[發明專利]儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置

無效

• 申請號: 201410278327.5
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104037767A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 潘家忠;馮卓利;王宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱帕特爾科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新的儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置，屬于電力電子技術領域。尤其可以應用在電弧爐、礦熱爐、軋鋼機等負荷劇烈波動的工業場合。

背景技術

隨著經濟的增長，電力系統也在飛快地發展，裝機容量越來越大、電網電壓越來越高、覆蓋面積越來越廣，電網中大型沖擊性負荷和非線性負荷越來越多，使電網經常發生電壓波形畸變、過電壓等電能質量問題，嚴重地影響著電力系統的安全穩定運行。當前影響比較大的主要有如下幾個方面。

1．電網中有大量的電力變壓器，它們在空載投入時會產生相當于額定電流數倍的涌流，涌流中含有大量的高次諧波并會在線路上產生過電壓；在空載切除時會產生相當于額定電壓數倍的過電壓。這不僅會污染電網、影響供電質量，也會對變壓器自身造成傷害。據權威資料介紹，電網中變壓器的總容量可達發電機總容量的4倍以上，它們的諧波電流總值非常大，可達全部發電機額定電流總和的1﹪～2﹪，成為電網背景諧波的重要來源。變壓器空載合閘涌流（以下簡稱涌流）數值大且含有廣譜的有害諧波，常常會引起繼電保護誤動作、引發同系統變壓器產生和應涌流并跳閘，影響電網的穩定。涌流產生的巨大電動力會威脅變壓器自身絕緣。操作過電壓則更是直接威脅變壓器自身絕緣。近些年來，使用冷軋硅鋼片鐵芯的變壓器越來越多，它的空載電流很小，因而通常也不會產生超過絕緣水平的截流過電壓，但是也不能說所有情況下開斷無載變壓器均不需給予注意，比如煉鋼廠的電爐變壓器，每天需要開合上百次，這樣，幅值雖不高但次數很多的過電壓會對設備的絕緣產生累積效應，對變壓器的安全運行仍存在威脅。

2．電弧爐內會經常有廢鋼塌落下來與電極相碰造成短路，因此系統中電流的大小會反復不規則地劇烈波動，造成很大的負荷沖擊，電流波形嚴重畸變。電弧爐電流的急劇變化，使配電母線處的電壓也產生急劇變化，其中含有大量的高次諧波，高次諧波電壓與工頻電壓相疊加形成過電壓，給同一電網的用電設備造成極大的傷害。并且高次諧波會在發電機和電動機中引起局部發熱、破壞絕緣，造成電機損壞；使繼電保護誤動作，影響電網正常運行；使電力變壓器及用戶電器設備的損耗增加，壽命降低；使儀器儀表計量不準；使無功補償裝置不能投入運行等等。礦熱爐是依靠電弧熱和爐料電阻熱來工作的，與電弧爐相比只是程度稍輕而已。

3．電力機車行駛中要頻繁地通過無電區，在通過前后機車內要切、合閘，每次都使機車的主變壓器產生操作過電壓和發生涌流。操作過電壓影響變壓器壽命；而涌流達到額定電流的數倍，諧波含量很大，對電網造成嚴重干擾，且經常會造成電力鐵路供電系統故障。

4．汽車制造廠的焊接設備也是沖擊負荷，其高次諧波會導致控制系統失靈。

5．鋼廠的軋鋼系統為沖擊性大負荷，對電網的影響不可忽視。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種利用電容儲能技術抑制過電壓及諧波的裝置。能夠在供電母線上安裝儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置，使母線電壓穩定并能消除諧波，則可以避免供電設備損壞等各種故障。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的一種儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置，包括開關K1、變壓器TK、整流橋DK、儲能電容C；還包括開關K2、充電電阻R1、驅動模塊CF、快速放電絕緣柵晶體管IGBT、快放電阻R3、放電電阻R2、可編程控制器PLC；所述開關K1的一端連接供電母線，另一端接變壓器TK的原邊，變壓器TK的副邊接整流橋DK；充電電阻R1和開關K2并聯后一端接整流橋正端，另一端接儲能電容C；放電電阻R2并聯在儲能電容C的兩端；快速放電絕緣柵晶體管IGBT和快放電阻R3串聯后并聯在儲能電容C的兩端，驅動模塊CF接在絕緣柵晶體管IGBT的控制極。所述儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置的控制系統采用可編程序控制器PLC或工控計算機COM控制系統。

上電時，開關K2處開斷狀態，電容C經電阻R1充電，充滿后開關K2閉合。當母線上有過電壓產生時，變壓器TK副邊電壓同時上升、整流橋輸出電壓上升、儲能電容C被充電，因電容量很大，因此電壓的上升受到限制。當過電壓能量較大使電容器C的電壓達到一定高度時，快速放電絕緣柵晶體管IGBT被觸發導通，快放電阻R3加入放電，阻止過電壓的過度升高。放電電阻R2的作用是停電后使儲能電容C的電壓回零。

附圖說明

圖1是一種儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置的主電路圖。

圖2是采用了由電力電子器件IGCT替換絕緣柵晶體管IGBT、計算機控制系統COM替換可編程控制器PLC構成的一種儲能式電網過電壓及諧波抑制裝置。