有源型电能质量综合调控装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种有源型电能质量综合调控装置，由信号检测及预处理电路、补偿信号合成器、保护回路、比较器、补偿控制驱动器、变流主回路、复合补偿电流输出回路、PI调节器、参考信号发生器、补偿容量控制器、电压基准信号生成器组成。本实用新型可直挂在10kV或其它电压等级的供用电系统中使用，可实行系列化、标准化、模块化生产，以便适应于各类快速变化的谐波源负荷的谐波治理及无功补偿，以及调控负荷引起的电压波动，响应速度快；同时可有效解决三相不平衡、无功过补和系统谐振等问题。
【专利说明】有源型电能质量综合调控装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电工【技术领域】，涉及电能质量的复合型补偿设备，尤其是一种以电能质量为主要调控对象的有源型电能质量综合调控装置(PQCCD-PowerQualityCompoundControl Device)。
【背景技术】
[0002]正常的公用电网所提供的电压应该是具有固定频率、规定幅值及三相平衡的正弦波形，但实际上电网中存在着大量的轧机、电弧炉、电铁牵引机车、感应炉、换流器及各类电力电子设备等非线性负荷，这些负荷在运行过程中不仅产生大量的谐波电流注入电网，有的三相电流不平衡，有的具有间歇性、冲击性等特点，从而引起供电电压波形畸变，以及电压波动、闪变、间断、塌陷等问题。公用电网中广泛存在着上述电能质量问题，直接影响到供电系统和用户电气设备的安全经济运行。
[0003]目前改善电能质量的装置有无源电力滤波器(PPF)、有源电力滤波器(APF)、动态电压调节器(DVR)、静止无功发生器(SVG)等。无源电力滤波器(PPF)主要用于需要无功补偿和调压时的滤波；有源滤波器(APF)主要用来补偿各种非线性负荷产生的谐波电流；动态电压调节器(DVR)主要用来补偿供电电压的瞬态变化；静止无功发生器(SVG)是一种并联型无功补偿装置，它不仅能发出或吸收无功功率，而且通过调节其输出可以调控电力系统中的有功参数，但是由于受自身条件的限制，不能对电能质量的其它指标进行全面调控。
[0004]综上所述，现有的各类电能质量补偿装置的补偿参数和补偿性能有限，一套装置不能同时完成补偿多项电能质量指标的任务。随着大功率半导体开关器件的发展，大电流、高电压的IGBT元件广泛应用于有源电力滤波器(APF)、动态电压调节器(DVR)和静止无功发生器(SVG)等装置中。目前，有源电力滤波器(APF)、动态电压调节器(DVR)和静止无功发生器(SVG)等装置，无论是在主回路结构上，还是其控制系统和控制策略上，都有许多相同或相似的地方，只要对它们进行适当的功能综合和结构改进，就可以成为一种具有上述几种装置的补偿功能的新型的有源型电能质量综合调控装置。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种有源型电能质量综合调控装置，该装置能同时对各种负荷的谐波电流、基波相移功率因数、电压波动及三相不平衡进行有源补偿，具有高度的自适应性，能有效地保证供电公共连接点的电能质量。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种有源型电能质量综合调控装置，由信号检测及预处理电路、补偿信号合成器、保护回路、比较器、补偿控制驱动器、变流主回路、复合补偿电流输出回路、PI调节器、参考信号发生器、补偿容量控制器、电压基准信号生成器组成，信号检测及预处理电路检测线路电流和母线电压信号，并做预处理，之后，作为补偿信号合成器的控制信号；母线电压经过电压基准信号生成器产生的电压基准信号与PI调节器的输出信号一起经过补偿容量控制器生成补偿容量控制信号；信号检测及预处理电路和补偿容量控制器的输出信号进入补偿信号合成器，补偿信号合成器在保护回路保护下输出的补偿信号进入比较器；参考信号发生器产生三角波信号，在比较器中，与补偿信号合成器的输出信号进行比较，并在保护回路保护下产生相应的脉冲宽度被调制的信号，经补偿控制驱动器放大隔离之后，用于驱动变流主回路中各个IGBT元件的导通和关断，从而产生所需要的复合补偿电流，复合补偿电流通过复合补偿电流输出回路环节进入供电线路实现电能质量的复合调控；变流主回路和复合补偿电流输出回路分别将反馈信号送入保护回路，以完成装置的自身保护。
[0008]而且，所述变流主回路采用三相独立桥变流器及多重化高一低变压结构，由变压器、电抗器与交流电容器组成的载波吸收电路、多只IGBT元件组成的变流桥和直流电容器构成；变压器的高压侧三相绕组并联在供电系统的1kV或其它等级电压母线上，低压侧各相绕组都接入载波吸收电路，输出补偿电流通过复合补偿电流输出回路环节进入供电线路，实现电能质量的复合调控。
[0009]而且，所述补偿容量控制器采用的是高速DSP和工业控制机相结合的数字一模拟式补偿容量控制器，由工业控制机、高速数字信号处理器DSP、双向随机存储器DARAM、三相电压和三相电流检测回路、预整形锁相同步采样回路、测量信号输出电路、补偿信号输出电路、控制信号输出电路、主回路驱动电路、故障信号监测电路、工作状态检测回路、键盘、显示器和上位机通信接口构成。
[0010]本实用新型的优点和积极效果是:
[0011]1、本实用新型将已有的有源补偿装置的主回路结构进行调整，同时增加容量、改进控制策略等多方面改进而成；采用高速DSP和工业控制机相结合的数字一模拟式测量控制器，以大功率半导体器件构成的主回路，具有特殊的拓扑结构。这种主电路结构的优点是:
[0012]第一、实现了高电压大功率的输出，解决以往的有源补偿装置容量不足的问题。
[0013]第二、因为该主电路使用降压的变压器(T)，将1kV高电压，经降压注入变压器，变成1000V及以下的低电压，从而实现了在低电压下进行调制变流，同时可以降低du/dt，有效降低装置的开关损耗。
[0014]第三、主电路采用三相独立桥结构，适用于任何三相平衡与不平衡的非线性负荷的谐波滤波和基波补偿；也可方便地把三相1kV级的结构拓展为单相27.5kV级的结构，直接并联于27.5kV的电铁供电线路，能有效治理电气化铁道的谐波而不增大无功补偿容量。
[0015]第四、三相独立桥变流器的直流侧共用同一组大容量直流电容器(Cd)，使得直流电容器(Cd)侧电压更稳定，以保证装置调控过程中变流器交流侧电压的三相平衡。
[0016]2、本实用新型可直挂在1kV或其它电压等级的供用电系统中使用，可实行系列化、标准化、模块化生产，以便适应于各类快速变化的谐波源负荷的谐波治理及无功补偿，以及调控负荷引起的电压波动，响应速度快；同时可有效解决三相不平衡、无功过补和系统谐振等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型接入电力线路的原理方框图；
[0018]图2为图1的变流王回路(06)的电路原理图；
[0019]图3为图1的补偿容量控制器(10)的功能方框图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步详述；本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本实用新型的保护范围。
[0021]一种有源型电能质量综合调控装置，参见图1，由信号检测及预处理电路(01)、补偿信号合成器(02)、保护回路(03)、比较器(04)、补偿控制驱动器(05)、变流主回路(06)、复合补偿电流输出回路(07)、PI调节器(08)、参考信号发生器(09)、补偿容量控制器(10)、电压基准信号生成器(11)等环节组成，其具体的信号走向是:接通电源后，由信号检测及预处理电路(01)检测线路电流和母线电压信号，并做预处理，之后，作为补偿信号合成器
(02)的控制信号；母线电压经过电压基准信号生成器(11)产生的电压基准信号与PI调节器(08)的输出信号一起经过补偿容量控制器(10)生成补偿容量控制信号；信号检测及预处理电路(01)和补偿容量控制器(10)的输出信号进入补偿信号合成器(02)，补偿信号合成器(02)在保护回路(03)保护下输出的补偿信号进入比较器(04);参考信号发生器(09)产生频率为1kHz左右的三角波信号，在比较器(04)中，与补偿信号合成器(02)的输出信号进行比较，并在保护回路(03)保护下产生相应的脉冲宽度被调制的信号，经补偿控制驱动器(05)放大隔离之后，用于驱动变流主回路(06)中各个IGBT元件的导通和关断，从而产生所需要的复合补偿电流，复合补偿电流通过复合补偿电流输出回路(07)环节进入供电线路，实现电能质量的复合调控；变流主回路(06)和复合补偿电流输出回路(07)分别将反馈信号送入保护回路(03)，以完成装置的自身保护。
[0022]本实用新型中的变流主回路(06)的电路原理图参见图2，采用三相独立桥变流器及多重化高一低变压结构，由变压器(T)、电抗器与交流电容器组成的载波吸收电路、多只IGBT元件组成的变流桥和直流电容器(Cd)构成；变压器(T)的高压侧三相绕组并联在供电系统的1kV或其它等级电压母线上，低压侧各相绕组都接入载波吸收电路；输出补偿电流通过复合补偿电流输出回路(07)环节进入供电线路，实现电能质量的复合调控。
[0023]本实用新型中的补偿容量控制器的方框图参见图3，采用的是高速DSP(DigitalSignal Processing)和工业控制机相结合的数字一模拟式补偿容量控制器
(10)。该测量控制器由工业控制机、高速数字信号处理器DSP、双向随机存储器DARAM、三相电压和三相电流检测回路、预整形锁相同步采样回路、测量信号输出电路、补偿信号输出电路、控制信号输出电路、主回路驱动电路、故障信号监测电路、工作状态检测回路、键盘、显示器和上位机通信接口等环节构成。工业控制机用于调节、控制、通信和保护:电网各相的电压和负荷电流信号，经过传感器后，经比例调节变成规范化的信号，通过采样保持后进入DSP的A/D通道，预整形锁相同步采样回路取三相电压信号中的一路作为基准信号并产生一个采样同步脉冲送入DSP中；各相电压信号和电流信号经过检测和DSP运算后得到相应的基波及谐波分量值，再通过控制算法得到需要补偿的信号，作为DSP的其中一路输出信号，补偿信号再通过PWM通道产生PWM控制信号，进入主电路IGBT元件的驱动电路，使主回路产生相应的补偿电流输出；DSP的另一路输出信号为测量信号输出，输入到工业控制机中。DSP和工业控制机通过DARAM共享测量数据。工业控制机具有光、硬、软驱和闪存接口，串行、并行、以太网通信接口及看门狗等，用于完成有源型电能质量综合调控装置的实时控制、网络通信、数据管理等功能；故障监测信号和工作状态检测信号送入工业控制机，工业控制机综合各类信号后完成控制信号输出；键盘、显示器和上位机等都可以和工业控制机进行通信。这种数字一模拟式补偿容量控制器与全数字式控制器相比具有测量准确、调节灵敏、响应速度快的优点。
【权利要求】
1.一种有源型电能质量综合调控装置，其特征在于:由信号检测及预处理电路、补偿信号合成器、保护回路、比较器、补偿控制驱动器、变流主回路、复合补偿电流输出回路、PI调节器、参考信号发生器、补偿容量控制器、电压基准信号生成器组成，信号检测及预处理电路检测线路电流和母线电压信号，并做预处理，之后，作为补偿信号合成器的控制信号；母线电压经过电压基准信号生成器产生的电压基准信号与PI调节器的输出信号一起经过补偿容量控制器生成补偿容量控制信号；信号检测及预处理电路和补偿容量控制器的输出信号进入补偿信号合成器，补偿信号合成器在保护回路保护下输出的补偿信号进入比较器；参考信号发生器产生三角波信号，在比较器中，与补偿信号合成器的输出信号进行比较，并在保护回路保护下产生相应的脉冲宽度被调制的信号，经补偿控制驱动器放大隔离之后，用于驱动变流主回路中各个IGBT元件的导通和关断，从而产生所需要的复合补偿电流，复合补偿电流通过复合补偿电流输出回路环节进入供电线路实现电能质量的复合调控；变流主回路和复合补偿电流输出回路分别将反馈信号送入保护回路，以完成装置的自身保护。
2.根据权利要求1所述的有源型电能质量综合调控装置，其特征在于:所述变流主回路采用三相独立桥变流器及多重化高一低变压结构，由变压器、电抗器与交流电容器组成的载波吸收电路、多只IGBT元件组成的变流桥和直流电容器构成；变压器的高压侧三相绕组并联在供电系统的1kV或其它等级电压母线上，低压侧各相绕组都接入载波吸收电路，输出补偿电流通过复合补偿电流输出回路环节进入供电线路，实现电能质量的复合调控。
3.根据权利要求1所述的有源型电能质量综合调控装置，其特征在于:所述补偿容量控制器采用的是高速DSP和工业控制机相结合的数字一模拟式补偿容量控制器，由工业控制机、高速数字信号处理器DSP、双向随机存储器DARAM、三相电压和三相电流检测回路、预整形锁相同步采样回路、测量信号输出电路、补偿信号输出电路、控制信号输出电路、主回路驱动电路、故障信号监测电路、工作状态检测回路、键盘、显示器和上位机通信接口构成。
【文档编号】H02J3/18GK203859521SQ201420204332
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】李相国, 许遐, 盖福建 申请人:天津市津开电气有限公司