[发明专利]无功功率补偿的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业负载的无功功率损耗的补偿的方法，所述无功功率由交流电网提供，用于电弧炉或金属材料的轧制。其中第一补偿装置用于控制无功功率的消耗，它具有一个与半导体连接器串连连接的感应器，根据所提供的控制次序进行调整，第二补偿装置用于产生无功功率，它们均与电力网连接，与上述负载并联连接，还具有一个实现该方法的装置。

所述装置包括一个控制器，它根据负载上无功和有功功率的消耗，形成第一补偿次序的控制次序。

背景技术

连接到交流电网络的工业负载包括电弧炉和滚轧设备，这类负载会影响交流电网的电压，它们工作时会大量消耗无功功率。特别是在频率范围为0-20Hz的情况下，电能消耗的变化引起电压产生闪变效应，使电压明显波动，严重影响交流电网的供电质量，例如对于照明负载，可导致人的肉眼可察觉的闪烁现象。

众所周知，如果交流电网连接了上述类型的工业负载，则与该负载并联连接一个静态补偿器，形成一个旁路，以补偿上述类型的负载所消耗的无功功率。这种补偿器之一是由一个产生无功功率的装置和一个控制无功功率消耗的装置所构成，通常称为晶闸管控制的电抗器(TCR)。所述产生无功功率的装置包括一或多个相互并联连接的滤波器，每个滤波器主要包含一个与电容串联的电感。对滤波器进行调谐，选定为交流电网运行频率的数倍，例如第三、第四和第五音频，有时可调到第二和第七音频。所述控制无功功率消耗的装置由一个电感和一个与可控半导体阀串联连接的电感线圈构成。这个可控半导体阀由两个反向并联连接的可控半导体(一般为晶闸管)形成。通过对该半导体的相角的控制，也就是说，相应于交流电网的电压的相位控制其导通角，使该装置的电纳得到控制，从而能够控制无功功率的消耗。

关于晶闸管控制的电抗器(TCR)的详细介绍可参见由Ake Ekstrom撰写的题为“大功率电子学HVDC和SVC”的文章，具体见第1-32至1-33页以及10-8至10-12页(1990年6月Stockholm出版)。

这个补偿器产生的无功功率等于由产生无功功率的装置所产生的并且由于晶闸管控制的电抗器的消耗而降低的无功功率。首先确定负载的无功功率瞬间损耗，然后调控晶闸管控制的电抗器的功率消耗到这样的值，即综合考虑负载的消耗，使其与产生无功功率的装置所产生的无功功率相符合，从而使与交流电网的无功功率交换变为零。

欧洲专利说明书EP 0260504公开了一种补偿无功功率的电路，它包括上述类型的补偿器和负载。此外，这个电路还装有一个自换向的变换器，它根据由一个控制器件发出的控制信号进行脉宽调制，这个与交流电网连接的变换器与负载和晶闸管控制的电抗器并联连接。该变换器向交流电网提供无功电流，补偿由负载和晶闸管控制的电抗器所消耗/产生的有功和无功功率。在一个正交的两相系统中，根据测出的三相电流和三相电压，上述控制器件计算出由负载和晶库管控制的电抗器共同消耗/产生的有功和无功功率的瞬时值。

在上述专利说明书中，交流电网的电压的波动主要取决于负载的无功功率损耗的情况，而由于有功功率损耗导致的电压变化可忽略不计。因此向交换器发出的控制信号只取决于负载的无功功率损耗的变化状态。

上述专利中用于判断出正交的两相系统中的负载的有功和无功功率瞬间值的方法也适用于控制晶闸管控制的电抗器。不过，采用同样的连接实现上述专利文献中形成控制信号的方法，事实证明是很难成功的，在某些场合则是不可能的，这是由于日益增长的对交流电网运行控制的要求更严格所致，例如允许人为的强制性干预措施。

发明概述

本发明的目的是提供一种在本文开头所述的方法，以及实现该方法的装置，从而减小了电压的闪变效应，改善了供电质量。

根据本发明的一个方面，一种补偿三相交流电网供电的工业负载的无功功率消耗的方法，其中第一补偿装置用于可控地消耗无功功率，第二补偿装置用于产生无功功率，二者均连接到交流电网中，并与所述负载并联连接，第一补偿装置包括一个与一根据所加的控制指令可控的半导体对串联连接的电感器，所述半导体对包括至少两个反向并联连接的可控的半导体器件，

该方法包括下列步骤：

分别检测该负载上的电压和电流，

根据所述检测的电压和电流，计算负载消耗的有功功率和无功功率的瞬时值，

根据所述计算的有功功率和无功功率值，形成所述控制指令，控制所述第一补偿装置的无功功率消耗，从而补偿所述工业负载的无功功率消耗，