无功功率补偿的方法和装置制造方法及图纸

一种衬偿三相（ａ，ｂ，ｃ）交流电网（１）中的工业负载（２）消耗的无功功率的装置，所述负载尤其指电弧炉或金属滚轧厂类工业负载，该装置包括控制无功功率消耗的第一补偿装置（３）和产生无功功率的第二补偿装置（４），第一补偿装置由一个电感器（３１）和控制控制指令（αｒｅｆ）调节的半导体对形成的串联支路构成，控制设备（７）接收分别在负载侧测出的电压和电流测量值。该控制设备包括计算确定负载消耗的有功功率（Ｐ（ｔ））和无功功率瞬时值（Ｑ（ｔ））的装置（８），和根据有功功率和无功功率消耗产生对第一补偿装置的控制指令的控制器（９）。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工业负载的无功功率损耗的补偿的方法，所述无功功率由交流电网提供，用于电弧炉或金属材料的轧制。其中第一补偿装置用于控制无功功率的消耗，它具有一个与半导体连接器串连连接的感应器，根据所提供的控制次序进行调整，第二补偿装置用于产生无功功率，它们均与电力网连接，与上述负载并联连接，还具有一个实现该方法的装置。所述装置包括一个控制器，它根据负载上无功和有功功率的消耗，形成第一补偿次序的控制次序。
技术介绍
连接到交流电网络的工业负载包括电弧炉和滚轧设备，这类负载会影响交流电网的电压，它们工作时会大量消耗无功功率。特别是在频率范围为0-20Hz的情况下，电能消耗的变化引起电压产生闪变效应，使电压明显波动，严重影响交流电网的供电质量，例如对于照明负载，可导致人的肉眼可察觉的闪烁现象。众所周知，如果交流电网连接了上述类型的工业负载，则与该负载并联连接一个静态补偿器，形成一个旁路，以补偿上述类型的负载所消耗的无功功率。这种补偿器之一是由一个产生无功功率的装置和一个控制无功功率消耗的装置所构成，通常称为晶闸管控制的电抗器(TCR)。所述产生无功功率的装置包括一或多个相互并联连接的滤波器，每个滤波器主要包含一个与电容串联的电感。对滤波器进行调谐，选定为交流电网运行频率的数倍，例如第三、第四和第五音频，有时可调到第二和第七音频。所述控制无功功率消耗的装置由一个电感和一个与可控半导体阀串联连接的电感线圈构成。这个可控半导体阀由两个反向并联连接的可控半导体(一般为晶闸管)形成。通过对该半导体的相角的控制，也就是说，相应于交流电网的电压的相位控制其导通角，使该装置的电纳得到控制，从而能够控制无功功率的消耗。关于晶闸管控制的电抗器(TCR)的详细介绍可参见由keEkstrm撰写的题为“大功率电子学HVDC和SVC”的文章，具体见第1-32至1-33页以及10-8至10-12页(1990年6月Stockholm出版)。这个补偿器产生的无功功率等于由产生无功功率的装置所产生的并且由于晶闸管控制的电抗器的消耗而降低的无功功率。首先确定负载的无功功率瞬间损耗，然后调控晶闸管控制的电抗器的功率消耗到这样的值，即综合考虑负载的消耗，使其与产生无功功率的装置所产生的无功功率相符合，从而使与交流电网的无功功率交换变为零。欧洲专利说明书EP 0260504公开了一种补偿无功功率的电路，它包括上述类型的补偿器和负载。此外，这个电路还装有一个自换向的变换器，它根据由一个控制器件发出的控制信号进行脉宽调制，这个与交流电网连接的变换器与负载和晶闸管控制的电抗器并联连接。该变换器向交流电网提供无功电流，补偿由负载和晶闸管控制的电抗器所消耗/产生的有功和无功功率。在一个正交的两相系统中，根据测出的三相电流和三相电压，上述控制器件计算出由负载和晶库管控制的电抗器共同消耗/产生的有功和无功功率的瞬时值。在上述专利说明书中，交流电网的电压的波动主要取决于负载的无功功率损耗的情况，而由于有功功率损耗导致的电压变化可忽略不计。因此向交换器发出的控制信号只取决于负载的无功功率损耗的变化状态。上述专利中用于判断出正交的两相系统中的负载的有功和无功功率瞬间值的方法也适用于控制晶闸管控制的电抗器。不过，采用同样的连接实现上述专利文献中形成控制信号的方法，事实证明是很难成功的，在某些场合则是不可能的，这是由于日益增长的对交流电网运行控制的要求更严格所致，例如允许人为的强制性干预措施。专利技术概述本专利技术的目的是提供一种在本文开头所述的方法，以及实现该方法的装置，从而减小了电压的闪变效应，改善了供电质量。根据本专利技术，其中对晶闸管控制的电抗器的控制规则和顺序取决于负载所消耗的有功功率。本专利技术方案的有利改进将通过下列详细说明和权利要求书的描述变得更加明了。根据本专利技术的控制规则和方法制造的带有晶闸管控制的电抗器的补偿器，已经过证实，其减小闪烁现象的能力已得到明显增加。附图简述附图说明图1是以单线方式表示的电路示意图，表示一个带有工业负载和本专利技术的补偿该负载的无功功率损耗的装置的交流电网，图2A和2B是图1的装置中一控制器的实施例，图3是以单线方式表示的电路示意图，表示另一个带有工业负载和本专利技术的补偿该负载的无功功率损耗的装置的交流电网的实施例，图4是图3的装置中一控制器的实施例。附图详述以下说明既涉及方法及涉及装置。该装置包括计算单元，在图中以方框图形式出现，其含义应理解为有关的方框的输入和输出信号可以构成信号或计算值。因此，信号和计算值在下面作为同义语使用。为了不使本领域的技术人员在区分和自我解释本专利技术时产生误解，在补偿装置中上升的电流，电压和功率一般采用相同的标识符，负载为测量值和与上述参量相对应的信号/计算值，这些参量在控制器内被如下加工处理。图1以单线图方式表示一个三相交流电力网1，它连接有一个电弧炉式的工业负载2。这个电弧炉通过变压器12连接到该交换电网的母线11上。连接到该母线上的一个普通负载13例如是由居民区和办公区组成的照明网络。与电弧炉并联连接到母线14上的第一补偿装置3用于控制无功功率的消耗，第二补偿装置4用于产生无功功率。第一补偿装置包括一个与可控半导体对32串联连接的电感31，这对半导体是两个反向并联连接的晶闸管。这个补偿装置的电纳及其消耗的无功功率通过常规的晶闸管相角调节可得到控制，也就是说，相应于交流电网电压的相位控制晶闸管的导通角。第一补偿装置的每相都有一个电感和一个半导体对，三相补偿装置的各相呈△形连接。第二补偿装置带有多个相互并联连接的滤波器，每个滤波器以公知方式被调谐为交流电网运行频率的确定倍数，例如与其第三、第四或第五谐振频率相谐调。为了清楚简明起见，图1中只给出了两个滤波器41和42，但应当指出，第二补偿装置可装配一至多个这种滤波器。每个滤波器都包括一个与电容器件串联连接的电感器件，这个电容器件产生一定量的无功功率。电弧炉和上述补偿装置应具有如下的匹配关系，相应于无功功率，第二补偿装置至少在正常工作期间产生一个大于电弧炉所消耗的无功功率的功率，并且第一补偿装置受控相应于第二补偿装置所产生的无功功率消耗功率，这里综合考虑了负载的功率损耗。从变压器12看，母线14上的无功功率消耗等于零。第二补偿装置还包括在滤波器的作用不充足的情况下加装一组电容器43。三相母线14上的电压和电流分别标识为Ua，Ub，Uc及Ia，Ib，Ic。根据常规的方法，电压Ua，Ub，Uc可由电压测量设备5测出，电流Ia，Ib，Ic可由电流测量设备6测出。测出的值送至控制器7，经过加工后，形成一个控制命令αref，输出给半导体对32。这个控制器7带有一个计算器8和一个控制台9，前者根据测出的电压和电流值求出电弧炉的有功功率瞬时值P(t)和无功功率瞬时值Q(t)的计算值，而后者根据这些功率计算值形成控制指令。计算器8采用公知的方法按照下述已知的三相系统等效变换公式求出有功功率和无功功率的计算值，三相分别标为a，b，c，相对应的正交两相系统中的相标识为d和g。Ud+jUq＝U＝2/3[Ua+Ub*ej2π/3+Uc*e-j2π/3] (1)Id+jIq＝I＝2/3[Ia+Ib*ej2π/3+Ic*e-j2π/3] (2)P(t)＝3/2Re[U*I*]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种补偿三相（ａ，ｂ，ｃ）交流电网（１）中工业负载（２）消耗的无功功率的方法，尤其指电弧炉或金属材料滚轧厂类型的工业负载，其中第一补偿装置（３）用于控制无功功率的消耗，第二补偿装置（４）用于产生无功功率，二者均连接到交流电网中，并与所述负载并联连接，第一补偿装置带有一个与一半导体对（３２）串联连接的电感线圈（３１），根据控制指令（αｒｅｆ）实现控制功能，所述半导体对包括至少两个反向并联连接的可调的半导体，确定由该负载消耗的有功功率和无功功率瞬时值，形成对第一补偿装置的控制指令，其特征在于，将在频率为８．８Ｈｚ左右、最好在２－２５Ｈｚ频率范围内的涉及所述有功功率消耗的信号输入到具有相位超前特性的信号处理器（９１）内，然后根据由所述信号处理器输出的信号形成所述控制指令。

【技术特征摘要】
SE 1996-6-17 9602368-41.一种补偿三相(a，b，c)交流电网(1)中工业负载(2)消耗的无功功率的方法，尤其指电弧炉或金属材料滚轧厂类型的工业负载，其中第一补偿装置(3)用于控制无功功率的消耗，第二补偿装置(4)用于产生无功功率，二者均连接到交流电网中，并与所述负载并联连接，第一补偿装置带有一个与一半导体对(32)串联连接的电感线圈(31)，根据控制指令(αref)实现控制功能，所述半导体对包括至少两个反向并联连接的可调的半导体，确定由该负载消耗的有功功率和无功功率瞬时值，形成对第一补偿装置的控制指令，其特征在于，将在频率为8.8Hz左右、最好在2-25Hz频率范围内的涉及所述有功功率消耗的信号输入到具有相位超前特性的信号处理器(91)内，然后根据由所述信号处理器输出的信号形成所述控制指令。2.一种补偿三相(a，b，c)交流电网(1)中工业负载(2)消耗的无功功率的方法，尤其指电弧炉或金属材料滚轧厂类型的工业负载，其中第一补偿装置(3)用于控制无功功率的消耗，第二补偿装置(4)用于产生无功功率，二者均连接到交流电网中，并与所述负载并联连接，第一补偿装置带有一个与一半导体对(32)串联连接的电感线圈(31)，根据控制指令(αref)实现控制功率，所述半导体对包括至少两个反向并联连接的可调的半导体，确定由该负载和由第二补偿装置消耗的总的有功功率(P(t))和无功功率(Q(t))瞬时值，形成对第一补偿装置的控制指令，其特征在于，将在频率为8.8Hz左右、最好在2-25Hz频率范围内的涉及所述总的有功功率消耗的信号输入到具有相位超前特性的信号处理器(91)内，然后根据由所述信号处理器输出的信号形成所述的控制指令。3.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述消耗的有功和无功功率瞬时值的确定包括将从三相系统(a，b，c)测出的电流和电压值变换成一个正交的两相系统(d，q)。4.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述消耗的有功和无功功率瞬时值的确定是针对等效△形连接中的每一相单独进行的，控制指令的形成是针对第一补偿装置的每一相单独进行的，其取决于相关相的有功和无功功率。5.一种补偿三相(a，b，c)交流电网(1)中工业负载(2)消耗的无功功率的装置，所述负载尤其指电弧炉或金属材料滚轧厂类型的工业负载，该装置包括控制无功功率损耗的第一补偿装置(3)和产生无功功率的第二补偿装置(4)，以及分别在负载测测量电压(Ua，Ub，Uc)和电流(Ia，Ib，Ic)的电压测量仪(5)和电流测量仪(6)，和接收所述电压和电流测量值的控制设备(7)，两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP哈斯勒尔，T乔汉森，L安奎斯特，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]