无级快速相控无功功率动态补偿装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种无级快速相控无功功率动态补偿装置。该装置包括有补偿变压器及其控制电路，及电容器（组）；变压器的次级绕组串接于接入母线与电容器（组）之间，其初级绕组接至控制电路的输出端；控制电路包括有配接有工作电源的相位调整电路，串接于接入母线与该相位调整电路之间的信号检测电路，串接于该相位调整电路与变压器次级绕组输出侧之间的采样电路；变压器初级绕组接至该相位调整电路的输出端。本实用新型专利技术无功动态补偿装置因仅通过调整相位调整电路的输出电压相位即可实现无功补偿，故可实现无级补偿，并且，调节精度高、应变迅速、效率高，补偿效果好；适用于现有电网所有电压等级及变电站、电气化铁路等各种场合。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种无功功率动态补偿装置，更具体地说，是涉及一种无级快速相控无功功率动态补偿装置。
技术介绍
在配电网中，电力发电机所发的无功功率和输电线的功率常常不足以满足网中大 量的电机、变压器、电抗器、荧光灯等感性负载的无功需求以及系统中无功的损耗，因而往 往造成电网功率因数下降、电网系统利用率降低。为了减少有功损失和电压降落、减少电力 输送中的损耗，更为了电网的安全、经济、高效地运行，提高电力输送的容量和质量，通常都 要进行就近的无功功率补偿或者调节。 目前广泛采用通过投切并联电容器(组)的方式进行无功补偿。其原理为通过监 测线路电压与电流，计算功率因数；功率因数滞后时投入电容，功率因数超前便切除电容。 该方法又可细分为两类静态补偿和动态补偿。 静态补偿常分为固定或分级分档式补偿，一般结构比较简单，多以交流接触器作 电力电容器的投切执行元件，但缺点是只能固定档位调节，补偿精度低；而且，补偿电容投 切时冲击电流大，投切速度慢，且接触器由于投切频繁，故障率偏高。 无功动态补偿往往配有智能型的无功功率补偿电路，因其能对无功功率进行平 滑、准确调节，因而其补偿更灵活、高效、快速、合理。
技术实现思路
本技术的目的，即在于提供一种适用于现有电网所有电压等级的无级快速相 控无功功率动态补偿装置。 本技术所指无功功率动态补偿装置，也是通过并联电容器(组)的方式实现 的 本技术无级快速相控无功功率动态补偿装置，包括有补偿变压器及其控制电 路、电容器(组)；所述补偿变压器的次级绕组串接于接入母线与电容器(组)之间；补偿 变压器的初级绕组接至控制电路的输出端； 控制电路包括有 1)配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；所 述补偿变压器的初级绕组接至该相位调整电路的输出端； 2)串接于接入母线与该相位调整电路之间的信号检测电路，用于检测接入母线电 压及负载侧电压电流信息并反馈至相位调整电路； 3)串接于该相位调整电路与所述补偿变压器的次级绕组输出侧之间的采样电路， 用于采集电容器(组)上的电压信号，并反馈至所述相位调整电路。 上述相位调整电路，包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频变 压电路及滤波输出电路；所述整流电路的输入端接工作电源，所述滤波输出电路的输出端接至所述补偿变压器的初级绕组；所述脉宽调制移相逆变电路还与前述信号检测电路及采 样电路的输出端相连。 本技术无级快速相控无功功率动态补偿装置，其供电电源及所述相位调整电 路工作电源可为单相或三相交流电源，所述电容器组采用A或Y连接。 本技术无功补偿原理说明 设接入母线上的电压为U入，补偿变压器次级绕组两端电压为AU，电容器(组)两 端电压为Uc，则三者的关系为Uc=Ua + AU。 由于电容器(组)发出的无功功率为Q:V^UcIfV^UcVXc,则通过调节Uc即可调整无功功率补偿量。 假设U入与AU间的相位角为①，则接入母线上的电压U入、电容器(组)两端电压 Uc与补偿电压AU的关系为UC=UA+AU二U人(COSO。 +jSIN0° ) +AU (C0SO+jSIN①)=(U入+厶U C0S①)+ jAU SINO. 特别地，当U人与A U同相位时，巾畐值Uc = U人+ A U ; 当U人与AU反相位时，幅值Uc = U人-AU。 由以上分析得知显然，仅仅通过人为调整U入与AU的相位角①，就可以调整Uc。 即当检测出配电网络无功功率欠补或过补时，只要调整U入与AU的相位角①即可达到调 整无功功率Q的目的。 若以Qe为无功调整的额定值，则其无功调整量AQ= (Q腿一Q画)/Qe X 100% = (V^u隨2/Xc—V^u,2/xc) / (V^ue2/xc) x 100% = (U隨2—U画2) / Ue2 X 100% 假设补偿电压AU= 士10XU人时，此时的AQ= (1. 12_0. 92)X100% = 40% ; 若AU = ±20% U入时，此时的AQ = (1. 22_0. 82)X100%= 80% . 可见，其无功补偿量调整量极其可观。与其它无功补偿方法或装置相比，效率更高。而且，由于仅通过调整电压相位即可实现，故调节精度高、并可实现无级补偿，此外，补偿响应速度快，响应时间一般< 20ms，适用于负载变化较快的场合。 本技术所述无级快速相控无功功率动态补偿装置的设计工作流程如下 1、信号检测电路对接入母线上负载侧的电压、电流信号进行采样；计算出负载侧功率因数和无功功率缺额，推算出并联电容器的无功补偿量；计算出电容器(组)两端的目标电压，并根据电容器(组)两端及串接于接入母线与电容器(组)之间的补偿变压器次级绕组两端的实时电压，计算出补偿变压器次级绕组两端的目标电压相位及其相位调整值； 2、通过相位调整电路调整补偿变压器初级绕组两端的电压相位，在补偿变压器次级绕组的两端获得所需的补偿电压 1)信号检测电路对补偿变压器次级绕组的接入母线侧的电压相位进行检测； 2)采样电路对补偿变压器次级绕组的输出侧的电压值进行采样； 3)根据前述算得的电容器(组)两端的目标电压，计算出补偿变压器次级绕组两 端的目标电压相位及其相位调整值； 4)对补偿变压器初级绕组两端所接的控制电路的工作电源进行整流，然后进行脉 宽调制移相逆变，其移相值取为前述算出的补偿变压器次级绕组两端的相位调整值； 5)经高频变压、滤波后向补偿变压器初级绕组输出与母线同频的正弦波移相电 压。 3、该补偿电压与母线电压相量叠加的结果，即在并联电容器上获得所需的目标电 压，同时产生所需的无功功率补偿量。 即并联电容器上的电压随补偿变压器初级绕组两端的电压相位而变化，从而并 联电容器的无功功率补偿量也跟随变化。 如果母线谐波较大，还可在该并联电容器(组)的支路中，即在母线、补偿变压器 次级绕组、及电容器(组)所形成的支路中，串联接入电抗器。 由上面分析可知，本技术无功功率补偿装置可实现无级补偿，并且，调节精度 高、应变迅速、效率高，补偿效果好，适用于现有电网所有电压等级及变电站、电气化铁路等 各种场合。附图说明图1是本技术无级快速相控无功功率动态补偿装置的一个实施例的电路原 理图。 图2是本技术无级快速相控无功功率动态补偿装置相位调整电路的一个实 施例的电路框图。 图3是U入与AU间相位角为①时，接入母线上电压UA、输出电压Uc与补偿电压 AU间的矢量关系图。 图4是U入与A U同相位时，接入母线上电压U入、输出电压U c与补偿电压A U的矢 量关系图。 图5是U入与A U反相位时，接入母线上电压U入、输出电压U c与补偿电压A U的矢 量关系图。 图6是随着相位角为①变化时，接入母线上电压Uh输出电压U^与补偿电压AU的矢量关系变化图。附图标记说明 U入-接入母线上的电压 Uc-电容器组两端电压 △ U _补偿变压器次级绕组两端电压(简称为补偿电压) T-补偿变压器 Qtt-补偿变压器T的初级绕组 补偿变压器T的次级绕组具体实施方式以下结合附图对本技术无级快速相控无功功率动态补偿装置作进一步的说明 如图1所示，本技术无级快速相控无功功率动态补偿装置，包括有补偿变压本文档来自技高网...

【技术保护点】
无级快速相控无功功率动态补偿装置，包括有控制电路，以及电容器，其特征在于：还包括有补偿变压器；所述补偿变压器的次级绕组串接于接入母线与电容器之间；补偿变压器的初级绕组接至控制电路的输出端；　　控制电路包括有：　　１）配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；所述补偿变压器的初级绕组接至该相位调整电路的输出端；　　２）串接于接入母线与该相位调整电路之间的信号检测电路，用于检测接入母线电压及负载侧电压电流信息并反馈至相位调整电路；　　３）串接于该相位调整电路与所述补偿变压器的次级绕组输出侧之间的采样电路，用于采集电容器上的电压信号，并反馈至所述相位调整电路。

【技术特征摘要】
无级快速相控无功功率动态补偿装置，包括有控制电路，以及电容器，其特征在于还包括有补偿变压器；所述补偿变压器的次级绕组串接于接入母线与电容器之间；补偿变压器的初级绕组接至控制电路的输出端；控制电路包括有1)配接有工作电源的相位调整电路，用于输出相位可调整的正弦波移相电压；所述补偿变压器的初级绕组接至该相位调整电路的输出端；2)串接于接入母线与该相位调整电路之间的信号检测电路，用于检测接入母线电压及负载侧电压电流信息并反馈至相位调整电路；3)串接于该相位调整电路与所述补偿变压器的次级绕组输出侧之间的采样电路，用于采集电容器上的电压信号，并反馈至所述相位调整电路。2. 根据权利要求1所述的无级快速相控无功功率动态补偿装置，其特征在于所述相位调整电路包括有依次相连的整流电路、脉宽调制移相逆变电路、高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆武宁，
申请(专利权)人：南宁微控技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]