CN1633003A - 利用谐波进行拖动与发电的方法及使用该方法的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种利用谐波进行拖动或发电的方法，是利用无源滤波器从电网中提取谐波，无源滤波器与三绕组变压器的原边线圈串联，该变压器的一副边线圈通过基波消磁电路注入基波无功电流进行基波消磁，另一副边线圈用于提取谐波电压，该谐波电压经三相全波整流后与滤波电抗器和直流电动机的电枢绕组相联。在进行谐波发电时，配置相应发电设备既可。一种实现以上方法的装置，由无源滤波器、三绕组变压器、基波消磁部分、谐波拖动部分、发电部分组成；无源滤波器由LC单调谐滤波器与高通滤波器组成，基波消磁部分由电感、电容与变压器消磁副边线圈串联组成，谐波拖动部分由直流电动机及其励磁控制器、三相整流装置、滤波电抗器组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用谐波进行电机拖动、带动生产机械工作与利用谐波进行发电、将电网中有害的谐波能转化为基波电能的方法与实现该方法的装置。
背景技术
随着电力电子装置的广泛应用，电网中的谐波污染状况日益严重。目前广泛采用的谐波处理方法是尽量减少谐波或滤除谐波，具体措施有：通过变压器绕组的接线方式以减少谐波，采用无源滤波器(如单调谐滤波器与高通滤波器配合)以滤除某次谐波或某几次谐波，直流输电中通过增加触发脉冲数来减少低次谐波等。采用多重化技术、曲折绕组变压器或通过增加触发脉冲数目虽然能减少设备自身带来的谐波，但造成设备成本大大增加；传统的无源滤波装置与倍受关注的电力有源滤波器都是通过切断谐波电流的传送路经来实现滤波的，它是通过大量的设备投资来滤除谐波以保证电网及设备的安全运行，它造成了电网中大量的谐波能量被白白地浪费。
因此，到目前为止，还没有将电网中的谐波能量进行利用或重新转化为可以加以利用的基波电能的方法。本发明可以填补该领域的一项空白。
发明内容
本发明提出了一种利用谐波进行电机拖动或利用谐波进行发电的方法以及利用该方法的装置，该方法及装置能将对电网有害的且目前被电力部门滤除的谐波能量加以利用，用于驱动电动机带动生产机械，或由电动机带动发电机组向电网提供基波电能。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：采用无源滤波装置从电网中取得谐波，无源滤波器(I)在提取谐波的同时会引入较大的基波无功分量，这可用作变电站的部分无功补偿，由于基波无功电流的存在，若直接通过整流驱动直流电动机，则直流电动机所用能量大部分为基波电能，因此需将该无源滤波器与三绕组变压器(II)的原边线圈相串联，通过在三绕组变压器的一个副边绕组中注入基波无功电流来对变压器铁芯进行基波消磁，当变压器铁芯的基波磁通为零时，便可从变压器的另一副边线圈得到谐波电压。将该谐波电压注入三相整流电路，再经滤波电抗器后与直流电动机的电枢绕组串联，直流电动机的电枢绕组便流过近似直流的电流，直流电动机的励磁绕组由励磁控制器根据负载要求调节励磁，这样就可以实现谐波拖动。在进行谐波发电时，配置发电所需设备即可实现。
本发明实现上述方法的装置由无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、谐波拖动部分(IV)、发电部分(V)五部分组成；无源滤波器(I)采用LC单调谐滤波器与高通滤波器组成，用于提取电网中的谐波成分，该无源滤波器与三绕组变压器(II)的原边线圈相串联，三绕组变压器(II)的一个副边绕组由基波消磁部分(III)注入基波无功电流给其铁芯进行基波消磁。基波消磁部分(III)采用电感1与电容2串联组成，或采用原边与电网相联的变压器的副边绕组与电容元件组成，两者相联后再与三绕组变压器(II)的该副边绕组串联。谐波拖动部分(IV)由直流电动机3、三相整流装置4、滤波电抗器5、直流电动机励磁控制器6组成，三绕组变压器(II)的另一副边绕组接谐波拖动部分(IV)的三相整流装置4，该整流装置的输出接滤波电抗器5后与直流电动机3的电枢绕组相联，直流电动机的励磁绕组由直流电动机励磁控制器6提供励磁电流，励磁控制器6对直流电动机3的转速或转矩进行控制。发电部分(V)由同步发电机7、同步发电机励磁调节器8、自动同期设备9、保护装置10、断路器11与励磁变压器12组成，该同步发电机7由直流电动机3同轴拖动，同步发电机励磁调节器8、保护装置10与自动同期设备9可采用电厂用的微机励磁调节器、发电机的保护装置与自动同期设备。进行谐波发电时，由于需要同时对直流电动机的励磁控制器6与同步发电机励磁调节器8供电，其励磁变压器副边需采用两绕组。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、目前电力***中不存在将谐波能量加以利用的技术与设备，电力部门所能做的工作只能是通过装设无源滤波装置来滤除谐波或者通过采用星形一三角形接法变压器来切断三次及三次倍数谐波的流通路径来阻止谐波进入电网。本发明将滤波装置取得的谐波加以利用，转化为机械能或电网的基波电能。
2、目前的大功率整流设备为了减小输出的谐波通常采用多重化技术或通过增加触发脉冲数来减少谐波，从而造成了设备成本的大大增加。如果利用该谐波发电或谐波拖动技术，可以减少这些设备的成本。
3、目前的谐波起动电机为了减小起动电流设置了附加的起动绕组，该起动绕组只在电机起动时使用，正常工作时不利用电网中的谐波。
附图说明
图1为本发明的三相中每相的无源滤波器(I)与三绕组变压器(II)和基波消磁部分(III)的连接关系示意图；
图2为本发明的谐波拖动部分(IV)的结构示意图；
图3为本发明的发电部分(V)的结构示意图；
具体实施方式
本发明提出的利用谐波进行电机拖动或利用谐波进行发电的方法是利用无源滤波器(I)从电网中提取谐波成分，将无源滤波器与三绕组变压器(II)的原边线圈相串联，通过利用基波消磁部分(III)在三绕组变压器(II)的一个副边绕组中注入基波无功电流来对变压器进行基波消磁，从而使该变压器对基波分量近似短路，使得可以从该变压器的另一副边绕组中取出谐波电压，该谐波电压经三相全波整流后其输出与滤波电抗器5和直流电动机3的电枢绕组相串联，该直流电动机的励磁绕组由其励磁控制器6来提供励磁，该直流电动机可用于拖动生产机械工作。当用于谐波发电时，需配置发电部分(V)，该部分由同步发电机7、同步发电机励磁调节器8、自动同期设备9、保护装置10、断路器11与励磁变压器12组成，该***可采用现有的电厂用的微机励磁调节器、发电机的保护装置与自动准同期设备。
本发明实现上述方法的装置由无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、谐波拖动部分(IV)、发电部分(V)五部分组成。
如图1所示，三相中每相的无源滤波器(I)由三次、五次、七次及高通滤波器组成，其中的三次、五次、七次滤波器为LC单调谐滤波器，其参数设计通常根据变电站的谐波实测结果与无功补偿要求来确定，无三次谐波时可省去三次单调谐滤波器，若十一、十三次谐波含量较大，可增设十一、十三次单调谐滤波器，如果变电站装设有无源滤波装置，可采用已有的滤波装置而不需要重新设计。图中DL为断路器，其上、下两侧通常串有刀闸开关(图中未画出)，C3、C5、C7、Ch分别为三次、五次、七次单调谐及高通滤波器的连接电容，L3、L5、L7、Lh分别为三次、五次、七次单调谐及高通滤波器的连接电感，Rh为高通滤波器的并联电阻。每相无源滤波器的输出接该相的三绕组变压器的原边线圈，其副边的一个绕组作为基波消磁绕组用于注入基波无功电流来对变压器进行基波消磁，副边的另一个绕组作为谐波拖动部分(IV)整流电路的一相输入端。对变压器的副边进行基波消磁的电路采用电感1与电容2串联后再与控制绕组串联实现；也可以采用原边接于电网的变压器的副边作为电感元件，将其与电容和三绕组变压器的基波消磁绕组相串联实现基波消磁，其元件参数选择要考虑基波消磁需要以及无功补偿需要。借助于基波消磁，其副边的另一个绕组便可以输出谐波电压信号，将其引入谐波拖动部分(IV)全波整流电路4的输入端。
如图2所示，经基波消磁后三绕组变压器的副边的另一个绕组输出的三相谐波电压信号注入谐波拖动部分(IV)三相全波整流电路4的三相输入端，经三相全波整流后与滤波电抗器5和直流电动机3的电枢绕组相串联，这样直流电动机的电枢绕组中流过近似直流的电流，直流电动机的励磁控制器6可根据负载情况提供满足负载要求的励磁电流，从而保证直流电动机3按负载要求恒转速、恒功率或恒转矩运行。直流电动机的励磁控制器可单独配置励磁变压器，也可与发电部分(V)的同步发电机的励磁调节器8共用一副边双绕组励磁变压器，
如图3所示，本发明用作谐波发电时的发电部分(V)的构成。在进行谐波发电时，需要在图1、图2所示的无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、谐波拖动部分(IV)的基础上增设该发电部分(V)。该发电部分(V)由交流同步发电机7、同步发电机励磁调节器8、自动同期设备9、保护装置10、断路器11与励磁变压器12组成，同步发电机7由图2中的直流电动机3同轴拖动，由直流电动机的励磁控制器6进行调速，由同步发电机励磁调节器8进行调压，自动同期设备9控制并网时刻，保护装置10对整个机组进行保护。
Claims (10)
1、一种利用谐波进行电力拖动或发电的方法，其特征在于它将电网每相的无源滤波装置分别与一个每相副边有两个绕组的三相变压器(或三个每相副边有两个绕组的单相变压器)相串联，该变压器的一个副边绕组用作基波消磁(即通过使用基波消磁装置向该绕组注入基波电流，使变压器铁芯基波磁通接近为零)，由于变压器铁芯基波磁通为零，其另一个副边绕组上便能取出无源滤波装置滤出的电网谐波成分。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于从权利要求1所述的变压器的非基波消磁绕组上取出的谐波电压进入三相全波整流装置，整流装置的输出端与滤波电抗器串联后再与直流电动机的电枢绕组相串联，直流电动机的励磁绕组由其励磁控制器根据负载情况调节其励磁电流。
3、如权利要求1、2所述的方法，其特征在于在进行谐波发电时需在权利要求1、2所述的方法及装置的基础上增加发电部分相应设备，发电部分的发电机采用同步发电机，它由直流电动机同轴拖动，直流电动机励磁控制器用于调频，同步发电机励磁调节器用于调压，同步发电机需配置相应的保护装置及同期设备。
4、一种实现权利要求1、2、3所述方法的装置，其特征在于该装置由无源滤波器(I)、三绕组变压器(II)、基波消磁部分(III)、谐波拖动部分(IV)、发电部分(V)五部分组成，该装置能利用电网中的谐波能量拖动生产机械或利用电网中的谐波进行发电。
5、如权利要求4所述的装置，其特征在于其无源滤波器(I)采用单调谐滤波器与高通滤波器组成，单调谐滤波器利用谐振原理用于获取电网中的3、5、7、11等次谐波。
6、如权利要求4所述的装置，其特征在于其基波消磁部分(III)采用电感与电容元件组成，其与三绕组变压器(II)的副边控制绕组串联，通过注入基波无功电流来消除变压器原边绕组在铁芯产生的基波磁通，使变压器对基波信号接近短路。
7、如权利要求4所述的装置，其特征在于其基波消磁部分(III)采用原边与电网相联的变压器的副边绕组与电容元件组成，两者相联后再与三绕组变压器(II)的副边控制绕组串联。
8、如权利要求4所述的装置，其特征在于其谐波拖动部分(IV)由直流电动机、三相整流装置、滤波电抗器、直流电动机励磁控制器组成。
9、如权利要求4、8所述的装置，其特征在于在进行谐波发电时需增设谐波发电部分(V)，该部分由同步发电机、同步发电机励磁调节器、自动同期设备、保护装置、断路器与励磁变压器组成；该同步发电机由直流电动机拖动。
10、如权利要求4、8、9所述的谐波发电或拖动***，其特征在于其直流电动机励磁控制器与同步发电机励磁调节器采用同一励磁变压器的两个副边绕组进行供电。
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