滤波器(FC)发出的无功呈容性。滤波器对η (ωη=ηω8, ω s为基波频率)次谐波的阻抗为Zn=Rn+(jnco sLn+l/jnco sCn)，在η次谐波的谐振处，Zn=Rn，因Rn很小，η次谐波电流主要由Rn分流，很少流入电网中，即实现了对η次谐波的补偿。在上述方案中，所述的调压调速的方法包含有变压器的接法，采用的接法为至少有一侧绕组采用三角形接法，这种接法的变压器本身可以消除3次谐波，所以不考虑3次谐波滤波问题，通过测量，其谐波成分较高的是5次谐波，其次及7次谐波，高次谐波滤波器只需要对5次和7次谐波进行补偿就能够实现消除谐波，谐波检测单元将实时监测谐波，在其异常增大时通过控制和保护单元和高压开关柜切除滤波支路并给出报警信号。在上述方案中，所述的高次谐波滤波器(FC)对5次、7次谐波进行补偿，滤除系统的谐波电流，多余的容量为系统提供容性无功；磁控电抗器(MCR)为系统提供连续动态可调的感性无功；无功补偿控制器采用基于DSP的全数字化智能控制，包含数据采集单元和无功补偿控制单元；无功补偿控制器通过数据采集单元跟踪负载变化(检测调压调速系统的电流控制器输出iCZ)、测量系统的无功Q (检测相电压u、相电流i)，并输入给DSP预先建立的数学模型和无功补偿控制算法进行处理得到无功补偿量，然后通过无功补偿控制单元，调节MCR励磁回路晶闸管的导通角，实时调节磁控电抗器的饱和程度，从而调节其感性输出容量，保证系统所需无功容量Q动态平衡，实现动态无功的柔性补偿。DSP的数学模型是根据调压调速系统输出的电流iCZ和系统的无功Q等历史数据与未来的MCR的无功补偿量的对应关系建立的预测模型，同时在本装置运行的过程中通过实时检测工况修正这个模型，无功补偿控制算法则跟踪该模型变化采用预测控制算法实时输出无功补偿量。控制和保护单元采用微机保护，包括速断、过流、过压、欠压、不平衡保护、谐波超限保护，同时具备自诊断能力。在上述方案中，所述的磁控电抗器(MCR)采用磁路并联漏磁自屏蔽磁路和自藕式直流助磁电路的设计技术，铁芯采用磁密不饱和的对称分裂结构，绕组采用上下并联左右对称结构。采用高可靠性的低压晶闸管，只承受系统电压的1 2 %，晶闸管采用自然冷却方式。在上述方案中，系统触发等脉冲信号全部采用光纤进行，触发方式采用光电触发方式。安全可靠、抗干扰能力强。本专利技术的有益效果在于:本专利技术与现有的各类外置的无功补偿、消谐波设备相比，解决了在谐波和无功超标后才进行调节的时间滞后、响应速度慢等问题，使调速控制具有节能、高效，高动态和高精度的特点，满足了国家对大型用电设备的运行对电网基本无污染的要求。【附图说明】图1为本专利技术的整体闭环控制原理图； 图2为本专利技术的消谐波、动态无功补偿原理图； 图3为本专利技术的无功补偿控制器和磁控电抗器的工作原理图； 图中调速系统，2谐波检测单元，3无功补偿控制器，4控制和保护单元。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】，对本专利技术作进一步的说明: 图1所示智能消谐波高功率因数高压定子调压调速装置，包括有高压开关柜、变压器、数字式高压定子调压调速系统1、谐波检测单元2、高次谐波滤波器(FC)、无功补偿控制器3及控制和保护单元4，其中调速系统1采取了定子的可控硅组件的相角控制及电动机切换转子电阻控制相结合的方案。在设定转速的-60 %?+ 60 %范围内，通过闭环控制实现与负载无关的连续速度调节，此范围以外通过开环控制切换转子电阻加速。闭环控制由电流检测单元、速度给定单元、斜坡函数发生器、速度控制器、电流跟随器、电流控制器、门控单元1、电动机转速检测单元构成。从静止到全速运行的加速过程中，首先是闭环控制过程，由速度给定单元经斜坡函数发生器送出信号，其大小决定了电机的转速大小。给定信号与电动机转速检测单元的反馈信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能消谐波高功率因数高压定子调压调速装置，包括有高压开关柜、变压器、数字式高压定子调压调速系统（1）、谐波检测单元（2）、高次谐波滤波器、无功补偿控制器（3）及控制和保护单元（4），其特征在于，所述的调压调速（1）系统采取了定子的可控硅组件的相角控制及电动机切换转子电阻控制相结合的方案，在设定转速的‑ 60 %～ + 60 %范围内，通过闭环控制实现与负载无关的连续速度调节，此范围以外通过开环控制切换转子电阻加速；所述的闭环控制包括有电流检测单元、速度给定单元、斜坡函数发生器、速度控制器、电流跟随器、电流控制器、门控单元、电动机转速检测单元；所述的调压调速系统还分别连接有谐波检测单元（2）和磁控电抗器两个支路；谐波检测单元（2）和磁控电抗器分别连接有高次谐波滤波器和无功补偿控制器（3），并在两个支路中均设置有控制和保护单元（4）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：封小钰，郭伟军，蒋贞荣，蒋子健，宋慧勇，胡江林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，武汉恒瑞电气有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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