大容量动态无功补偿系统技术方案

一种大容量动态无功补偿系统，属于电力电子技术领域，它包括耦合变压器、逆变电容，其特征是所述的每相无功动态补偿电路由四个ＩＧＢＴ管Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４及二个二极管Ｄ１、Ｄ２组成，ＩＧＢＴ管Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４串接相连，二极管Ｄ１、Ｄ２也串接相连，二极管Ｄ２的正极与Ｑ３、Ｑ４的串接点相连，二极管Ｄ１的负极与Ｑ１、Ｑ２的串接点相连，Ｑ２、Ｑ３的串接点作为该相电路的输出与耦合变压器Ｙ型连接，二极管Ｄ１、Ｄ２的串接点作为公共接地端接系统零线。本发明专利技术解决了现有的无功补偿不能动态响应的问题，具有补偿效果好，从根本上解决了大容量负载的动态补偿问题，有利利用电设备的正常、高效运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力电子产品，尤其是一种大功率用电设备使用的、能防止电压闪变、提高功率因素的无功补偿系统，具体地说是一种大容量动态无功补偿系统。
技术介绍
众所周知，钢铁厂电弧炉通常由电弧炉变压器直接提供，其高压侧电压通常为变电站的进线电压，如10KV，或35KV，而低压侧直接连接电弧炉电极，通常为100V～1000V，变压器变比很大。因为高压侧的等效阻抗与变压器变比的平方成正比，所以在考虑电压损耗时，高压侧的等效阻抗是不能忽略的。另一反面，当炉内工作，电极短接时，由于短路电流很大，在变压器高压侧产生的压降相对较严重，对电压影响较大。电极短接是一个非常复杂的非线性过程，电流呈现很大的不规则性，再加上电炉变压器的饱和，高压侧的电压幅值就呈现一个随时间变化，而周期不定的畸变电压，其变化的频率通常在0～25Hz。这样的畸变电压，在钢铁厂内、厂外等相邻近的用电单位(低压用户)，会造成电压的波动，由于波动频率在视觉敏感区内(＜50Hz)，我们称这种现象为闪变。电压闪变不仅对钢铁厂自身有危害，如照明系统、计算机和仪表，对电能质量的破坏也是很大的。很多供电系统要求钢铁厂和重负载单位安装抑制电压闪变的装置。根据国家标准，用电单位的电压闪变不能超过0.8的限值(按三相母线pst的95％的概率，GB12326-2000)，而一般利用电弧炉作为炼钢炉的钢铁厂的电压闪变值为1.0～2.5之间，远远超过其国标规定的限值。和钢铁厂类似的是电气铁路中谐波的污染，由于现在的电气铁路很多都引进变频器或其它电力电子设备，谐波污染是通病，而比谐波更加难以对付的是电压闪变。因为火车的起、停都是一个很大的带负载冲击过程，加上变频器的非线性整流，而电气火车的变压器也是与钢铁厂类似，有不可忽略的等效阻抗，电压闪变难以消除。除以上二类用电单位外，很多轻、重工业也经常遇到相似的情况，只不过许多用户还没有能力去识别，或者设计单位依靠改变供配电系统，达到降低等效阻抗的目的，直接消除电压闪变的隐患。而影响电压闪变的主要因素有三个，它们分别是1)功率因素；2)谐波；3)有功功率。一般钢铁厂和电气铁路普遍存在的问题是功率因素低和谐波分量严重。电弧炉本身的功率因素在0.6～0.9之间，这样低的功率因素很容易造成电压不稳，无功补偿是钢铁厂必须的措施。另外，电弧炉产生几乎各种分量的谐波，从三次，五次，七次，一直到高次谐波都存在。国家标准规定其电压谐波均方总和(电压THD)不能超过2％的限值。电压闪变主要由高电流THD和低功率因素引起，同时，近年来的研究表明，有功功率的不稳定也是产生电压闪变的部分原因。为了有效地抑制电压闪变，消除电流谐波和补偿无功功率是目前迫切需要解决的问题，消除谐波常用的方法是用LC滤波，由于LC滤波器只能产生固定的谐振频率，要消除多次谐波(三次，五次，七次…)，就需要多个LC滤波器组。在实际应用上有一定的局限性，同时LC滤波器有与系统形成谐振的可能性，对系统的总体稳定性有潜在的危害，所以工业界在寻找利用其它途径达到，或部分达到抑制谐波的目的。对电压稳定有很大影响的当属无功功率，目前，无功功率的补偿主要依靠以下几种动态措施1、同步调相机(Synchronous Condensor)它是最早使用的无功补偿装置，但由于设备制造成本高，因本身是一台同步电机，不符合工厂经济运行的条件，更不要说同步调相机的响应速度慢，在技术上很难满足要求。2、饱和电抗器它利用铁芯饱和时在电压高时吸收无功，电压低时释放无功，达到调节无功功率的目的。它的响应速度较快，但很明显的缺点是由于铁芯饱和时由于非线性产生谐波，另外，它不能同时达到不对称补偿和分相调节的目的。3、静止无功补偿器(SVC，Static Var Compensator)它利用可控硅(Thyristor)开关原理，有选择地瞬时切入电感和电容值，它是目前使用最广泛的、大容量动态无功补偿装置。根据实际需要，SVC有以上几种形式(1)TSC(Thyristor-Switched Capacitor)，它利用可控硅电压过零时导通，电流过零时自然断开的原理，将电容器切入线路，补偿无功，其补偿值由可控硅的导通角控制。(2)TCR(Thyristor-Controlled Reactor)，TCR一般与固定的电容器组(FC，Fixed Capacitor)并联使用，即FC+TCR(它也是用可控硅控制导通角，达到吸收无功的目的)，既能吸收无功量，又能控制释放无功量。(3)TSC+TCR，它是TSC和TCR联合使用，能达到在较大范围内平滑调节无功功率。4、静止无功发生器(SVG，Static Var Generator)，它利用晶闸管电路逆变原理，将直流电压转变成随意选择的交流输出。此方案也是本项目的核心(具体技术在可行性中详述)，它与前面的动态无功补偿方式的区别是(1)能达到连续调节；(2)前面所提的动态补偿装置都是利用可控硅(Thyristor)，而可控硅不能被强制关断，只能等电流过零时自然关断，这就限制了以上3种方法的响应时间，而SVG使用可关断的晶闸管，响应速度快；(3)SVG可以提供任何变量输出，如无功分量，谐波分量，这是单一的动态无功补偿器1)至3)所不能实现的。以上种种无功补偿只能实现静态补偿，一旦负荷发生变化，而补偿量无法适应其变化，经常出现过补或补偿不足，以致于经常出现功率因素过低或造成设备损坏等事故的发生，造成严重的经济损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的无功补偿装置只能进行静态补偿所造成的过补或补偿不足影响设备正常运行的问题，设计一种能根据负载负荷的变化动态调整补偿量的大容量动态无功补偿系统。本专利技术的技术方案是一种大容量动态无功补偿系统，包括耦合变压器、逆变电容，三相无功动态补偿电路呈“Y”型与耦合变压器的初级绕组相连，耦合变压器的次级绕组呈“△”型接法并将对应无功分量电流耦合后接负载，其特征是所述的三相无功动态补偿电路的结构相同，每相无功动态补偿电路由四个IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4及二个二极管D1、D2组成，IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4串接相连，Q1的源极作为该相电路的输入端接逆变电容的一端，Q2的发射极与Q2的源极相连，Q2的发射极与Q3的源极相连，Q3的发射极与Q4的源极相连，Q4的发射极作为相电路的另一输入端接逆变电容的另一端，Q1、Q2、Q3、Q4的栅极作为该相动态耦合电路的控制端与主要由软件控制的控制系统相连，二极管D1、D2也串接相连，二极管D2的正极与Q3、Q4的串接点相连，二极管D1的负极与Q1、Q2的串接点相连，Q2、Q3的串接点作为该相电路的输出与耦合变压器Y型连接，二极管D1、D2的串接点作为公共接地端接系统零线。所述的耦合变压器的初级绕阻至少接有一组与其呈“Y”型接法的三相动态补偿电路组。所述的逆变电容由二个或二个以上的能交替输出交流电并储能的相同电容串接而成，它们的串接点接系统零线。本专利技术的有益效果本专利技术将大功率IGBT管用于功率补偿，解决了现有的补偿装置无法实现动态补偿的技术难题，它尤其适用变闪电压变化大的负载，可大大节约设备投资，提高设备运行的可靠性。本专利技术用途广泛，成本低。附图说明图1是本专利技术的无功补偿系统示意图。图2是本专利技术的一个具体应用示例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大容量动态无功补偿系统，包括耦合变压器、逆变电容，三相无功动态补偿电路呈“Ｙ”型与耦合变压器的初级绕组相连，耦合变压器的次级绕组呈“△”型接法并将对应无功分量电流耦合后接负载，其特征是所述的三相无功动态补偿电路的结构相同，每相无功动态补偿电路由四个ＩＧＢＴ管Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４及二个二极管Ｄ１、Ｄ２组成，ＩＧＢＴ管Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４串接相连，Ｑ１的源极作为该相电路的输入端接逆变电容的一端，Ｑ２的发射极与Ｑ２的源极相连，Ｑ２的发射极与Ｑ３的源极相连，Ｑ３的发射极与Ｑ４的源极相连，Ｑ４的发射极作为相电路的另一输入端接逆变电容的另一端，Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４的栅极作为该相动态耦合电路的控制端与主要由软件控制的控制系统相连，二极管Ｄ１、Ｄ２也串接相连，二极管Ｄ２的正极与Ｑ３、Ｑ４的串接点相连，二极管Ｄ１的负极与Ｑ１、Ｑ２的串接点相连，Ｑ２、Ｑ３的串接点作为该相电路的输出与耦合变压器Ｙ型连接，二极管Ｄ１、Ｄ２的串接点作为公共接地端接系统零线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹岳新，
申请(专利权)人：南京新亚能源自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]