專利名稱：電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種調(diào)控裝置，尤其是一種電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置。
背景技術(shù)：
電能是當(dāng)今最重要的能源形式，隨著我國經(jīng)濟及科技的飛速發(fā)展和人民生活水平 的迅速提高，各種復(fù)雜的、精密的、對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，各電力用戶對電 網(wǎng)的安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量都提出了更高的要求。隨著科學(xué)的進步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)也發(fā)生了重大的變化，諸如半 導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路、家用電器等負(fù)荷的迅 速發(fā)展，由于其非線性、沖擊性以及其不平衡的用電特征，使電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變而引 起電壓波動和閃變及三相不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率波動等，對供電電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的 干擾或“污染”。一旦出現(xiàn)電能質(zhì)量問題，輕則造成設(shè)備故障，重則造成整個系統(tǒng)的癱瘓，由 此帶來的損失是難以估量的。目前，人們?yōu)榱讼蚪档碗娔苜|(zhì)量問題對用戶電氣設(shè)備的正常運行和電網(wǎng)輸電 效率的影響，常用的做法之一是在電網(wǎng)中使用各種可調(diào)諧濾波裝置，如在2006年2月1日 公告的中國實用新型專利說明書CN 2755839Y中提及的一種“基于裂芯式或磁閥式可控電 抗器的部分可調(diào)諧濾波裝置”。它意欲提供一種結(jié)構(gòu)相對簡單、成本低、易實現(xiàn)的可改善無 源濾波器的性能，能在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)電感值，保持濾波器在諧振點附近工作，消除頻 偏造成的失諧等影響的部分可調(diào)諧濾波裝置。該裝置由主電抗器、濾波電容器構(gòu)成濾波支 路，在濾波支路中串接裂芯式或磁閥式可控電抗器，在濾波支路兩端通過電壓互感器和電 流互感器接有由帶通濾波器、相差檢測電路、用于消除靜態(tài)誤差的PI調(diào)節(jié)電路和晶間管觸 發(fā)電路構(gòu)成的裂芯式或磁閥式可控電抗器控制器。當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)諧波時，由電壓互感器和 電流互感器及其后續(xù)電路組成的測控電路從系統(tǒng)的電壓和電流信號中提取諧波電壓、電流 信號，并得到濾波支路的電壓、電流信號；然后通過相位檢測電路比較濾波支路電壓的諧波 分量與電流的諧波分量的相位，將相位送入PI調(diào)節(jié)電路；之后，PI調(diào)節(jié)電路輸出提供晶閘 管觸發(fā)電路的控制電壓，再控制裂芯式或磁閥式可控電抗器的工作，從而使濾波器始終工 作在某個固定點諧振，起到了濾除諧波的作用，改善了無源濾波器的性能，同時，濾波器中 的電容器還起到了無功補償作用，提高了功率因數(shù)。但是，這種部分可調(diào)諧濾波裝置存在著 不足之處，首先，僅能對電網(wǎng)中出現(xiàn)的諧波進行濾除，且濾除的諧波的范圍和強度均有限， 不能對電網(wǎng)中出現(xiàn)的其它電能質(zhì)量問題，如功率因數(shù)過低、因電壓波形發(fā)生畸變而引起電 壓波動和閃變、三相不平衡等問題進行有效地解決；其次，裂芯式或磁閥式可控電抗器的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，不僅其鐵芯的形狀復(fù)雜，繞組的連接關(guān)系也復(fù)雜，從而大大地增加了制作加工的工 藝復(fù)雜性，使生產(chǎn)成本難以降低；再次，裂芯式或磁閥式可控電抗器的勵磁電壓隨電網(wǎng)電壓 的波動而波動，致使勵磁不穩(wěn)定，影響了其可調(diào)節(jié)的精度和穩(wěn)定性。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種能對電網(wǎng) 中出現(xiàn)的功率因數(shù)過低、諧波、三相不平衡和因電壓波形發(fā)生畸變而引起的電壓波動和閃 變問題進行調(diào)節(jié)、濾除和消除的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置。為解決本實用新型的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置包 括磁閥式電抗器和與其電連接的測控電路，以及諧波濾波支路，特別是，所述磁閥式電抗器與所述諧波濾波支路并聯(lián)連接，與其并聯(lián)連接的還有電容器補 償組件和電壓平衡調(diào)節(jié)部件；所述磁閥式電抗器為直流勵磁可控飽和電抗器，其線圈由電抗線圈和勵磁線圈組成， 其中，電抗線圈與諧波濾波支路并聯(lián)連接，勵磁線圈與可控直流勵磁電源的輸出端電連接；所述諧波濾波支路為諧波濾波通道，其由電容器、電感器和電阻器串聯(lián)連接構(gòu) 成；所述電容器補償組件由并聯(lián)連接的兩套以上的電容器補償部件構(gòu)成，所述電容器 補償部件由相串聯(lián)連接的第三斷路器、第一濾波電抗器、第一投切部件和第一電容器組構(gòu) 成；所述電壓平衡調(diào)節(jié)部件由相串聯(lián)連接的第四斷路器、第二濾波電抗器、第二投切 部件和第二電容器組構(gòu)成；所述測控電路的輸出端分別與可控直流勵磁電源、第一投切部件和第二投切部件 的控制端電連接，用于根據(jù)檢測出的電網(wǎng)無功潮流的變化、功率因數(shù)的大小、諧波的含量和 電壓的平衡度來分別控制勵磁線圈中直流勵磁電流的大小、電容器補償部件的投切和電壓 平衡調(diào)節(jié)部件的投切。作為電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置的進一步改進，所述的直流勵磁可控飽和電抗器的鐵 芯片由一條窄邊和三條等寬的寬邊構(gòu)成，窄邊的寬度為寬邊寬度的0. 25 0. 5倍，電抗線 圈由鐵芯平面間夾角為60度的六個繞組構(gòu)成，其中的每個繞組均套于框形鐵芯片的寬邊 上，相鄰兩個繞組串接組成三只單相線圈，勵磁線圈由穿過所述框形鐵芯片的框心且環(huán)繞 于所述六個繞組上的繞組構(gòu)成；所述的三只單相線圈間為星形接法或三角形接法；所述的 可控直流勵磁電源的輸入端與整流變壓器的次級電連接；所述的可控直流勵磁電源為可控 硅整流器；所述的諧波濾波通道為三組，三組間為星形接法或三角形接法；所述的電容器 補償組件為三組，三組間為星形接法或三角形接法，電容器補償組件由2 7套電容器補償 部件構(gòu)成；所述的電壓平衡調(diào)節(jié)部件為三組，三組間為星形接法或三角形接法；所述的第 一投切部件、第二投切部件均為雙向可控硅，或復(fù)合開關(guān)，或接觸器；所述的測控電路由電 連接的電流互感器、電壓互感器和信號處理控制部件構(gòu)成，其中，信號處理控制部件為帶有 模數(shù)變換的單片機。相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，采用由測控電路及并聯(lián)連接的直流勵磁可控飽和 電抗器、諧波濾波通道、電容器補償組件和電壓平衡調(diào)節(jié)部件構(gòu)成的技術(shù)方案，其中，直流 勵磁可控飽和電抗器的電抗線圈與諧波濾波通道并聯(lián)、勵磁線圈與可控直流勵磁電源輸出 端電連接，測控電路的輸出端分別與可控直流勵磁電源、電容器補償組件的電容器補償部 件中的投切部件和電壓平衡調(diào)節(jié)部件中的投切部件的控制端電連接，既結(jié)構(gòu)合理、實用，又 能有的放矢地針對檢測出的電網(wǎng)無功潮流的變化、功率因數(shù)的大小、諧波的含量和電壓的平衡度來分別控制勵磁線圈中直流勵磁電流的大小、電容器補償部件的投切和電壓平衡調(diào) 節(jié)部件的投切，以粗調(diào)(電容器補償部件和電壓平衡調(diào)節(jié)部件中電容器組的投切)和細(xì)調(diào) (直流勵磁可控飽和電抗器容量的改變)相結(jié)合的方式，自動地進行無功補償以調(diào)節(jié)電網(wǎng) 的功率因數(shù)、濾除諧波、消除三相不平衡和因電壓波形發(fā)生畸變而引起的電壓波動和閃變， 從而統(tǒng)籌兼顧地同時解決了電網(wǎng)中出現(xiàn)的上述電能質(zhì)量問題，極大地改善了電能的質(zhì)量。作為有益效果的進一步體現(xiàn)，一是直流勵磁可控飽和電抗器的鐵芯片優(yōu)選由一條 窄邊和三條等寬的寬邊構(gòu)成，窄邊的寬度優(yōu)選為寬邊寬度的0. 25 0. 5倍，既使鐵芯的形 狀簡潔，又利用了窄邊的磁閥作用，還能使其盡快地進入飽和狀態(tài)，提高了電抗器的響應(yīng)速 度，更是改變了電抗器容量變化的線性性。電抗線圈優(yōu)選由鐵芯平面間夾角為60度的六個 繞組構(gòu)成，其中的每個繞組均套于框形鐵芯片的寬邊上，相鄰兩個繞組串接組成三只單相 線圈，勵磁線圈優(yōu)選由穿過框形鐵芯片的框心且環(huán)繞于前述六個繞組上的繞組構(gòu)成，這種 它勵式的結(jié)構(gòu)，不僅避免了電網(wǎng)電壓的波動對勵磁的影響，確保了勵磁的精度和穩(wěn)定，極大 地提高了補償?shù)木群头€(wěn)定性，還因每相線圈為相鄰的兩個繞組串接構(gòu)成而相互抵消了內(nèi) 部諧波的發(fā)生，更有著繞組間的連接關(guān)系簡單明了的特點，大大地降低了制作時的工藝難 度；二是可控直流勵磁電源的輸入端優(yōu)選與整流變壓器的次級電連接，可控直流勵磁電源 優(yōu)選為可控硅整流器，不僅結(jié)構(gòu)簡單，可靠性還高；三是電容器補償組件優(yōu)選由2 7套電 容器補償部件構(gòu)成，除符合實際使用情況之外，還避免了過多的電容器補償部件的閑置，降 低了成本；四是第一投切部件、第二投切部件均優(yōu)選為雙向可控硅，或復(fù)合開關(guān)，或接觸器， 不僅選擇的余地較大，也易于控制；五是測控電路優(yōu)選由電連接的電流互感器、電壓互感 器和信號處理控制部件構(gòu)成，其中，信號處理控制部件優(yōu)選為帶有模數(shù)變換的單片機，既實 用，又因單片機的使用而不僅減小了信號處理控制部件的體積，提高了信號處理控制部件 工作的穩(wěn)定性，還極易提升信號處理控制部件的功能。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選方式作進一步詳細(xì)的描述。

圖1是本實用新型的一種與電網(wǎng)相連接時的基本電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中的直流勵磁可控飽和電抗器的橫截面剖面示意圖。
具體實施方式
參見圖1和圖2，電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置由測控電路及并聯(lián)連接的直流勵磁可控 飽和電抗器9、電容器補償組件11、電壓平衡調(diào)節(jié)部件18和諧波濾波通道24構(gòu)成。其中，直流勵磁可控飽和電抗器9的鐵芯片由一條窄邊和三條等寬的寬邊構(gòu)成，窄邊的 寬度為寬邊寬度的0. 33倍。直流勵磁可控飽和電抗器9的線圈由電抗線圈91和勵磁線圈 92組成，其中，電抗線圈91由鐵芯93平面間夾角為60度的六個繞組構(gòu)成，其中的每個繞組 均套于框形鐵芯片的寬邊上，相鄰兩個繞組串接組成三只單相線圈，三只單相線圈間現(xiàn)為 星形接法；勵磁線圈92由穿過所述框形鐵芯片的框心且環(huán)繞于所述六個繞組上的繞組構(gòu) 成。直流勵磁可控飽和電抗器9的電抗線圈91與諧波濾波通道24并聯(lián)連接，勵磁線圈92 與可控直流勵磁電源6的輸出端電連接。可控直流勵磁電源6與整流變壓器5的次級電連 接，可控直流勵磁電源6為可控硅整流器。[0021]電容器補償組件11由并聯(lián)連接的7套電容器補償部件12構(gòu)成。其中，電容器補 償組件11為三組，三組間現(xiàn)為星形接法。電容器補償部件12由相串聯(lián)連接的第三斷路器 13、第一濾波電抗器14、第一投切部件15和第一電容器組16構(gòu)成，其中，第一投切部件15 為雙向可控硅。電壓平衡調(diào)節(jié)部件18由相串聯(lián)連接的第四斷路器19、第二濾波電抗器20、第二投 切部件21和第二電容器組22構(gòu)成，其中，電壓平衡調(diào)節(jié)部件18為三組，三組間現(xiàn)為星形接 法，第二投切部件21為雙向可控硅。諧波濾波通道24由電容器C、電感器L和電阻器R串聯(lián)連接構(gòu)成，其中諧波濾波通 道24為三組，三組間現(xiàn)為星形接法。測控電路由電連接的電流互感器1、電壓互感器2和信號處理控制部件3構(gòu)成，其 中，信號處理控制部件3為帶有模數(shù)變換的單片機。帶有模數(shù)變換的單片機的輸出端分別 與可控直流勵磁電源6、第一投切部件15和第二投切部件21的控制端電連接，即分別與作 為可控直流勵磁電源6的可控硅整流器的門極、作為第一投切部件15的雙向可控硅的門極 和作為第二投切部件21的雙向可控硅的門極電連接，用于根據(jù)檢測出的電網(wǎng)25無功潮流 的變化、功率因數(shù)的大小、諧波的含量和電壓的平衡度來分別控制勵磁線圈92中直流勵磁 電流的大小、電容器補償部件12的投切和電壓平衡調(diào)節(jié)部件18的投切。使用時，只需將本實用新型與電網(wǎng)25電連接即可，即分別將整流變壓器5的初級 經(jīng)第一斷路器4與電網(wǎng)25電連接、將直流勵磁可控飽和電抗器9經(jīng)第二斷路器8和第一隔 離開關(guān)7與電網(wǎng)25電連接、將電容器補償組件11經(jīng)第二隔離開關(guān)10與電網(wǎng)25電連接、將 電壓平衡調(diào)節(jié)部件18經(jīng)第三隔離開關(guān)17與電網(wǎng)25電連接、將諧波濾波通道24經(jīng)第四隔 離開關(guān)23與電網(wǎng)25電連接。當(dāng)電網(wǎng)25中出現(xiàn)無功潮流或諧波或電壓不平衡或電壓閃變 中的一種或多種現(xiàn)象時，本實用新型即可自動地對其進行調(diào)整和控制，使其恢復(fù)正常狀態(tài)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置進行各種改 動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若對本實用新型的這些修改和變型 屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和 變型在內(nèi)。
權(quán)利要求一種電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，包括磁閥式電抗器和與其電連接的測控電路，以及諧波濾波支路，其特征在于所述磁閥式電抗器與所述諧波濾波支路并聯(lián)連接，與其并聯(lián)連接的還有電容器補償組件(11)和電壓平衡調(diào)節(jié)部件(18)；所述磁閥式電抗器為直流勵磁可控飽和電抗器(9)，其線圈由電抗線圈(91)和勵磁線圈(92)組成，其中，電抗線圈(91)與諧波濾波支路并聯(lián)連接，勵磁線圈(92)與可控直流勵磁電源(6)的輸出端電連接；所述諧波濾波支路為諧波濾波通道(24)，其由電容器(C)、電感器(L)和電阻器(R)串聯(lián)連接構(gòu)成；所述電容器補償組件(11)由并聯(lián)連接的兩套以上的電容器補償部件(12)構(gòu)成，所述電容器補償部件(12)由相串聯(lián)連接的第三斷路器(13)、第一濾波電抗器(14)、第一投切部件(15)和第一電容器組(16)構(gòu)成；所述電壓平衡調(diào)節(jié)部件(18)由相串聯(lián)連接的第四斷路器(19)、第二濾波電抗器(20)、第二投切部件(21)和第二電容器組(22)構(gòu)成；所述測控電路的輸出端分別與可控直流勵磁電源(6)、第一投切部件(15)和第二投切部件(21)的控制端電連接，用于根據(jù)檢測出的電網(wǎng)(25)無功潮流的變化、功率因數(shù)的大小、諧波的含量和電壓的平衡度來分別控制勵磁線圈(92)中直流勵磁電流的大小、電容器補償部件(12)的投切和電壓平衡調(diào)節(jié)部件(18)的投切。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是直流勵磁可控飽和電抗器 (9)的鐵芯片由一條窄邊和三條等寬的寬邊構(gòu)成，窄邊的寬度為寬邊寬度的0. 25 0.5倍， 電抗線圈(91)由鐵芯(93)平面間夾角為60度的六個繞組構(gòu)成，其中的每個繞組均套于框 形鐵芯片的寬邊上，相鄰兩個繞組串接組成三只單相線圈，勵磁線圈(92)由穿過所述框形 鐵芯片的框心且環(huán)繞于所述六個繞組上的繞組構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是三只單相線圈間為星形接 法或三角形接法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是可控直流勵磁電源(6)的 輸入端與整流變壓器(5)的次級電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是可控直流勵磁電源(6)為 可控硅整流器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是諧波濾波通道(24)為三 組，三組間為星形接法或三角形接法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是電容器補償組件(11)為 三組，三組間為星形接法或三角形接法，電容器補償組件(11)由2 7套電容器補償部件 (12)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是電壓平衡調(diào)節(jié)部件(18)為 三組，三組間為星形接法或三角形接法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是第一投切部件(15)、第二 投切部件(21)均為雙向可控硅，或復(fù)合開關(guān)，或接觸器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或5或9所述的電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置，其特征是測控電路由電連接的電流互感器(1)、電壓互感器(2)和信號處理控制部件(3)構(gòu)成，其中，信號處理控制部 件(3)為帶有模數(shù)變換的單片機。
專利摘要本實用新型公開了一種電能質(zhì)量自動調(diào)控裝置。它由測控電路及并聯(lián)連接的直流勵磁可控飽和電抗器(9)、諧波濾波通道(24)、電容器補償組件(11)和電壓平衡調(diào)節(jié)部件(18)構(gòu)成，其中，直流勵磁可控飽和電抗器(9)的電抗線圈(91)與諧波濾波通道(24)并聯(lián)、勵磁線圈(92)與可控直流勵磁電源(6)輸出端電連接，測控電路的輸出端分別與可控直流勵磁電源(6)、第一投切部件(15)和第二投切部件(21)的控制端電連接，用于根據(jù)檢測出的變化量來分別控制勵磁線圈(92)的勵磁電流、電容器補償部件(12)和電壓平衡調(diào)節(jié)部件(18)的投切。它能自動調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)、進行無功補償、濾除諧波和消除三相不平衡，可廣泛地用來確保電能的質(zhì)量。
文檔編號H02J3/01GK201663448SQ20102011337
公開日2010年12月1日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者芮駿, 陳文根 申請人:芮駿