一种应用于调节三相不平衡的控制装置和方法与流程

本发明涉及三相不平衡治理领域，具体的说，涉及一种应用于调节三相不平衡的控制装置和方法。

背景技术：

目前城市和农村配电网中,由于单相负载的大量存在和电网前期规划不完整，存在严重的三相有功电流不平衡问题。同时，不平衡现象也可能由于三相电源负载不均衡，也可能是某些大型三相设备在不平衡电网条件下操作造成的，例如工业中的弧焊等设备导致电网出现严重的不平衡。三相不平衡会引起诸多弊端：(1)导致零线电流过大，发热严重，线路、变压器等电气设备利用效率偏低等问题；(2)由于感性负荷的存在，导致变压器功率因数较低。改善电能质量、降低能耗己经成为国家及工业经济各行业的共识，目前市场上已有无源电容调节装置，但主要以无功补偿为主，调节不平衡能力有限。因此，开发三相不平衡自动调节装置、能够补偿不平衡负荷成为必然的趋势。

目前对于三相不平衡补偿，现有技术有以下三种：

现有技术一：公开号为cn103475004a的专利文献公开的抑制不平衡负载的静止无功发生器svg及其控制方法，该方法采用三相四桥臂逆变器，利用基于瞬时无功理论的电流检测法，经clarke、park变换计算出系统的有功电流、无功电流和零序补偿电流，计算指令电流，通过逆变器输出需要的补偿不平衡电流，这种纯有源模块补偿三相不平衡的方法，对电网用户来讲，由于不平衡补偿容量需求较大，如果全部采用有源补偿成本较高，难以接受大范围使用。

现有技术二：公开号为cn105811441a的专利文献公开的相间电容三相不平衡与无功治理装置及方法，该方法采用相间电容和相零电容，治理三相电网不平衡，该方法由于采用纯电容调节因而产生精度、不能有效的将不平衡度调节到5％以内、同时补偿响应时间慢的问题。

现有技术三：公开号为cn105406494a的专利文献公开的一种低压电网三相不平衡电流补偿方法与装置，该方法通过投切相间电容器补偿负序电流，通过有源电力滤波器补偿零序电流，该方法额外增加了零序分离变压器，增加了成本。

上述三种三相不平衡补偿的现有方案中，都存在着一定的缺点。因此需要一种混合型的三相不平衡补偿装置，既包括无源相间电容，又包括有源模块svg，能够精确的检测三相不平衡电流，在能够保证较低成本的同时，大范围调整电网配电网三相不平衡和提高功率因数，精度又可以得到保证。

技术实现要素：

1、所要解决的技术问题：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种应用于调节三相不平衡的控制装置和方法，既包括无源相间电容，又包括有源svg模块；本发明能够精确的检测三相不平衡电流，在能够保证较低成本的同时，大范围调整电网配电网三相不平衡和提高功率因数，并且精度又可以得到保证。

2、技术方案：

一种应用于调节三相不平衡的控制装置，包括有源svg模块补偿电路和3路电容调节电路；所述有源svg模块补偿电路与三相电相连；所述电容调节电路与三相电相连；

所述每路电容调节电路包括三个相间电容，三个相间电容之间为三角形接法，三角形接法的接出点分别与三相电中的一相相连；所述每个相间电容都与一个分相晶闸管串联后再进行三角形连接。

进一步地，所述有源svg模块补偿电路包括有源svg模块和熔断器；所述有源svg模块通过熔断器与三相电相连。

一种应用于调节三相不平衡的控制方法，包括以下步骤

步骤一、有源svg模块补偿：根据提取得到的三相不平衡电流，有源svg模块补偿电路先响应,对不平衡电流进行补偿。在本发明中提取电流值为系统自动提取。

步骤二、无源相间电容调节：提取得到的三相不平衡电流，如果所述三相不平衡电流大于相间电容转移有功电流大小，则对三相不平衡电流进行电容调节，从而调节电流的有功不平衡；如果所述补偿后的电流不大于相间电容转移有功电流大小，调节结束。

步骤三、有源svg模块再次补偿：如步骤二无相间电容投切动作，有源svg模块保持步骤一，若步骤二有相间电容投切动作，计算相间电容调节后的不平衡电流，有源svg模块补偿剩余的基波不平衡。

进一步地，在上述步骤二中电容调节方法包括：

根据傅里叶分解，将负载ila(t),ilb(t),ilc(t),表示成如下形式：

其中

当n＝1时，该负载电流中的基波有功电流直流量为：

根据三相有功电流直流量，计算得到三相电流的ab、bc、ca每两相之间有功不平衡电流大小分别为ipab、ipbc、ipca；

根据相间电容的额定容量、额定电压、电网电压计算得到电容电流；

采用矢量分析法计算出电容转移有功电流的大小：当ab相间接入单相电容，a相减小了有功电流iap，b相增大了有功电力ibp；当bc相间接入单相电容，b相减小了有功电流ibp，c相增大了有功电流icp；当ca相间接入单相电容，c相减小了有功电流icp，a相增大了有功电流iap；

通过设置与每个电容串联的分相晶闸管的投切门限ith，根据ab、bc、ca之间有功不平衡电流大小ipab、ipbc、ipca，与投切门限ith，如果不平衡电流欠补或过补，控制相应的电容循环投入或切除，实现了相间电容调节三相有功不平衡电流的过程。

进一步地，所述投切门限ith的值为相应的有功电流加上特定的裕量。

3、有益效果：

(一)本发明不仅具有通过有源svg模块对三相不平衡电流响应，而且通过相间电容转移有功电流、调节三相不平衡,最后再通过有源svg模块补偿剩余的基波不平衡电流，从而实现了混合型的三相不平衡补偿。本方案能够有效避免有源模块容量小，成本高以及无功模块响应慢，精度低的问题。

(二)本发明通过电容调节三相不平衡后，再通过有源svg模块补偿剩下的三相负序电流和零序电流，补偿三相不平衡。

(三)本发明是通过将三相电流傅里叶变换得到的负载电流中的基波有功分量、无功分量分别进行坐标变换，得到基波零序电流、基波负序电流，有源模块补偿剩余的基波负序电流以及基波零序电流，实现了有源模块基波不平衡的补偿。

附图说明

图1为本发明一种应用于调节三相不平衡的控制装置结构原理示意图；

图2为本发明一种应用于调节三相不平衡的控制方法的框图；

图3为本发明中采用矢量分析法计算出电容转移有功电流的矢量图。

具体实施方式

如图1所示为本发明中一种应用于调节三相不平衡的控制装置结构原理示意图，如图1所示装置包括有源svg模块补偿电路和3路电容调节电路；所述有源svg模块补偿电路与三相电相连；所述电容调节电路与三相电相连；所述每路电容调节电路包括三个相间电容，三个相间电容之间为三角形接法，三角形接法的接出点分别与三相电的一相相连；所述每个相间电容都与一个分相晶闸管串联后再进行三角形连接。每个分相晶闸管分相控制与之串联的电容的投入或切除，从而进行无源调节三相不平衡有功电流；a-svg为有源svg模块，实现有源补偿不平衡电流的作用。有源svg模块补偿电路根据提取得到的三相不平衡电流，有源svg模块补偿电路先响应,对不平衡电流进行补偿。电容调节电路提取得到的三相不平衡电流，如果所述三相不平衡电流大于相间电容转移有功电流大小，则对三相不平衡电流进行电容调节，从而调节电流的有功不平衡；如果所述补偿后的电流不大于相间电容转移有功电流大小，调节结束。

如图2所示三相不平衡自动调节过程。从图中可以看出当三相不平衡负荷增大时，有源svg模块先响应，补偿电流不平衡；如果负荷中三相不平衡电流大于相间电容转移有功电流大小时，通过分相晶闸管控制投入相间电容调节从而进行有功不平衡调节；最后，有源svg模块补偿剩余的基波不平衡电流。

如图3为本发明中采用矢量分析法计算出电容转移有功电流的矢量图。其中电容c的两端分别与三相电的ab两相电相连，从图上可以看出a相减小了有功电流iap，b相增大了有功电力ibp。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。