專利名稱：一種礦用高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在用電單位使用的節(jié)電裝置，尤其涉及一種礦用的高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置。
背景技術(shù)：
目前高壓無功濾波裝置，主要分為兩種，一種是無源濾波器進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償；一種是由有源濾波器和無源濾波器組成SVC[FC+TCR]動態(tài)無功濾波裝置。
所謂的SVC動態(tài)補(bǔ)償是由多組單次諧波調(diào)諧電容、電抗器組成。電容器容量的總和例如IOOOkvar電容器在感性負(fù)載停止時，防止電容器的電流倒送到電力系統(tǒng)，利用晶閘管的導(dǎo)通角，把來不及退出的電容器組的電容電流快速的輸送到假感性負(fù)載電抗器里面，達(dá)到功率因數(shù)COS Φ基本不變的目的，其中電抗器的容量必須和電容器組的總和容量相等也為lOOOkvar。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備的效率高低的一個系數(shù)，功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，從而降低設(shè)備的利用率，增加線路供電損失，因此供電部門一般對用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。
眾所周知電感線圈是吸收無功功率的元件，而電容器是發(fā)出無功功率的元件。電抗器繞制就需要線圈，線圈本身就有直流電阻，它要消耗大量的有功功率，還不包括磁損消耗的有功功率。它所吸收的無功功率會造成線路中的電流增加。導(dǎo)致在負(fù)荷側(cè)安裝時，使末端的電壓進(jìn)一步的降低。最大的弊端是可控硅與電抗器的組合本身就是諧波源，這樣的后果是使各單調(diào)諧濾波器的諧波治理負(fù)擔(dān)進(jìn)一步加重，使它們永遠(yuǎn)得不到休息，壽命進(jìn)一步的縮短。另外晶閘管在運行中發(fā)熱，本身就消耗有功功率，還得需要外部能源，例如水泵和風(fēng)扇進(jìn)行降溫。
投入SVC后功率因數(shù)始終維持在0. 98以上，抑制諧波的指標(biāo)也達(dá)到或超越了國家指標(biāo)，好像比國家標(biāo)準(zhǔn)還要好，但是對電力系統(tǒng)來講并不是功率因數(shù)越高越好，特別是短路容量很大的電網(wǎng)系統(tǒng)，大容量的電容器組在電網(wǎng)中運行，隨時就有可能與電力變壓器產(chǎn)生并聯(lián)振蕩造成電力系統(tǒng)的崩潰瓦解。
再者，電力電費執(zhí)行利率電價時C0S Φ0.9不獎不罰，超過0. 9每提高0. 01個點獎1. 5厘錢，直到0. 95，按加法計算，也就是說即使COS Φ達(dá)到0. 99，每度電也只按0. 95計算，即每度電最多獎勵7. 5厘錢。如果過補(bǔ)即反無功，則按乘法計算，下不包底，罰款更多。 在電費計算中，以普通工業(yè)為例有功kwh/小時0. 69元，無功kvarh/小時0. 2元，價格比為3 1。再看可控電抗器的運行時間，以無功沖擊最大的煤礦提升機(jī)為例實測啟動-等速-停止時間為140秒，中間停止50秒，時間比為3 1，也就是說可控電抗器只有在無功沖擊頻繁開停的1/3時間工作。如停止時間> 5分鐘，電容器組也應(yīng)退出運行，可控電抗器隨之停止工作。
例如某煤礦不抗入SVC時基本電費100萬元，罰款10萬元，合計110萬元，投入 SVC后獎勵10000元。殊不知投入SVC系統(tǒng)后，消耗的是有功功率，價格比為3 1，所以原基本電費100萬元再加上SVC消耗的有功電費可能會超過110萬元，只是從表面看不被罰款而已。如果SVC安裝在國家電網(wǎng)變電所，可控電抗器的工作時間更短。因為主變壓器的負(fù)荷是由多種類型的用電負(fù)荷組成，力率的高低并不與負(fù)荷的大小成正比(例如電阻性負(fù)荷的力率為“ 1 ”，電動設(shè)備重負(fù)荷時力率< 0. 76，輕負(fù)荷時力率只有< 0. 4)，大型電動設(shè)備在輕負(fù)荷時，所需的無功負(fù)荷會更大，只要設(shè)定COS Φ控制器的投切預(yù)置0. 9 0. 99時， 不可能出現(xiàn)頻繁投切情況。
如果把SVC用到井下，這是不可能的，因為龐大的可控電抗器根本無法裝在隔爆箱內(nèi)。如果安裝在遠(yuǎn)離變電所的井上，有負(fù)荷時線路中為負(fù)載電流，負(fù)荷停止時為電控器電流，根本談不上提高力率降低線損的目的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種基于IGBT的礦用高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置，其中IGBT為有源濾波器中電容器發(fā)出無功功率的主控器件，是功率場效應(yīng)管和雙極型大功率晶體管(GTR)組合在一起的復(fù)合型功率器件，具有開關(guān)容量大，阻斷電壓高的特點，又有通斷速度快，驅(qū)動功率小的特點。從而替換掉SVC中龐大的吸收無功功率和消耗有功功率的可控電抗器，更換為發(fā)出無功功率的電容器件；替換掉制造諧波的晶閘管，更換為電氣性能比GTR更高的新型電子開關(guān)元件IGBT。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種礦用高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置，其中包括有源濾波器測控與驅(qū)動電路、平波器、有源濾波器主電路、信號檢測電路、繼電保護(hù)信號檢測電路、無源濾波電路、有源濾波器升壓變壓器和柵極保護(hù)電路，其特征在于
有源濾波器測控與驅(qū)動電路，其中包括彼此之間電連接的高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置、脈寬調(diào)制信號發(fā)生器和驅(qū)動器，高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置具有第一數(shù)目的輸入端子，用于接收采樣電壓、采樣電流、可燃?xì)怏w、濕度等外部信號輸入，且驅(qū)動器具有第二數(shù)目的輸出端子，用于在高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置和脈寬調(diào)制信號發(fā)生器的控制下產(chǎn)生驅(qū)動信號；
平波器(L1, L2)，串聯(lián)于三相高壓電源(Α，B, C)與負(fù)載(M)之間，是一臺每相線圈同名端相連的三相一體式電抗器，與平波電容器(C1)組成“Τ”型電力濾波器；
有源濾波器主電路，包括六只高壓大電流IGBT，其發(fā)射極分別接有限流電阻(R3)， 分別具有一個與有源濾波器測控與驅(qū)動電路中驅(qū)動器輸出端子連接的柵極控制端(G1, G3, G5, G2, G4, G6)，以三相全橋方式連接，每相的上下橋臂之間，Q3-Q4, Q5-Q6)與有源濾波器升壓變壓器(BL)的抽頭相連，并相對于每相電源具有相同的保護(hù)元件接法；其中有源濾波器升壓變壓器(BL)為三相變壓器，且其串聯(lián)于平波器抽頭(L1, L2)與有源濾波器主電路的IGBT之間進(jìn)行信號傳輸和波形整形；
信號檢測電路，其包括電流采樣器(CTa)串聯(lián)于第一相電源㈧與負(fù)載(M)之間， 用于檢測負(fù)載電流；還包括接于第二相電源⑶和第三相電源(C)之間的電壓采樣互感器 (PT)，同時檢測功率因數(shù)、諧波電壓、諧波電流和無功需求量，電流采樣互感器(CTa)、電壓采樣互感器(PT)的二次線圈的輸出與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連；
繼電保護(hù)信號檢測電路，其中包括三個繼電保護(hù)電流互感器(CTnCI^CT3)串聯(lián)于 IGBT與升壓變壓器(BL)之間，形成三相容性電流過流保護(hù)和缺相保護(hù)，其二次側(cè)線圈輸出端(ia，ib，ic)呈“星”形接法并和N線同時與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置繼電保護(hù)輸入端子相連；
無源濾波電路，用于吸收諧波電流，其中包括三相濾波電抗器(L3)，三只單相電力電容(C2),和三只高壓消諧電阻(R1),電容的其中一端分別與三相電抗器相連，另一端分別接入高壓電力母線，高壓消諧電阻分別與三相電抗器的單相線圈并聯(lián)；
柵極保護(hù)電路，用于在驅(qū)動器輸出高電壓時進(jìn)行自動保護(hù)，其中包括柵極保護(hù)三極管0 7)，穩(wěn)壓二極管(ZD1, ZD2),瞬態(tài)電壓抑制二極管(V2)，柵極保護(hù)電阻( , )和柵極保護(hù)電容器(C5)，其中瞬態(tài)電壓抑制二極管(V2)的負(fù)極通過IGBT的限流電阻(R5)和IGBT 的柵極相連。
更進(jìn)一步地，所述繼電保護(hù)信號檢測電路中還包括可燃?xì)怏w傳感器、濕度傳感器和漏電檢測零序互感器(OCT)，所述可燃?xì)怏w傳感器和所述濕度傳感器的與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連，負(fù)載(M)與三相高壓電源的電流線全部同方向穿過所述漏電檢測零序互感器(OCT)，所述漏電檢測零序互感器(OCT)的二次線圈輸出端與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連。
更進(jìn)一步地，所述裝置中還包括突波電壓保護(hù)回路，其中兩只瞬態(tài)電壓抑制二極管(V1)的一端分別接入其中一相整流后的正極和負(fù)極。所述瞬態(tài)電壓抑制二極管(V1)的另一端分別與突波保護(hù)電阻(R2),突波吸收電容(C4)的一端相連，上臂瞬態(tài)電壓抑制二極管 (V1)的一端與第一突波保護(hù)二極管(D1)的正極相連，下臂瞬態(tài)電壓抑制二極管(V1)的一端與第二突波保護(hù)二極管(D2)的負(fù)極相連，第一突波保護(hù)二極管(D1)的負(fù)極與上臂IGBT的發(fā)射極相連，第二突波保護(hù)二極管(D2)的正極與下臂IGBT的集電極相連后接入A相電源。
更進(jìn)一步地，平波器中的平波電容器(C1)為三相三柱式電力電容器。
本發(fā)明中的基于IGBT的節(jié)電裝置，可以避免傳統(tǒng)節(jié)電裝置中因龐大的可控電抗器運行產(chǎn)生的強(qiáng)周圍磁場而給電磁兼容帶來的麻煩，避免造成整套設(shè)備的占地面積增加。 本發(fā)明可以把所有的元器件裝在隔爆箱內(nèi)，使動態(tài)無功補(bǔ)償諧波治理設(shè)備進(jìn)入井下成為現(xiàn)實，達(dá)到降低線損，提高末端電壓的目的，真正做到提高電能質(zhì)量和國家要求的節(jié)能減排的目的。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的礦用高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
傳統(tǒng)的SVC動態(tài)補(bǔ)償中，可控電抗的功率為總補(bǔ)償電容量的100%，在電動設(shè)備運行時，無源濾波器的電容電流對電動設(shè)備進(jìn)行諧波及無功進(jìn)行補(bǔ)償。待電動設(shè)備停止時，電容電流快速的向假負(fù)載(可控電抗器)放電，后果是造成能源和材料的極大浪費。
在本發(fā)明的裝置中，無源濾波器總補(bǔ)償為需全部補(bǔ)償容量的50 %，有源濾波器為諧波及無功補(bǔ)償容量的50%。在整套設(shè)備運行時，使得有源濾波器成為一個穩(wěn)定的直流恒壓源。
參照圖1，高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置中包括有源濾波器測控與驅(qū)動電路，其中包括彼此之間電連接的高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置、脈寬調(diào)制信號(PWM)發(fā)生器和驅(qū)動器，高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置具有若干輸入端子，可以接收采樣電壓、采樣電流、可燃?xì)怏w、濕度、N線等外部信號輸入，且驅(qū)動器具有若干(如6個)輸出端子，用于在高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置和脈寬調(diào)制信號發(fā)生器的控制下產(chǎn)生驅(qū)動信號；
裝置中的平波器用于阻止高頻電流進(jìn)入負(fù)載，并防止污染電力降低供電線路電流，其由平波電抗器Lp L2、及電容器C1組成。其中Lp L2串聯(lián)于電源(A、B、C相)與負(fù)載 (電動機(jī)M)之間，是一臺每相線圈同名端相連的三相一體式電抗器，與電容器C1(三相三柱式電力電力電容器)組成“T”型電力濾波器。平波器同名端連接是為了不影響負(fù)載的端電壓，對工頻呈低阻抗，對高頻諧波呈高阻抗，兩組的匝數(shù)不同，匝數(shù)小的一端接入諧波源。例如諧波源來自電源側(cè)，匝數(shù)少的L1與電容器C1組成高頻濾波器。L2則對高次諧波的電抗增加，達(dá)到減少高次諧波對負(fù)載影響的目的。
其中的有源濾波器主電路，由六只高壓大電流IGBT(帶寄生二極管)，聯(lián)接方式為三相全橋。每相的上下橋臂之間Q” Q2, Q3、Q4, Q5、Q6與三相升壓變壓器BL的抽頭相連，變壓器BL可使用抽頭式三相自耦變壓器，電源電壓彡35KV時改為隔離變壓器。此變壓器串聯(lián)于有源濾波器與電網(wǎng)之間，起著信號傳輸和波形整形的作用，選擇合適的抽頭，可以降低有源濾波器的電壓等級，從而降低功率開關(guān)元件的電應(yīng)力。三相整流后的直流正負(fù)之間接入高電壓、大容量電力電容器C3作為容性儲能元件。
為了防止突波電壓、突波電流對IGBT造成永久性損壞，還包括突波電壓保護(hù)回路，其中兩只瞬態(tài)電壓抑制二極管V1的一端分別接入其中一相整流后的正極和負(fù)極。V1的另一端分別與電阻&，突波吸收電容(；的一端相連，上臂的V1的一端與二極管D1的正極相連，下臂V1的一端與二極管込的負(fù)極相連。上臂二極管的負(fù)極與IGBT的發(fā)射極相連。下臂二極管的正極與下臂IGBT的集電極相連后接入A相電源。六只IGBT的發(fā)射極分別接有限流電阻R3。
主電路中還包括柵極保護(hù)電路，由三極管Q7,穩(wěn)壓二極管ZD1JD2，瞬態(tài)電壓抑制二極管V2，電阻R4、&，和電容器C5組成，其中瞬態(tài)電壓抑制二極管的負(fù)極與IGBT的限流電阻 &和IGBT的柵極相連。且A相、B相、C相的A、Q3、Q5，Q2、Q4、％的保護(hù)元件接法完全相同。
以IGBT為主的有源濾波器，可以看作一臺電壓源逆變器，用高頻PWM信號驅(qū)動功率開關(guān)管，將主電源的一個周期分成若干等份，改變脈沖寬度即可改變大容量電容C3電容電流的大小。此時有源濾波器相當(dāng)于一個電容電流可調(diào)的可變電容器，向電網(wǎng)發(fā)出容性無功。
信號檢測電路中包括電流采樣互感器(CTa)串聯(lián)于第一相電源㈧與負(fù)載(M)之間，用于檢測負(fù)載電流；還包括接于第二相電源⑶和第三相電源(C)之間的電壓采樣互感器(PT)，同時檢測功率因數(shù)、諧波電壓、諧波電流和無功需求量，電流采樣互感器(CTa)、電壓采樣互感器(PT)的二次線圈的輸出與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連。同時CTA、PT同時兼任諧波測控信號源。
繼電保護(hù)信號檢測電路包括串聯(lián)于IGBT與升壓變壓器BL之間的三只電流互感器 CTpCI^CT3進(jìn)行三相容性電流檢測，形成過流保護(hù)、缺相保護(hù)。電流互感器CT1并兼任與電流采樣電流互感器CTA輸入電流與輸出電流相位比較的作用。電流互感器CI\、CT2, CT3 二次側(cè)線圈輸出端ia、ib、ic、呈“星”形接法。ia、ib、ic、N線與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的繼電保護(hù)輸入端相連。繼電保護(hù)信號檢測電路，還包括一只可燃?xì)怏w傳感器與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的繼電保護(hù)輸入端相連。還包括一只濕度傳感器與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的繼電保護(hù)輸入端相連。還包括一只漏電檢測零序互感器OCT進(jìn)行漏電保護(hù)。電感性負(fù)荷(M)與補(bǔ)償成套設(shè)備的三根電流線全部同方向，穿過OCT接入電網(wǎng)(原理是‘、+士。、 40卓0)。OCT的二次線圈輸出端與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的繼電保護(hù)輸入端相連。
經(jīng)過上述處理，高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸出端可以接收來自電流采樣互感器(CTA)、電壓采樣互感器(PT)的二次線圈的輸出，電流互感器CTpCI^CT3 二次側(cè)線圈和 N線的輸出，進(jìn)行漏電保護(hù)的漏電檢測零序互感器OCT的輸出以及可燃?xì)怏w傳感器、濕度傳感器等輸出作為諧波測控的輸入信號。
無源濾波電路用于吸收諧波電流，其中包括三相濾波電抗器(L3),三只單相電力電容(C2),和三只高壓消諧電阻(R1),電容的其中一端分別與三相電抗器相連，另一端分別接入高壓電力母線，高壓消諧電阻分別與三相電抗器的單相線圈并聯(lián)。
無源濾波器主要由電容器C2、電抗器L3組成抑制5次以上的諧波濾波器。隊的作用是吸收11次以上的高次諧波時起主要作用。還起到消諧的作用，因為在煤礦井下高次諧波Vc主要是5次以上的奇次諧波，所以本方案中定義濾波電抗率為5%，理由是nxL———=0η時為濾波器。全部的諧波電流會進(jìn)入濾波器，會使濾波器超負(fù)荷。Yc
nxL- — >0時，為抑制諧波ηYc
nxL- — <0時，會使母線的諧波增加，使電壓波形嚴(yán)重畸變。η
式中η-諧波次數(shù)
XL-電抗器的感抗值單位Ω
Xc-電容器的容抗值單位Ω
例如對主諧波5次為例
—竺=0得5X4-^=0 (K = 4% 電抗率，與=^)η5xL 4
mcL—得5X5-M>0 (K = 5<% 電抗率，)η5xL 5
(K = 3<% 電抗率，& =^ ) η 5 xL 3
如設(shè)計電抗率為4%時，為5次諧波的總阻抗=0，是非常危險的。
節(jié)電裝置中還包括柵極保護(hù)電路，用于在驅(qū)動器輸出高電壓時進(jìn)行自動保護(hù)，其中包括柵極保護(hù)三極管0 7)，穩(wěn)壓二極管(ZD1,ZD2),瞬態(tài)電壓抑制二極管(V2),柵極保護(hù)電阻(R4，R5)和柵極保護(hù)電容器(C5),其中瞬態(tài)電壓抑制二極管(V2)的負(fù)極通過IGBT的限流電阻(R5)和IGBT的柵極相連。
節(jié)電裝置的工作過程如下使用華東電氣有限公司生產(chǎn)的HJKW-6KV高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置作為本方案有源濾波器測控與驅(qū)動電路中的高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置， 直流電源(附助電源)由功率為彡50W，輸出DC15V，AC/DC模擬穩(wěn)壓電源組成。由脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，手動調(diào)功電位器W1和自動調(diào)功電路ZW組成自動調(diào)功補(bǔ)償電路。驅(qū)動器選用落木源電子生產(chǎn)的DA962D6智能模塊，連接IGBT的六個柵極控制端Gi、G3、G5，(；2、(；4、(；6。
HJKW-6KV高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置，對電網(wǎng)的無功需求量，及諧波電流，諧波電壓，與負(fù)載的諧波電流進(jìn)行同步采樣，通過對脈寬調(diào)制PWM發(fā)生器進(jìn)行適當(dāng)控制?？焖龠B續(xù)不斷的向電網(wǎng)發(fā)出容性無功，降低線路電流，提高末端電壓。末端提升的目標(biāo)電壓為系統(tǒng)額定電壓的97%，為參考末端電壓。例如系統(tǒng)電壓為6KV，井下補(bǔ)償前的端電壓為5. 2KV，提升的目標(biāo)電壓UL = 0. 97Un = 0. 97X6 = 5. 8KV，所以本裝置設(shè)定為4. 2KV 6. 2KV對應(yīng)轉(zhuǎn)換為DClO 2V現(xiàn)場可設(shè)的直流電壓，由控制器的UT1輸出端與DA962D6驅(qū)動器的使能端相連，進(jìn)行過壓關(guān)斷與啟動IGBT主電路。
在高壓電機(jī)“M”正常運行時，經(jīng)無源濾波器補(bǔ)償后，HJKff電流信號采集電流互感器CTa和電壓信號采集電壓互感器PT，輸入的無功需求量，電機(jī)端電壓進(jìn)行分析計算，如末端的電壓還低于設(shè)定值，HJKW的PT6KV/100V轉(zhuǎn)換為輸出DClOV直流電壓。第一路轉(zhuǎn)換為 10-2V直流電壓為反比例變化(4. 2KV 6. 2KV/DC10V DC2V)經(jīng)UT1與DA962D6的使能端“ΕΝΑ”相連，啟動驅(qū)動器DA962D6工作，ENA低于3V關(guān)斷(過電壓關(guān)斷)。第二路電壓互感器PT輸出的電壓，按正比例變化，8卩2KV 6. 2KV/DC2V DC6V)，經(jīng)UTO輸出與 PWM的誤差放大器的同相輸入端相連，當(dāng)反饋PWM比較器的輸入端電壓輸出高電平時，按過壓關(guān)斷PWM輸出，(在正常電壓范圍內(nèi)，當(dāng)誤差放大器輸出高電平時，輸出方波脈沖寬度變窄，反之變寬，達(dá)到脈寬調(diào)制目的)。同時基于COScj5控制法，HJKW計算出的COS Φ滯后時即COS Φ 0. 1-0. 99時，UT2不輸出，不對PWM進(jìn)行控制，PWM產(chǎn)生的三相PWM信號，分別觸發(fā) DA962D6進(jìn)行對IGBT120。順序?qū)ㄟM(jìn)行控制，控制順序是上臂Gl1導(dǎo)通時，下臂Q4、Q6同時導(dǎo)通，其余關(guān)斷。Qp Q4、Q6關(guān)斷，經(jīng)死區(qū)控制時間過后，Q3、Q2、Q6導(dǎo)通，其余關(guān)斷，后續(xù)過程依此類推。
此時儲能元件，電容C3的容性電流，最大限度的向電網(wǎng)輸送容性無功。抵消線路中的感性電流，達(dá)到降低供電線路電流，提高末端電壓的目的。如感性負(fù)載功率變化時，HJKff 檢測到的COS Φ > 1 -0. 95。HJKW對應(yīng)COS φ，UT2輸出0-2V的直流電壓(過補(bǔ)容量越大，UT2輸出的電壓越高)，經(jīng)UT2輸出經(jīng)Wp ZW和PWM控制器的PWM信號控制端相連，改變脈沖寬度即可改變輸出能量的大小，達(dá)到連續(xù)調(diào)動的目的。
在提高末端電壓的過程中，即不可偏面的追求提升電壓的高低，也必須考慮到功率因數(shù)的高低，不可過多的投入電容，致使COScj5過補(bǔ)太多。電網(wǎng)末端的電壓降低，主要是大功率感性電動設(shè)備的無功電流太大，線路又太遠(yuǎn)造成的。在本裝置中，根據(jù)電容電流的方向與感性電流的方向相差180°的原理，投入與電感電流等容量的電容電流，可使供電線路電流下降50%以上(例如某提升機(jī)啟動電流ΙΑΛ= 1400Α，基波有功功率P = 1.3MW，基波無功功率 Q = 11. 5Mrar，cos<ji =0.11。等速時ΙΑΛ= 500A，P = 3. 8MW，Q = 3. 9Mrar， cos Φ =0.69。)從而可以實現(xiàn)只對末端電壓提升、降低供電線路電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男ЧＭ瑫r，由于去掉龐大的消耗有功功率和吸收無功功率的可控電抗器，更換為發(fā)出無功功率的電力電容器，使電壓質(zhì)量得到進(jìn)-步的提高，達(dá)到真正節(jié)約能源的目的。根據(jù)現(xiàn)場具體設(shè)定，只對諧波治理進(jìn)行補(bǔ)償、只對無功及COSct進(jìn)行補(bǔ)償、諧波與無功補(bǔ)償同時進(jìn)行補(bǔ)償?shù)却纭?br> 以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的具體實施方式
，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明本專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種礦用高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置，其中包括有源濾波器測控與驅(qū)動電路、平波器、 有源濾波器主電路、信號檢測電路、繼電保護(hù)信號檢測電路、無源濾波電路、有源濾波器升壓變壓器和柵極保護(hù)電路，其特征在于有源濾波器測控與驅(qū)動電路，其中包括彼此之間電連接的高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置、脈寬調(diào)制信號發(fā)生器和驅(qū)動器，高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置具有第一數(shù)目的輸入端子， 用于接收采樣電壓、采樣電流、可燃?xì)怏w、濕度等外部信號輸入，且驅(qū)動器具有第二數(shù)目的輸出端子，用于在高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置和脈寬調(diào)制信號發(fā)生器的控制下產(chǎn)生驅(qū)動信號；平波器(L1, L2),串聯(lián)于三相高壓電源(A，B，C)與負(fù)載(M)之間，是一臺每相線圈同名端相連的三相一體式電抗器，與平波電容器(C1)組成“T”型電力濾波器；有源濾波器主電路，包括六只高壓大電流IGBT，其發(fā)射極分別接有限流電阻(R3)，分別具有一個與有源濾波器測控與驅(qū)動電路中驅(qū)動器輸出端子連接的柵極控制端(G1, G3, G5, G2, G4, (；6)，以三相全橋方式連接，每相的上下橋臂之間，Q3-Q4, Q5-Q6)與有源濾波器升壓變壓器(BL)的抽頭相連，并相對于每相電源具有相同的保護(hù)元件接法；其中有源濾波器升壓變壓器(BL)為三相變壓器，且其串聯(lián)于平波器抽頭(L1, L2)與有源濾波器主電路的 IGBT之間進(jìn)行信號傳輸和波形整形。信號檢測電路，其包括電流采樣互感器(CTa)串聯(lián)于第一相電源(A)與負(fù)載(M)之間， 用于檢測負(fù)載電流；還包括接于第二相電源⑶和第三相電源(C)之間的電壓采樣互感器 (PT)，同時檢測功率因數(shù)、諧波電壓、諧波電流和無功需求量，電流采樣互感器(CTa)、電壓采樣互感器(PT)的二次線圈的輸出與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連；繼電保護(hù)信號檢測電路，其中包括三個繼電保護(hù)電流互感器(CT1, CT2, CT3)串聯(lián)于 IGBT與升壓變壓器(BL)之間，形成三相容性電流過流保護(hù)和缺相保護(hù)，其二次側(cè)線圈輸出端(ia，ib，ic)呈“星”形接法并和N線同時與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置繼電保護(hù)輸入端子相連；無源濾波電路，用于吸收諧波電流，其中包括三相濾波電抗器(L3),三只單相電力電容 (C2),和三只高壓消諧電阻(R1),電容的其中一端分別與三相電抗器相連，另一端分別接入高壓電力母線，高次消諧電阻分別與三相電抗器的單相線圈并聯(lián)；柵極保護(hù)電路，用于在驅(qū)動器輸出高電壓時進(jìn)行自動保護(hù)，其中包括柵極保護(hù)三極管 0 7)，穩(wěn)壓二極管(ZD1, ZD2),瞬態(tài)電壓抑制二極管(V2)，柵極保護(hù)電阻(R4，R5)和柵極保護(hù)電容器(C5)，其中瞬態(tài)電壓抑制二極管(V2)的負(fù)極通過IGBT的限流電阻(R5)和IGBT的柵極相連。
2.如權(quán)利要求1所述的節(jié)電裝置，所述繼電保護(hù)信號檢測電路中還包括可燃?xì)怏w傳感器、濕度傳感器和漏電檢測零序互感器(OCT)，所述可燃?xì)怏w傳感器和所述濕度傳感器的與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連，負(fù)載(M)與三相高壓電源的電流線全部同方向穿過所述漏電檢測零序互感器(OCT)，所述漏電檢測零序互感器(OCT)的二次線圈輸出端與高壓無功補(bǔ)償諧波測控裝置的輸入端子相連。
3.如權(quán)利要求1所述的節(jié)電裝置，其中還包括突波電壓保護(hù)回路，其中兩只瞬態(tài)電壓抑制二極管(V1)的一端分別接入其中一相整流后的正極和負(fù)極。所述瞬態(tài)電壓抑制二極管(V1)的另一端分別與突波保護(hù)電阻(R2)、突波吸收電容(C4)的一端相連，上臂瞬態(tài)電壓抑制二極管(V1)的一端與第一突波保護(hù)二極管(D1)的正極相連，下臂瞬態(tài)電壓抑制二極管 (V1)的一端與第二突波保護(hù)二極管(D2)的負(fù)極相連，第一突波保護(hù)二極管(D1)的負(fù)極與上臂IGBT的發(fā)射極相連，第二突波保護(hù)二極管(D2)的正極與下臂IGBT的集電極相連后接入 A相電源。
4.如權(quán)利要求1所述的節(jié)電裝置，其中平波器中的平波電容器(C1)為三相三柱式電力電容器。
全文摘要
提供一種基于IGBT的礦用高壓動態(tài)濾波節(jié)電裝置，其中包括有源濾波器測控與驅(qū)動電路、平波器、有源濾波器主電路、信號檢測電路、繼電保護(hù)信號檢測電路、無源濾波電路、有源濾波器升壓變壓器和柵極保護(hù)電路。替換掉SVC中龐大的吸收無功功率和消耗有功功率的可控電抗器，更換為發(fā)出無功功率的電容器件；替換掉制造諧波的晶閘管，更換為電氣性能比GTR更高的新型電子開關(guān)元件IGBT。所有的元器件裝在隔爆箱內(nèi)，使動態(tài)無功補(bǔ)償諧波治理設(shè)備進(jìn)入井下成為現(xiàn)實，達(dá)到降低線損，提高末端電壓的目的。
文檔編號H02J3/18GK102545223SQ20121000038
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者彭立華, 李玉泉, 王懷新, 王鈺洲 申請人:北京華東電氣股份有限公司