[发明专利]整流机组阀侧电容补偿节能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种在整流装置的阀侧并联电容器进行功率因数调整，有补偿、节能、提高直流电流效率的功能。 

本发明主要应用于有电压调整要求的感性和阻感性直流负载系统中。 

本发明如在负载、直流电压任意变化的低压大电流整流系统(如直流炉、电解槽等)中应用，能够达到在任意一个电压档级系统功率因数维持在某一小范围内基本恒定功能的新技术，节能效果显著。 

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，用电设备的容量越来越大，如炼钢，冶炼电解铜、铝、锰、金等各种有色金属用的直流冶炼炉、直流电解槽等相关设备均向着高电压、大容量发展。同时另有一些调压范围要求大的整流设备对电压、电流波形要求越来越高，对相应的滤波技术要求也越来越高。 

首先，直流冶炼炉用电设备经常出现短路，空载等瞬变状态，造成电流极不稳定，导致电压大幅度波动，使设备汲取的有功功率减少，母线电压下降。电流的突然中断，易使变压器绕组产生内部过电压，对变压器、开关等电气设备的绝缘产生不利影响，影响其使用寿命，增大能耗。 

其次，用电设备容量越大，短网电抗的相对值越大，功率因数降低，导致增大电源容量，给系统带来更大波动，并增大能耗。 

再次，由于大多数变流设备、特别是大容量变流设备都是非线性负载，其产生大量谐波，严重污染电网。 

再次，有一些调压范围要求大的变流设备如电力电子装置对电压、电流波形要求越来越高。现有电容滤波电路对有调压要求的电气设备，由于该方案的电压调节由晶闸管或下一级的逆变或暂波器完成，造成功率因数下降非常严重，直流侧含有滤波电容的整流电路是污染严重的谐波源。 

为稳定电压，降低能耗，减少谐波，提高功率因数，增加有功功率, 提高其电气性能（滤波，调谐），提高生产效率，降低无功功率等，现有技术一般采用并联电容补偿的方案。 

高压、中压网侧并联电容器组，无法改变低压电流性质，节能、滤波效果差。 

如果在阀侧直接并联电容器组，由于改变了低压电流性质，节能效果显著。 

但是整流(变流)装置等大多电气设备的低压调整范围窄的要求10%～40%，宽的要求电压5～105%范围内波动,因此现有技术很难在阀侧直接并联电容器进行补偿调整。 

现阶段，并联电容器组进行补偿、滤波主要有三种方案 

其一、网侧电容补偿技术方案，电容器组是并联在设备所用变压器高压侧（或在变压器高压侧设补偿绕组），电容即不影响用电设备的参数和特性，也不影响用电设备的作业。

这是一种最简单、最经济的补偿方案，但它存在二个缺点，一是固定电容器的无功补偿只是一个工作过程的平均补偿，只能提高网侧的功率因数，不能补偿母线的电压降，也不能减少由负载剧烈变动引起的网路电压波动。二是不能有效补偿整流装置的畸变功率，节能降耗效果在所有方案中是最差的。 

其二、现有阀侧电容补偿方案(整流电路带电容滤波方案) 此属于并联电容器补偿无功功率补偿方法中的就地补偿方案。整流、变流电力电子装置等采用的电容滤波方案, 适用于无调压要求的中小型电气设备。对有调压要求的大中型电气设备不适用。 

由于该方案的电压调节由晶闸管或下一级的逆变或斩波器完成，造成功率因数下降非常严重。 

其三、串变调压变压器中压(三次侧)串联或并联电容补偿方案。 

其缺点是这属于另一种高压电容补偿装置，串入的电容器组不能改变低压侧大电流（负载）的特性，其补偿是通过三次侧绕组实现的，负载回路的参数没有变化。其成本、节能效果等方面，远逊于低压直接并联电容器组的方案。 

另外有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波，补偿无功的新型电力电子装置，主电路形式共分两种，一种为单个PWM变流器的主电路形式，另一种为多重化的主电路形式。它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。当电源电压发生较大范围变化时，它是无能为力的，而有源滤波技术与本技术结合可以形成电压可任意调节的有源滤波技术,其成本大大降低,其适用范围将大大扩展。 

目前整流机组现有技术在各种功率调整方案中，95%以上的大中型整流电解槽、直流炉等低压大电流高耗能用电设备均在高压侧或中压侧并联电容器组，进行功率因数调整、滤波。