[发明专利]中频炉谐波滤波系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及中频炉控制技术领域，具体涉及一种中频炉谐波滤波系统及其工作方法。

背景技术

中频感应炉（中频炉）是废铁回收再熔炼的主流设备。其主要由变压器、中频电源柜、补偿电容器、短网、中频感应熔炼炉、液压倾动装置、水冷系统、烘炉设备等组成。其原理是将50Hz电源经中频电源柜整流为直流再逆变为100Hz以上的中频电源，使中频感应熔炼炉中废钢感应发热熔化为钢水。整流电路产生与整流脉动数相关的特征谐波，谐波次数：特征谐波次数为：Hn=kp±1，p代表相数（脉波数），k为正整数；中频逆变电路产生非特征谐波，非特征谐波频率为：Fhm=2*FLn±F1，式中：Fhm为交流电源侧产生的非特征谐波频率，FLn为中频频率，F1为电网频率。整流产生的特征谐波Hn和中频电源产生非特征谐波Hm注入电网系统将会对电网系统产生很大的危害。因而，在设计和建设非线性负荷的配电系统时，应采取抑制和消除谐波的措施，使用户配电系统满足国家制订的谐波标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93要求，并使用户计费点月平均功率因数高于0.9。

现有技术通常采取以下措施抑制或消除谐波影响:一是增大供电系统对谐波的承受能力；提高系统的短路容量；采用较高电压供电；二是减小谐波发生量：增加整流装置的脉动数、增大换向电抗、改善触发对称度；同类型非线性负荷尽量集中供电，利用谐波源之间的相位不同相互抵消部分谐波；三是安装电力谐波滤波装置。其中，加大系统的短路容量难以实现；增加整流器的等效相数也受到限制，当等效相数超过12相时，需增加移相设备，同时会带来维修运行上的不便，因而安装谐波滤波装置就成了首选，谐波滤波装置既能消除谐波，又能补偿无功功率，提高功率因数，具有显著的经济效益。

在采取安装电力谐波滤波装置手段时，目前一般按整流回路特征谐波设置滤波回路，并按中频炉功率因数或无功发生量等物理量来投切滤波装置。由于在中频炉不同的生产阶段中频逆变电路产生非特征谐波是变化的，已投入的滤波回路调谐频率如高于该非特征谐波频率时，滤波回路将对该非特征谐波放大，严重时产生系统谐振，危害设备和电网系统安全；为避免谐波放大和系统谐振，部分技术将滤波回路谐振频率设置得低于非特征谐波频率，虽可避免谐波放大和系统谐振，但牺牲了对谐波的滤波性能。

发明内容

本发明的目的是：提供一种通过实时监测中频炉的中频电源频率相应动态调整谐波滤波支路的投入和切除以实现对中频炉谐波的滤波处理，能够有效避免滤波装置对中频电源产生的非特征谐波的放大甚至是谐振从而确保系统安全的中频炉谐波滤波系统及其工作方法。

本发明的技术方案是：本发明的中频炉谐波滤波系统，包括为中频熔炼炉供电的中频电源，其结构特点是：还包括：

隔离整形单元，用于将中频电源交流电压信号变换为与中频电源的实时频率相等的脉冲信号；隔离整形单元的输入端与中频电源的输出端电连接；

频率检测控制单元，用于检测中频电源当前频率信号并相应发出谐波滤波投切控制命令；

光耦隔离单元，用于将隔离整形单元与频率检测控制单元隔离并实现信号耦合传输；光耦隔离单元的输入端与隔离整形单元的输出端电连接；频率检测控制单元的信号输入端与光耦隔离单元的输出端信号电连接；光耦隔离单元的电源端与频率检测控制单元的电源输出端电连接；

谐波滤波单元，用于对中频电源的谐波滤波；其包括N个调谐频率不同的与中频电源并联的滤波支路，其中N为大于1的自然数；

控制执行单元，用于根据频率检测控制单元的命令控制谐波滤波单元中相应的滤波支路的投入和切除；控制执行单元的控制信号输入端与频率检测控制单元的信号输出端电连接；控制执行单元与谐波滤波单元的各滤波支路控制电连接。

进一步的方案是：上述的隔离整形单元包括隔离变压器TA、限流电阻R1、稳压二极管D1和整流二极管D2；隔离变压器TA的初级输入端即为上述的隔离整形单元的输入端；隔离变压器TA的次级输出端包括a接线端和b接线端；限流电阻R1的一端与隔离变压器TA的次级输出端的a接线端电连接；限流电阻R1的另一端与稳压二极管D1的负极具有公共接点；稳压二极管D1的正极与整流二极管D2的正极具有公共接点，该2个公共接点共同构成上述的隔离整形单元的输出端；整流二极管D2的负极与隔离变压器TA的次级输出端的b接线端电连接。