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HTPQC-II型电能质量柔性控制器

 

产品概述

  

STATCOM（Static synchronous Compensator）是柔性交流输电技术（FACTS）的主要装置之一。清华大学电机系电力系统国家重点实验室在FACTS技术方面有着深厚的理论研究和丰富的实践经验。发展STATCOM装置具有巨大的社会效益，对国民经济发展有积极的意义。代表了现阶段无功补偿、谐波治理、电能质量控制的发展方向。

北京华腾开元电气有限公司以清华大学电机系为技术依托，将FACTS技术引入到低压配电网，研制出基于STATCOM的电能质量柔性控制器（产品型号：HTPQC-II）。该产品主要用来解决现有低压配电网中存在的电能质量问题，如：功率因数低、三相功率不平衡、电流谐波分量大、用户侧电压不稳定等，这些电能质量问题给工业生产和居民用电都会带来不同程度的影响。解决电能质量问题可以给用户和供电企业带来可观的经济效益，降低电力系统运行成本及线路损耗、减少设备建设投资；此外解决电能质量问题也能带来巨大的社会效益，它可以提高电力系统的稳定性，为最终用户提供高质量、高可靠性的电力供应。

 

产品功能

 

HTPQC-II型电能质量柔性控制器主要的功能和性能指标如下：

● 快速、无级差的无功补偿能力

具备对无功功率的连续补偿、动态跟踪补偿能力，响应时间小于5ms；且补偿容量准确可控，不因接入点电压的降低而降低。而且该设备不仅能补偿感性无功，还具备补偿容性无功的能力。这克服了投切式电容器不能连续、动态补偿且补偿容量受电压影响的弱点。

 

● 补偿负荷三相不平衡

能够消除负荷的负序不平衡分量，四桥臂结构的HTPQC-II型电能质量柔性控制器能够消除负荷的负序和零序不平衡分量以及由于谐波引起的不平衡分量，将三相功率重新分配，从而使得补偿后的装置－负荷联合体呈现对称平衡负荷特性，减小中线电流，降低损耗，避免因三相不平衡而可能引起的事故。

 

● 滤除电流谐波

可以滤除负荷电流中各主要谐波，从而使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。在瞬时有功无功理论的基础上，自主创新的参考电流计算方法保证了良好的谐波滤除效果。HTPQC-II型补偿柜主要针对10次以下的谐波进行谐波治理，同时兼顾25次以下谐波。

 

● 多种控制方式

可以根据不同的现场要求灵活设定不同的控制方式，最终达到不同的补偿效果，例如无功补偿、三相负荷平衡、谐波治理等。

 

● 多种保护功能

具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。

 

● 全数字式操作

具备友好的人机接口，使得操作简便，易于使用和维护。

 

● 可扩展性

在现有的基础上还可以根据市场需求进行功能扩展，比如针对室内应用的装置可以扩展带液晶显示的监测、控制台，便于工作人员实地查看装置运行情况；在通讯网络畅通的情况下，还可以应用GPRS无线通讯技术，扩展为远程监测甚至远程控制。

 

工作原理

 

HTPQC-II型电能质量柔性控制器的工作原理如下图所示。

 

图1 HTPQC-II型电能质量柔性控制器的工作原理示意图

设备投入运行的过程，先手动合上空气开关，给控制系统供电并合上设备的开机旋钮后，首先接触器J1闭合，通过防涌流电阻对直流电容器预充电。充电完毕后，闭合接触器J2闭合将防涌流电阻短接，然后设备开始运行。设备退出运行时，先封锁对逆变器的驱动信号，然后控制接触器J1和J2依次断开。

设备的控制系统首先通过测量电路获得接入点电压、负荷电流、设备输出电流、直流电容器电压等信号，利用测量所得信号检出负荷电流的无功分量、不平衡分量和各次谐波分量，这就是设备的输出电流参考信号，进而控制系统的数字信号处理器根据电流参考信号计算得出对逆变器的PWM控制脉冲，并通过控制电路驱动逆变桥的电子开关器件（IGBT），从而输出相应的无功分量、不平衡分量和各次谐波分量，实现补偿功能。

 

技术参数

 

● 额定工作电压(线电压)：380V、600V，50Hz

● 额定补偿容量：±30kVar/±45kVar /±60kVar/±90kVar/±120kVar

● 额定输出基波电流：45A/70A /90A/135A/180A

● 160us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿

● 整机功耗：小于容量的3%

● 补偿无功功率效果*：0.95≤cosФ≤1

● 补偿不平衡效果*：中线电流 < 10A

● 抑制谐波效果*：达到国标要求

● 额定绝缘电压：3000V AC，2500V DC

 *表示在额定补偿容量范围内所能达到的指标

 

参照和执行标准

 

HTPQC-II型电能质量柔性控制器的研制参照如下标准和规范进行

● JB/DQ6141-86	《低压无功功率补偿装置》
● GB/T 14549-93	《电能质量 公用电网谐波》
● GB/T 15543-1995	《电能质量 三相电压允许不平衡度》
● GB12325-90	《电能质量 供电电压允许偏差》
● GB/T15576-1995	《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》

 

使用环境条件

 

● 安装点电压：380V/600V ±15%

● 环境温度：-5°C ~ +40°C(室内型)；-25°C ~ +40°C(室外型)

● 相对湿度：< 90%(40℃)，短时允许100%

● 大气压力：79.5～106.6kPa(海拔2000m以下)

● 使用环境无较强的振动与冲击

● 使用环境无腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质存在，不得含有爆炸危险的介质，无严重的霉菌存在

 

类型及应用范围

 

目前，HTPQC-II型电能质量柔性控制器，按结构类型分有三桥臂结构和四桥臂结构两种；产品型号举例说明如下：

其容量等级及应用范围等如下表所示。

结构类型	补偿容量（kVar）	额定线电压（V）	应用范围
三桥臂	±30	380、600	三相三线制系统
	±45	380、600
	±60	380、600
	±90	380、600
	±120	380、600
	±150	380、600
四桥臂	±30	380、600	三相四线制系统
	±45	380、600
	±60	380、600
	±90	380、600
	±120	380、600