[发明专利]储能式电网过电压及谐波抑制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的储能式电网过电压及谐波抑制装置，属于电力电子技术领域。尤其可以应用在电弧炉、矿热炉、轧钢机等负荷剧烈波动的工业场合。

背景技术

随着经济的增长，电力系统也在飞快地发展，装机容量越来越大、电网电压越来越高、覆盖面积越来越广，电网中大型冲击性负荷和非线性负荷越来越多，使电网经常发生电压波形畸变、过电压等电能质量问题，严重地影响着电力系统的安全稳定运行。当前影响比较大的主要有如下几个方面。

1．电网中有大量的电力变压器，它们在空载投入时会产生相当于额定电流数倍的涌流，涌流中含有大量的高次谐波并会在线路上产生过电压；在空载切除时会产生相当于额定电压数倍的过电压。这不仅会污染电网、影响供电质量，也会对变压器自身造成伤害。据权威资料介绍，电网中变压器的总容量可达发电机总容量的4倍以上，它们的谐波电流总值非常大，可达全部发电机额定电流总和的1﹪～2﹪，成为电网背景谐波的重要来源。变压器空载合闸涌流（以下简称涌流）数值大且含有广谱的有害谐波，常常会引起继电保护误动作、引发同系统变压器产生和应涌流并跳闸，影响电网的稳定。涌流产生的巨大电动力会威胁变压器自身绝缘。操作过电压则更是直接威胁变压器自身绝缘。近些年来，使用冷轧硅钢片铁芯的变压器越来越多，它的空载电流很小，因而通常也不会产生超过绝缘水平的截流过电压，但是也不能说所有情况下开断无载变压器均不需给予注意，比如炼钢厂的电炉变压器，每天需要开合上百次，这样，幅值虽不高但次数很多的过电压会对设备的绝缘产生累积效应，对变压器的安全运行仍存在威胁。

2．电弧炉内会经常有废钢塌落下来与电极相碰造成短路，因此系统中电流的大小会反复不规则地剧烈波动，造成很大的负荷冲击，电流波形严重畸变。电弧炉电流的急剧变化，使配电母线处的电压也产生急剧变化，其中含有大量的高次谐波，高次谐波电压与工频电压相叠加形成过电压，给同一电网的用电设备造成极大的伤害。并且高次谐波会在发电机和电动机中引起局部发热、破坏绝缘，造成电机损坏；使继电保护误动作，影响电网正常运行；使电力变压器及用户电器设备的损耗增加，寿命降低；使仪器仪表计量不准；使无功补偿装置不能投入运行等等。矿热炉是依靠电弧热和炉料电阻热来工作的，与电弧炉相比只是程度稍轻而已。

3．电力机车行驶中要频繁地通过无电区，在通过前后机车内要切、合闸，每次都使机车的主变压器产生操作过电压和发生涌流。操作过电压影响变压器寿命；而涌流达到额定电流的数倍，谐波含量很大，对电网造成严重干扰，且经常会造成电力铁路供电系统故障。

4．汽车制造厂的焊接设备也是冲击负荷，其高次谐波会导致控制系统失灵。

5．钢厂的轧钢系统为冲击性大负荷，对电网的影响不可忽视。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用电容储能技术抑制过电压及谐波的装置。能够在供电母线上安装储能式电网过电压及谐波抑制装置，使母线电压稳定并能消除谐波，则可以避免供电设备损坏等各种故障。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的一种储能式电网过电压及谐波抑制装置，包括开关K1、变压器TK、整流桥DK、储能电容C；还包括开关K2、充电电阻R1、驱动模块CF、快速放电绝缘栅晶体管IGBT、快放电阻R3、放电电阻R2、可编程控制器PLC；所述开关K1的一端连接供电母线，另一端接变压器TK的原边，变压器TK的副边接整流桥DK；充电电阻R1和开关K2并联后一端接整流桥正端，另一端接储能电容C；放电电阻R2并联在储能电容C的两端；快速放电绝缘栅晶体管IGBT和快放电阻R3串联后并联在储能电容C的两端，驱动模块CF接在绝缘栅晶体管IGBT的控制极。所述储能式电网过电压及谐波抑制装置的控制系统采用可编程序控制器PLC或工控计算机COM控制系统。

上电时，开关K2处开断状态，电容C经电阻R1充电，充满后开关K2闭合。当母线上有过电压产生时，变压器TK副边电压同时上升、整流桥输出电压上升、储能电容C被充电，因电容量很大，因此电压的上升受到限制。当过电压能量较大使电容器C的电压达到一定高度时，快速放电绝缘栅晶体管IGBT被触发导通，快放电阻R3加入放电，阻止过电压的过度升高。放电电阻R2的作用是停电后使储能电容C的电压回零。

附图说明

图1是一种储能式电网过电压及谐波抑制装置的主电路图。

图2是采用了由电力电子器件IGCT替换绝缘栅晶体管IGBT、计算机控制系统COM替换可编程控制器PLC构成的一种储能式电网过电压及谐波抑制装置。