一种混合无功补偿装置的制作方法

本实用新型属于电力系统电能质量控制技术领域，涉及一种无功补偿装置，尤其涉及一种混合无功补偿装置。

背景技术：

低压配电网的很多工业负荷，如感应电动机、感应炉、电气列车等等，都消耗着大量的无功功率。无功不足会引起系统功率因数降低、电压降落和闪变，严重影响了电能质量。因此，采用适当的无功补偿装置是十分必要的。现阶段，系统大多采用柔性交流输电设备来进行无功补偿。

TSC生产成本较低，只能进行分级无功补偿，而且效率低，难以保证精度，同时还可能与电网发生谐振。SVG不仅能够进行连续的无功补偿，还可以起到电压支撑的作用，并且响应速度快、损耗小，但受电力电子器件容量和成本限制，在工程上广泛应用存在困难。综合两者的优缺点，混合无功补偿控制系统应运而生。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本实用新型提出一种混合无功补偿装置。

技术方案：为实现上述设计目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种混合无功补偿装置，包括控制器模块、传感器模块、TSC模块、SVG模块，所述传感器模块包括三相电压互感器、电流互感器、电流传感器和直流电压传感器，所述三相电压互感器、电流互感器、电流传感器和直流电压传感器均连接控制器模块，控制器模块也连接TSC模块和SVG模块；所述三相电压互感器连接在电网上，所述电流互感器连接在负载接入端；所述电流传感器连接在SVG模块交流输出端，所述电压传感器连接在SVG模块的直流侧电容两端；传感器模块检测电网电压信号、补偿电流电压信号和负载电流信号，并传递给控制器模块；控制器模块处理信号并产生控制信号，实现对TSC模块和SVG模块的控制。

进一步地，所述控制器模块包括信号调理电路、AD采样芯片和控制模块；采集的信号先经过信号调理电路，再经过AD采样芯片将模拟信号转换为数字信号，控制模块处理数字信号产生控制信号，实现对TSC模块和SVG模块的控制。

进一步地，所述TSC模块采用星型连接方式连入电网，每相包括电容器、反并联晶闸管和限流电抗器，TSC模块每相输入通过限流电抗器接到电网，然后依次连接反并联晶闸管和电容器，最后将TSC模块与N线相连。

进一步地，所述SVG模块采用三相四线制拓扑结构，包括三相逆变器、直流侧储能电容和交流侧滤波电感，SVG模块的A、B、C三相通过滤波电感连接到电网，最后将SVG模块直流侧储能电容的中心点与电网的N相相连。

有益效果：本实用新型克服TSC有级补偿和SVG大容量价格昂贵的问题，有效的解决了电力系统的无功过补或欠补的问题，同时可将系统功率因数提高到接近1。

本实用新型具有实时数据采集、实时控制、USB通信、网络通讯、数据存储等丰富功能；通过人机交互平台，用户可查看当前电网电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等信息，可以查看电网电压、电流，补偿电流等电路信息的波形；还具有历史数据存储，掉电数据保存功能。

附图说明

图1是本实用新型装置连接示意图；

图2是本实用新型工作流程框图；

图3是本实用新型控制器模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

如图1所示是混合无功补偿装置，包括传感器模块、TSC模块、SVG模块和控制器模块，其中传感器模块检测电网电压电流信号、补偿电流电压信号和负载电流信号，并将其传递给控制器模块，控制器模块将信号进行处理，并控制TSC模块和SVG模块。

传感器模块包括三相电压互感器、电流互感器、电流传感器和直流电压传感器。三相电压互感器TV1、TV2、TV3检测电网电压，接在电网上；电流互感器TA1、TA2、TA3用于检测负载电流，接在负载接入点；电流传感器LEM1、LEM2、LEM3用于检测SVG模块产生的补偿电流，安装在SVG模块交流输出端。电压传感器LEM4用于检测SVG模块直流侧电容电压，安装在SVG模块的直流侧电容两端。

TSC模块中的电容采用星型连接方式连入电网，将电网的A、B、C三相分别接到限流电抗器上，再将电抗器与TSC模块的三相输入相连，最后将TSC模块与N线相连。SVG模块采用三相四线制拓扑结构，将电网的A、B、C三相分别接到滤波电感上，再讲滤波电感分别与SVG的A、B、C三相相连，最后将SVG直流侧电容的中心点与电网的N点相连。

TSC模块由电容器、反并联晶闸管和限流电抗器组成，电容器的容量既可按照1:1:1:1的比值配置，也可以按照8:4:2:1的比值配置，但需要在触摸屏上进行相应的设置；电容器组按照容量分组进行投切为共补，单独控制任意一相电容投切为分补，采取共补或分补可通过触摸屏选择。

TSC模块中电容容量按1:1:1:1等容量配置，则SVG的容量与TSC单个电容的容量相等；TSC模块中电容容量按1:2:4:8的等比数列配置，则SVG的容量与TSC最小电容容量相等。

如图2所示，系统接入到电网中，SVG模块需要先进行预充电，直流电压传感器会检测SVG直流侧电压，当电压达到预定值时，SVG模块才能完全接入到电网中。同时传感器模块的三相电压互感器和电流互感器分别检测出电网电压和负载电流，电流传感器会检测出SVG模块产生的补偿电流；将检测出来的数据传输到控制器模块后，系统会产生投切信号，从而改变无功功率的值，同时传感器模块再次检测，从而实现闭环控制。触摸屏可将传感器模块检测到的信息显示出来，用户也可以通过触摸屏中的人机交互界面，对系统的设置进行修改，自由查看所需的信息。存储模块将信息保存下来，用户可以通过USB进行拷贝信息，当意外断电时，也可实现掉电恢复功能。

如图3所示，控制器模块包括调理电路、A/D采样芯片、控制模块、触摸屏、通信模块和存储模块，传感器模块将电压电流信号发送过来，经过调理电路，使信号满足A/D采样芯片I/O口电压电流要求；A/D采样芯片将模拟量转换为数字量，控制模块接受数字信号，统计电网各项参数，把参数发送到人机交互、通讯、存储模块，并产生控制信号，实现对TSC和SVG的控制。

传感器模块采集的数据经过控制器模块的调理电路，输入到A/D采样芯片AD7606中，AD7606芯片将输入的模拟信号转换为数字信号，主控芯片将数字信号进行处理，计算电网有功功率、无功功率、功率因数、谐波含有量和总谐波畸变率等，ARM处理器再将这些数据送到触摸屏上显示，放到存储模块上进行存储，需要通讯时，则有多种通信接口可以选择。通过触摸屏操作，可以实现人机交互；人机交互界面包括更改设置、手动操作、查看数据、查看报警信息、显示操作过程等功能。

ARM处理器根据计算得出的功率因数和有功功率，计算出需要补偿的无功功率，再根据算法，分配给SVG模块和TSC模块需要补偿的容量，根据分配的容量，ARM处理器会产生相应的投切信号，控制TSC和SVG模块的无功补偿。其中以TSC模块补偿为主，SVG模块补偿为辅，首先由TSC模块补偿大部分无功功率，SVG模块则在TSC模块补偿完成后进行剩余的无功功率补偿。

控制器模块，配备了7英寸800×480彩色触摸屏，作为人机交互平台，并嵌入了Android操作系统。通信模块提供两路485通信接口，一个CAN通信接口，一个网口和一个USB接口。A/D采样芯片使用两块16位、8通道同步采样的AD7606芯片，从而实现一共16个模拟通道同步采样。控制模块主要由三星公司生产的ARM11处理器S3C6410作为主控芯片。