[發(fā)明專利]基于對(duì)消法的礦用高低壓無(wú)功功率及諧波補(bǔ)償裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810224405.1
• 申請(qǐng)日: 2018-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108418224B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳釗;柏林;譚壘;唐彥昌;孔令剛;張明明;李少鋒;王天瀚;嚴(yán)見(jiàn)中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/18
• 分類號(hào): H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.基于對(duì)消法的礦用高低壓無(wú)功功率及諧波補(bǔ)償裝置，其特征在于：該裝置包含高壓母線、母線變壓器、電能質(zhì)量控制器、諧波變壓器T2、諧波變壓器T3、諧波變壓器T4、電壓轉(zhuǎn)接器I、電壓轉(zhuǎn)接器II、無(wú)功功率發(fā)生器和諧波發(fā)生器；

所述母線變壓器的高壓側(cè)設(shè)置在所述高壓母線上，所述母線變壓器的低壓側(cè)通過(guò)電抗器I連接至所述電能質(zhì)量控制器的一端，所述電能質(zhì)量控制器的另一端通過(guò)電抗器II連接至所述諧波變壓器T2的低壓側(cè)，所述諧波變壓器T2的高壓側(cè)連接至所述高壓母線；

所述諧波變壓器T2的低壓側(cè)還連接至電抗器III和電抗器IV的一端，電抗器III和電抗器IV的另一端分別連接至所述無(wú)功功率發(fā)生器和諧波發(fā)生器；

所述諧波變壓器T3，諧波變壓器T4的高壓側(cè)均設(shè)置在所述高壓母線上，諧波變壓器T3，諧波變壓器T4的低壓側(cè)分別通過(guò)電壓轉(zhuǎn)接器I和電壓轉(zhuǎn)接器II連接至低壓試品和高壓試品；

所述諧波變壓器T2的低壓側(cè)還通過(guò)開(kāi)關(guān)SW8連接至所述電壓轉(zhuǎn)接器I的出口端，所述電壓轉(zhuǎn)接器I的出口端上還設(shè)置有電壓互感器I；

基于對(duì)消法具體為：

(1)無(wú)功及諧波電流的注入

陪試發(fā)生器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流滿足下面的等式：

式中，u_g(t)、u_t(t)分別為陪試發(fā)生器和被試品的輸出電壓；L、R分別為等效的電感和電阻；試驗(yàn)電源提供的電流為i_s，陪試發(fā)生器產(chǎn)生的電流i_g，被試品輸出補(bǔ)償電流i_t，為防止被試品過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，保護(hù)單元輸出電流i_b，同時(shí)補(bǔ)償諧波電流及無(wú)功電流，阻止諧波電流流入試驗(yàn)電源，使試驗(yàn)系統(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)根據(jù)基爾霍夫電流定律有

i_s＝i_g-i_t-i_b (2)

陪試發(fā)生器產(chǎn)生的電流中分別含有諧波電流分量i_gh，基波無(wú)功電流分量i_gq，基波有功電流分量i_gp，即

i_g＝i_gh+i_gq+i_gp (3)

當(dāng)只補(bǔ)償諧波電流，被試品輸出補(bǔ)償電流i_t＝i_gh，與陪試發(fā)生器生成的諧波電流大小相等，方向相反，則i_s＝i_gq+i_gp，即諧波電流全部被補(bǔ)償，由于保護(hù)單元的無(wú)功及諧波發(fā)生器輸出電流i_b＝Δi＝i_t－i_gh＝0，為零補(bǔ)償，從而防止諧波污染試驗(yàn)電源；當(dāng)被試品過(guò)補(bǔ)償i_t＞i_gh，保護(hù)單元輸出的補(bǔ)償電流i_b＝Δi＝i_t－i_gh＞0；當(dāng)被試品欠補(bǔ)償i_t＜i_gh時(shí)，保護(hù)單元輸出的補(bǔ)償電流i_b＝Δi＝i_t－i_gh＜0；保護(hù)單元維持試驗(yàn)回路諧波電流的平衡；

當(dāng)只補(bǔ)償無(wú)功電流，被試品輸出補(bǔ)償電流i_t＝i_gq，則i_s＝i_gh+i_gp，即無(wú)功電流全部被補(bǔ)償，由于保護(hù)單元的無(wú)功及諧波發(fā)生器輸出電流i_b＝Δi＝i_t－i_gq＝0，為零補(bǔ)償，防止諧波污染試驗(yàn)電源；當(dāng)被試品過(guò)補(bǔ)償i_t＞i_gq，保護(hù)單元輸出的補(bǔ)償電流i_b＝Δi＝i_t－i_gq＞0；當(dāng)被試品欠補(bǔ)償i_t＜i_gq時(shí)，保護(hù)單元輸出的補(bǔ)償電流i_b＝Δi＝i_t－i_gq＜0；保護(hù)單元維持試驗(yàn)回路諧波電流的平衡；

被試品同時(shí)補(bǔ)償諧波電流及無(wú)功電流時(shí)，其輸出補(bǔ)償電流i_t＝i_gh+i_gq，則i_s＝i_gp，只有試驗(yàn)回路的基波有功電流注入試驗(yàn)電源，保護(hù)單元i_b＝0，也為零補(bǔ)償，當(dāng)被試品過(guò)補(bǔ)償i_t＞i_gh+i_gq，保護(hù)單元輸出的補(bǔ)償電流i_b＝Δi＝i_t－i_gh－i_gq＞0；當(dāng)被試品欠補(bǔ)償i_t＜i_gh+i_gq時(shí)，保護(hù)單元并聯(lián)變流器輸出的補(bǔ)償電流i_b＝Δi＝i_t－i_gh－i_gq＜0；保護(hù)單元并聯(lián)變流器維持試驗(yàn)回路諧波電流及無(wú)功電流的平衡；從而防止了諧波電流污染試驗(yàn)電源，且使試驗(yàn)系統(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)

(2)無(wú)功功率的平衡

被試品補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率Q_t必須等于陪試發(fā)生器按照試驗(yàn)要求發(fā)出可控的感性或容性無(wú)功功率Q_g和試驗(yàn)電源輸出的無(wú)功功率Q_s；

采取在試驗(yàn)電源和陪試發(fā)生器之間裝設(shè)串并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器UPQC作為保護(hù)單元，以無(wú)功及諧波余額作為控制判據(jù)，維持試驗(yàn)系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡，

被試品以其最大的無(wú)功補(bǔ)償能力去補(bǔ)償陪試發(fā)生器產(chǎn)生的無(wú)功功率，當(dāng)被試品零補(bǔ)償時(shí)，保護(hù)單元?jiǎng)t不補(bǔ)償，如果被試品出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，未能完全補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率由保護(hù)單元補(bǔ)償剩余的無(wú)功功率Q_b，維持系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡，即

Q_t＝Q_s+Q_g-Q_b (4)

中控臺(tái)上位機(jī)控制保護(hù)單元UPQC，進(jìn)行延時(shí)調(diào)節(jié)，防止無(wú)功功率大范圍快速變化時(shí)補(bǔ)償振蕩的產(chǎn)生；

(3)變壓器阻抗匹配

變壓器漏抗的大小選為0.06～0.1pu；

采用高壓方案時(shí)，陪試發(fā)生器基于由相同的單相橋變流器構(gòu)成級(jí)聯(lián)式，只需增加串聯(lián)的級(jí)數(shù)增加裝置的容量，多電平變流器得到高質(zhì)量的波形，不需采用輸出變壓器；一個(gè)周期中電容充放電的能量相等，各級(jí)電容電壓的平均值將維持在預(yù)置值的附近，并且每個(gè)模塊中的所有器件均被鉗位于直流電壓，無(wú)須采用動(dòng)態(tài)均衡電壓電路；

采用低壓方案時(shí)，免除非線性磁化變壓器，開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力為du/dt；

(4)試驗(yàn)電源電壓的穩(wěn)定和諧波抑制

從試驗(yàn)電源電壓中檢測(cè)出諧波和與試驗(yàn)回路側(cè)所需電壓的偏差，從畸變的試驗(yàn)電流中瞬時(shí)確定諧波電流和無(wú)功電流，進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇性補(bǔ)償；控制保護(hù)單元串聯(lián)變流器產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的電壓；從試驗(yàn)回路電流中檢測(cè)出被試品補(bǔ)償后的剩余諧波電流和無(wú)功電流Δi＝i_t－i_gh－i_gq，控制并聯(lián)變流器產(chǎn)生與Δi大小相等、方向相反的諧波電流和無(wú)功電流；從試驗(yàn)電源中連續(xù)吸收有功功率，提供給保護(hù)單元PWM變流器的開(kāi)關(guān)損耗和阻性損耗；

當(dāng)試驗(yàn)電源電壓u_s中既含有基波電壓u_sf又含有諧波電壓u_sh或幅值不能滿足試驗(yàn)系統(tǒng)的需要時(shí)，試驗(yàn)電壓瞬時(shí)跌落和突然升高，由保護(hù)單元串聯(lián)變流器對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使得試驗(yàn)回路側(cè)電壓u_t穩(wěn)定且不含諧波成分，即

u_b＝u_sh+u_sf-u_t (5)

當(dāng)因被試品過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)挠绊懯乖囼?yàn)電源電流含有諧波，被試品輸出的諧波電流i_th未完全抵消陪試發(fā)生器產(chǎn)生的諧波電流i_gh或幅值不能滿足試驗(yàn)系統(tǒng)的需要時(shí)，由保護(hù)單元并聯(lián)變流器對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使試驗(yàn)電源電流不含有諧波，即i_b＝i_gh－i_th；不僅使功率因數(shù)大于0.95，且使諧波電流和電壓畸變率均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。