本實(shí)用新型涉及無功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)區(qū)域電網(wǎng)中，一般采用分級投切電容器組的方式來補(bǔ)償系統(tǒng)的無功功率，改善功率因數(shù)，但是這種方式只能向系統(tǒng)提供容性無功，并且不能隨負(fù)載的變化而實(shí)現(xiàn)快速精確調(diào)節(jié)，在保證母線功率因數(shù)的同時(shí)，容易造成向系統(tǒng)倒送無功，抬高母線電壓，危害用電設(shè)備及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

高鈦渣生產(chǎn)采用的是直流電弧爐技術(shù)，直流電弧爐是一種特殊的沖擊型非線性負(fù)荷，接入電網(wǎng)會導(dǎo)致電網(wǎng)高次諧波、無功沖擊、電壓波動和閃變、三相電壓及電流不平衡、功率因素低等不利影響；同時(shí)，直流電弧爐在工作時(shí)電極處于短路狀態(tài)，不但消耗大量的無功功率，且因電弧不穩(wěn)定，其所消耗的無功功率波動也很大，同時(shí)產(chǎn)生了大量的諧波。

大量諧波的存在會造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、接地保護(hù)功能失常、遙控功能失常、線路和設(shè)備過熱等，特別是三次諧波會產(chǎn)生非常大的中性線電流，使得配電變壓器的零序電流甚至超過相線電流值，造成設(shè)備的不安全運(yùn)行。諧波對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性的影響還表現(xiàn)在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴(kuò)大、電網(wǎng)解裂等；引起變電站局部的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電壓互感器等設(shè)備損壞；造成變電站系統(tǒng)中的設(shè)備和元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，引起電力變壓器、電力電纜、電動機(jī)等設(shè)備發(fā)熱，電容器損壞，并加速絕緣材料的老化；造成斷路器電弧熄滅時(shí)間的延長，影響斷路器的開斷容量；造成電子元器件的繼電保護(hù)或自動裝置誤動作；影響電子儀表和通信系統(tǒng)的正常工作，降低通信質(zhì)量；增大附加磁場的干擾等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。

為此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，不僅能夠?qū)χ绷麟娀t所產(chǎn)生的無功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)精確地補(bǔ)償，而且能夠消除直流電弧爐產(chǎn)生的各次諧波，避免了由于直流電弧爐的接入而對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性造成的不利影響。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型一方面提出的一種針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：用于產(chǎn)生第一容性無功功率的多個(gè)第一濾波裝置，所述多個(gè)第一濾波裝置中的每個(gè)第一濾波裝置分別連接到第一電壓等級的專用母線；用于產(chǎn)生第二容性無功功率的多個(gè)第二濾波裝置，所述多個(gè)第二濾波裝置中的每個(gè)第二濾波裝置分別連接到第二電壓等級的專用母線，所述第二電壓等級的電壓小于所述第一電壓等級的電壓；用于產(chǎn)生第一感性無功功率的TCR補(bǔ)償裝置，所述TCR補(bǔ)償裝置連接到所述第二電壓等級的專用母線；控制裝置，所述控制裝置通過調(diào)節(jié)所述TCR補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的第一感性無功功率以使所述第一容性無功功率與所述第二容性無功功率之和抵消所述直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率。

根據(jù)本實(shí)用新型提出的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，控制裝置通過調(diào)節(jié)TCR補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的第一感性無功功率以使多個(gè)第一濾波裝置產(chǎn)生的第一容性無功功率與多個(gè)第二濾波裝置產(chǎn)生的第二容性無功功率之和抵消直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率，從而在直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率發(fā)生變化時(shí)，控制裝置調(diào)節(jié)TCR補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的第一感性無功功率跟隨變化，實(shí)時(shí)精確地進(jìn)行無功補(bǔ)償，動態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡。因此，本實(shí)用新型的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)可以快速精確地進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，避免了直流電弧爐接入電網(wǎng)產(chǎn)生的無功沖擊、電壓波動和閃變、三相電壓及電流不平衡、功率因素低等不利影響，并在穩(wěn)定母線電壓，提高功率因數(shù)的同時(shí)，徹底、方便地解決了無功倒送問題。另外，多個(gè)第一濾波裝置和多個(gè)第二濾波裝置不僅能夠?qū)χ绷麟娀t所產(chǎn)生的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且能夠消除直流電弧爐接入電網(wǎng)產(chǎn)生的各次諧波，避免了由于大量諧波的產(chǎn)生而對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性造成的不利影響。

其中，所述的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)還包括將所述第一電壓等級變換為所述第二電壓等級的補(bǔ)償變壓器。

并且，所述第一電壓等級的電壓為110kV，所述第二電壓等級的電壓為35kV。

具體地，所述多個(gè)第一濾波裝置包括6.5次濾波裝置、8次濾波裝置、10次濾波裝置和11次濾波裝置。

并且，所述多個(gè)第二濾波裝置包括3次濾波裝置、5次濾波裝置和7次濾波裝置。

此外，所述TCR補(bǔ)償裝置包括：反向并聯(lián)的第一晶閘管和第二晶閘管；電抗器，所述電抗器與所述反向并聯(lián)的第一晶閘管和第二晶閘管串聯(lián)。

本實(shí)用新型附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本實(shí)用新型上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)的電路圖；

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)的無功補(bǔ)償原理圖；以及

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的TCR補(bǔ)償裝置的單相電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對本實(shí)用新型的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本實(shí)用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

下面參照附圖來描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例提出的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)。

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)的電路圖。如圖1所示，該針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)包括：多個(gè)第一濾波裝置10、多個(gè)第二濾波裝置20、TCR(Thyristor Controlled Reactor，晶閘管控制電抗器)補(bǔ)償裝置30以及控制裝置(圖中未具體示出)。

其中，多個(gè)第一濾波裝置10用于產(chǎn)生第一容性無功功率，多個(gè)第一濾波裝置10中的每個(gè)第一濾波裝置分別連接到第一電壓等級的專用母線。多個(gè)第二濾波裝置20用于產(chǎn)生第二容性無功功率，多個(gè)第二濾波裝置20中的每個(gè)第二濾波裝置分別連接到第二電壓等級的專用母線，第二電壓等級的電壓小于第一電壓等級的電壓。TCR補(bǔ)償裝置30用于產(chǎn)生第一感性無功功率，TCR補(bǔ)償裝置30連接到第二電壓等級的專用母線?？刂蒲b置通過調(diào)節(jié)TCR補(bǔ)償裝置30產(chǎn)生的第一感性無功功率以使第一容性無功功率與第二容性無功功率之和抵消直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，多個(gè)第一濾波裝置10包括6.5次濾波裝置101、8次濾波裝置102、10次濾波裝置103和11次濾波裝置104。

并且，多個(gè)第二濾波裝置20包括3次濾波裝置201、5次濾波裝置202和7次濾波裝置203。

優(yōu)選地，多個(gè)第一濾波裝置10和多個(gè)第二濾波裝置20可以為濾波電容器，除了可以提供一定的無功功率外，還能夠?yàn)V除相應(yīng)次數(shù)以及在這幾次諧波范圍內(nèi)的諧波，成功的抑制電壓波動及閃變，穩(wěn)定電壓，消除三相不平衡。

對于本實(shí)用新型的無功補(bǔ)償系統(tǒng)來說，主要通過如下技術(shù)方案來抵消直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率，使得直流電弧爐的無功功率為0。

假設(shè)Q_S為總無功功率，Q_F為直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率，Q_L為TCR補(bǔ)償裝置30產(chǎn)生的第一感性無功功率，Q_C為濾波裝置產(chǎn)生的容性無功功率，即第一容性無功功率與第二容性無功功率之和，具體而言，濾波裝置的產(chǎn)生的容性無功功率Q_C包括6.5次濾波裝置101、8次濾波裝置102、10次濾波裝置103、11次濾波裝置104、3次濾波裝置201、5次濾波裝置202和7次濾波裝置203產(chǎn)生的容性無功功率之和。

一般情況下，如圖2所示，濾波裝置產(chǎn)生的容性無功功率Q_C大于直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率Q_F，多余的容性無功功率由TCR補(bǔ)償裝置30產(chǎn)生的第一感性無功功率Q_L來平衡，最終保證總無功功率Q_S近似為0，如下述公式(1)所示：

Q_S＝Q_F+Q_L-Q_C＝常數(shù)＝0 (1)

因此，該補(bǔ)償原理不僅能夠抵消直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率Q_F，而且能夠防止無功功率出現(xiàn)倒送的現(xiàn)象。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，TCR補(bǔ)償裝置30包括反向并聯(lián)的第一晶閘管T1和第二晶閘管T2以及電抗器L。其中，電抗器L與反向并聯(lián)的第一晶閘管T1和第二晶閘管T2串聯(lián)。

具體地，第一晶閘管T1和第二晶閘管T2將在第二電壓等級的專用母線U2的正負(fù)半周輪流工作。假設(shè)第一晶閘管T1的控制角在90°到180°之間時(shí)，第一晶閘管T1受控導(dǎo)通，當(dāng)控制角為90°時(shí)第一晶閘管T1完全導(dǎo)通，當(dāng)控制角為180°時(shí)第一晶閘管T1完全截止。因此，在第二電壓等級的專用母線U2基本不變的前提下，如果增大第一晶閘管T1或第二晶閘管T2的控制角，則流過電抗器L的電流I減小，TCR補(bǔ)償裝置30輸出的第一感性無功功率也隨之減??；如果減小第一晶閘管T1或第二晶閘管T2的控制角，則流過電抗器L的電流I增大，TCR補(bǔ)償裝置30輸出的第一感性無功功率也隨之增大。從而通過控制第一晶閘管T1和第二晶閘管T2的控制角來控制TCR補(bǔ)償裝置30輸出的第一感性無功功率的大小。

并且，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，控制裝置包括控制柜和脈沖柜，其中，控制柜實(shí)時(shí)采集第一、第二電壓等級的專用母線的電壓、電流信號，經(jīng)過計(jì)算處理后發(fā)出觸發(fā)脈沖，然后由脈沖柜將觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換為符合要求的脈沖信號以觸發(fā)第一晶閘管T1或第二晶閘管T2導(dǎo)通，同時(shí)，控制柜實(shí)時(shí)監(jiān)測第一晶閘管T1和第二晶閘管T2的運(yùn)行情況，通過對第一晶閘管T1和第二晶閘管T2的控制來保證電抗器L流過預(yù)期的電流I，從而可以快速精確地進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，避免了直流電弧爐接入電網(wǎng)產(chǎn)生的無功沖擊、電壓波動和閃變、三相電壓及電流不平衡、功率因素低等不利影響。

對于無功補(bǔ)償系統(tǒng)來說，當(dāng)濾波裝置產(chǎn)生的容性無功功率Q_C大于直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率Q_F時(shí)，通過控制第一晶閘管T1和第二晶閘管T2的控制角來調(diào)節(jié)TCR補(bǔ)償裝置30的電流I，從而改變第一感性無功功率Q_L以實(shí)時(shí)抵消多余的容性無功功率，動態(tài)維持系統(tǒng)的無功功率的平衡，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使無功補(bǔ)償系統(tǒng)在穩(wěn)定母線電壓，提高功率因數(shù)的同時(shí)，徹底、方便地解決了無功倒送問題。

其中，針對直流電弧爐三相不平衡負(fù)荷，TCR補(bǔ)償裝置30采用分相調(diào)節(jié)，其分相調(diào)節(jié)理論基礎(chǔ)為STEINMETZ(斯坦米茲)理論，在此理論指導(dǎo)下，該無功補(bǔ)償系統(tǒng)能夠?qū)⒇?fù)荷補(bǔ)償為純有功的三相平衡系統(tǒng)。

此外，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，上述的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)還包括將第一電壓等級變換為第二電壓等級的補(bǔ)償變壓器40。

并且，第一電壓等級的電壓為110kV，第二電壓等級的電壓為35kV。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，由于供電電網(wǎng)電壓等級為110kV，本實(shí)用新型的無功補(bǔ)償系統(tǒng)主要用來補(bǔ)償110kV母線上的無功功率及諧波治理。其中，6.5次濾波裝置、8次濾波裝置、10次濾波裝置和11次濾波裝置采用的是110kV的電壓等級，3次濾波裝置、5次濾波裝置和7次濾波裝置采用的是35kV電壓等級，另外，考慮到晶閘管元件的電壓等級，此無功補(bǔ)償系統(tǒng)中的TCR補(bǔ)償裝置30采用的也是35kV電壓等級，當(dāng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由補(bǔ)償變壓器40將110kV電壓等級降為35kV電壓等級供無功補(bǔ)償系統(tǒng)中35kV電壓等級的設(shè)備使用。

當(dāng)直流電弧爐正式開爐運(yùn)行后，根據(jù)直流電弧爐的運(yùn)行工況及110kV進(jìn)線無功功率及功率因數(shù)的大小決定投運(yùn)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的時(shí)間。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)直流電弧爐運(yùn)行負(fù)荷較低時(shí)，選擇投入該無功補(bǔ)償系統(tǒng)中6.5次濾波裝置101、8次濾波裝置102、10次濾波裝置103和11次濾波裝置104，就能確保進(jìn)線功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，各次諧波及電壓閃變都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；當(dāng)直流電弧爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，該無功補(bǔ)償系統(tǒng)中的6.5次濾波裝置101、8次濾波裝置102、10次濾波裝置103和11次濾波裝置104以及3次濾波裝置201、5次濾波裝置202和7次濾波裝置203全部投運(yùn)能確保進(jìn)線功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，各次諧波及電壓閃變都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在操作過程中除按操作規(guī)程操作外，還應(yīng)遵守濾波設(shè)備低次不投，高次不能投的原則。

綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型提出的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)，控制裝置通過調(diào)節(jié)TCR補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的第一感性無功功率以使多個(gè)第一濾波裝置產(chǎn)生的第一容性無功功率與多個(gè)第二濾波裝置產(chǎn)生的第二容性無功功率之和抵消直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率，從而在直流電弧爐產(chǎn)生的第二感性無功功率發(fā)生變化時(shí)，控制裝置調(diào)節(jié)TCR補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的第一感性無功功率跟隨變化，實(shí)時(shí)精確地進(jìn)行無功補(bǔ)償，動態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡。因此，本實(shí)用新型的針對直流電弧爐的無功補(bǔ)償系統(tǒng)可以快速精確地進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，避免了直流電弧爐接入電網(wǎng)產(chǎn)生的無功沖擊、電壓波動和閃變、三相電壓及電流不平衡、功率因素低等不利影響，并在穩(wěn)定母線電壓，提高功率因數(shù)的同時(shí)，徹底、方便地解決了無功倒送問題。另外，多個(gè)第一濾波裝置和多個(gè)第二濾波裝置不僅能夠?qū)χ绷麟娀t所產(chǎn)生的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，而且能夠消除直流電弧爐接入電網(wǎng)產(chǎn)生的各次諧波，避免了由于大量諧波的產(chǎn)生而對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性造成的不利影響。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。