[发明专利]一种高压并联电容器智能过零投切装置

说明书

技术领域

本发明涉及到涉及一种高压并联电容器智能过零投切装置，属于无功补偿领域。特别适用于10kV等高压的无功补偿设备的智能投切。

背景技术

目前10kV线路变电所内补偿电容器的投切均采用普通的开关，不能实现智能过零投切，因此电容器投切对系统、对电容器本体、对投切开关均产生较大的暂态冲击电压和电流。频繁的电容器非过零投切会导致：投切开关的故障率大幅度提高、补偿电容器的故障率大幅度提高、变频装置保护频繁跳闸，严重影响用户的安全生产、给用户带来极大的经济损失。ABB公司80年代在该领域作了相关的研究并开发了相应的产品。由于当时电力电子产品的价格和技术问题，他们采用了常规开关加合闸时间预测技术来实现过零合闸功能，但该类产品存在过零合闸时间不是很准确的问题，合闸时暂态冲击电压和电流仍然较大。

另外一种方法是采用TSC(可控硅投切的电容补偿)技术实现电容组的过零投切。该技术在欧美等国家的电网得到一定的应用。该技术采用可控硅组代替机械式开关投切电容器，能够实现准确过零分合闸功能，从而最大限度地降低了电容器投切所产生的暂态冲击电压和电流。但是由于可控硅组被作为机械式开关使用，在合闸状态下发热量较大，因此存在损耗高、体积大、造价高的问题。

专利200910250652.x提出了一种固态复合开关装置，其给出的复合开关装置为三极接触器结构，三极接触器仅可能完成单相过零，而且其电压过零投切方法没有具体说明，采用一般的电压过零检测方法，误差大，易导致干扰噪声的摄入。另外，现有的过零投切装置均采集A相、C相的相电压，由于中点或接地的问题，导致相电压过零采集不准确，而且各相电压均存在外界干扰或噪声导致的波形畸变问题，使得过零检测更加不准确。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种通过检测线电压过零的方法，通过引入深度滤波器进行高压并联电容器的智能过零投切，以实现10kV等高压设备的无功补偿设备的智能投切。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种高压并联电容器智能过零投切装置，由可控硅组、单极交流真空接触器、控制器、光电转换系统、深度滤波器和触发板组成，其中可控硅组包括A相串联的8组反并联可控硅和C相串联的8组反并联的可控硅，单极交流真空接触器包括A相单极交流真空接触器和C相单极交流真空接触器，光电转换系统包括光电转换器和传输光纤，其主要功能是实现控制器和可控硅组触发板之间的电信号的光电转换，并将光信号通过传输光纤传输，传输光纤不仅能进行信号传输，还能起到高压装置和低压控制系统之间的隔离作用；触发板与每个可控硅的控制极相连，8组反并联的可控硅共配16个触发板，触发板用以输出触发可控硅组所需的触发信号，A相与B相线电压信号以及C相与B相线电压信号经过深度滤波器后与控制器相连，其中深度滤波器包括低通滤波电路、电压比较电路和光耦隔离电路；A相可控硅组与A相单极交流真空接触器并联，组成A相复合开关，C相可控硅组与C相单极交流真空接触器并联，组成C相复合开关，A相复合开关和C相复合开关的一端连接常规断路器，另一端连接相应的电容和电感，控制器通过光电转换系统与触发板相连，通过执行电压无功控制装置发出的指令，发送触发信号给可控硅组的触发板，使得与其并联的单极交流真空接触器得以实现过零投切的效果；

当需要投入电容器时，控制器持续检测触发板返回的可控硅电压信号，并将该可控硅电压信号通过深度滤波器进行滤波，当捕捉到一个周期的正向电压时，控制器对反并联可控硅中的负相可控硅发出持续的触发脉冲，以保证当电压负过零时可控硅过零导通，之后延迟1/2周期对反并联可控硅中的正相可控硅发出触发脉冲，同样保证当电压正过零时可控硅过零导通；切除电容器时，直接发送持续的触发脉冲同时控制并监测单极交流真空接触器的状态，保证触发脉冲迟于单极交流真空接触器分闸，使可控硅在电流过零点自然关断；

所述深度滤波器中的A相低通滤波电路的幅频特性、相频特性和截止频率为：

其中，R₁和R₂代表分压电阻；C代表滤波电容；u_BA’代表滤波后的线电压信号，|H(ω)|、ψ(ω)和f_Ao分别代表低通滤波器的幅频特性，相频特性和截止频率，ω为频域特性中的频率坐标。

C相低通滤波电路的幅频特性、相频特性和截止频率为：

式中u_CA’代表滤波后的C相和A相之间的线电压信号，f_Co为C相低通滤波电路的截止频率。