无功补偿模块的制作方法

本实用新型涉及电学领域，尤其涉及电网供电技术，特别是一种无功补偿模块。

背景技术：

随着电力电子技术的不断发展，晶闸管广泛应用到各个领域，其中，基于传统电容电抗的可控硅无功补偿装置和静止无功发生器(svg)在电力系统领域得到了大量应用。

传统电容电抗的可控硅无功补偿装置价格便宜，但补偿精度差(由电容容量决定)，响应时间慢(ms级别)；高精度无功补偿的svg价格比可控硅无功补偿装置贵，但补偿精度高(可实现无静差补偿)，响应速度快(us级别)。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种无功补偿模块，用于解决现有无功补偿装置存在的精度差、响应速度慢的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种无功补偿模块，包括：可控硅无功补偿单元、svg无功补偿单元及控制单元；其中，所述可控硅无功补偿单元包括：可控硅、智能电容器及解谐电抗器；所述可控硅的第一端与所述智能电容器连接，所述可控硅的第二端与所述解谐电抗器的一端连接，所述可控硅的第三端与所述控制单元的第一端连接；所述svg无功补偿单元包括：绝缘栅双极型晶体管、直流侧电容及lcl滤波电路；所述绝缘栅双极型晶体管的第一端与所述直流侧电容连接，所述绝缘栅双极型晶体管的第二端与所述lcl滤波电路的一端连接，所述绝缘栅双极型晶体管的第三端与所述控制单元的第二端连接；所述解谐电抗器的另一端和所述lcl滤波电路的另一端均与三相交流电网连接。

于本实用新型的一实施例中，还包括：风扇；所述风扇与一直流电源连接，用于为所述可控硅、所述绝缘栅双极型晶体管及所述解谐电抗器散热；所述直流电源用于为所述风扇供电。

于本实用新型的一实施例中，所述三相交流电网包括：第一火线端、第二火线端及第三火线端；所述解谐电抗器的另一端包括三个第一输出端，三个所述第一输出端分别与所述第一火线端、第二火线端及所述第三火线端连接；所述lcl滤波电路的另一端包括三个第二输出端，三个所述第二输出端分别与所述第一火线端、第二火线端及所述第三火线端连接。

于本实用新型的一实施例中，还包括：第一电流采样单元、第二电流采样单元及电压采样单元；所述第一电流采样单元与所述三相交流电网连接，用于采样所述三相交流电网的三相电流；所述第二电流采样单元与所述可控硅无功补偿单元连接，用于采样所述可控硅无功补偿单元的三相输出电流；所述电压采样单元与所述三相交流电网连接，用于采样所述三相交流电网的三相电压，以根据所述三相交流电网的三相电流、所述可控硅无功补偿单元的三相输出电流及所述三相交流电网的三相电压，控制所述svg无功补偿单元工作，以实现无功补偿；或控制所述可控硅无功补偿单元工作，所述svg无功补偿单元补偿剩余无功容量，以实现无功补偿。

于本实用新型的一实施例中，还包括：锁相环路；所述锁相环路与所述电压采样单元连接，用于对所述三相交流电网的三相电压进行锁相处理，以获取对应所述三相交流电网的三相电压的相位。

于本实用新型的一实施例中，所述控制单元采用mcu；所述mcu采用tms320f28034。

如上所述，本实用新型所述的无功补偿模块，具有以下有益效果：

与现有技术相比，本实用新型提出了一种融合svg和可控硅的无功补偿模块，在实现快速且高精度无功补偿的同时，使得价格成本大大降低，提高了电网电能质量，更有利于市场的广泛推广和电网的大规模补偿应用。

附图说明

图1显示为本实用新型的无功补偿模块于一实施例中的结构示意图。

图2显示为本实用新型的锁相环路于一实施例中的工作原理图。

标号说明

1-可控硅无功补偿单元；101-可控硅；102-智能电容器；103-解谐电抗器；2-svg无功补偿单元；201-绝缘栅双极型晶体管；202-直流侧电容；203-lcl滤波电路；3-控制单元；4-三相交流电网；5-风扇；6-直流电源；7-第一电流采样单元；8-第二电流采样单元；9-电压采样单元；10-锁相环路。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型的无功补偿模块，与现有技术相比，本实用新型提出了一种融合svg和可控硅的无功补偿模块，在实现快速且高精度无功补偿的同时，使得价格成本大大降低，提高了电网电能质量，更有利于市场的广泛推广和电网的大规模补偿应用。

如图1所示，于一实施例中，本实用新型的无功补偿模块包括可控硅无功补偿单元1、svg无功补偿单元2及控制单元3。

于一实施例中，所述控制单元3采用mcu。

优选地，所述mcu采用tms320f28034。

其中，所述可控硅无功补偿单元1包括可控硅101、智能电容器102及解谐电抗器103。

具体地，所述可控硅101的第一端与所述智能电容器102连接，所述可控硅101的第二端与所述解谐电抗器103的一端连接，所述可控硅101的第三端与所述控制单元3的第一端连接。

其中，所述svg无功补偿单元2包括绝缘栅双极型晶体管201(igbt)、直流侧电容202及lcl滤波电路203。

具体地，所述绝缘栅双极型晶体管201的第一端与所述直流侧电容202连接，所述绝缘栅双极型晶体管201的第二端与所述lcl滤波电路203的一端连接，所述绝缘栅双极型晶体管201的第三端与所述控制单元3的第二端连接；所述解谐电抗器103的另一端和所述lcl滤波电路203的另一端均与三相交流电网4连接。

于一实施例中，还包括风扇5。

具体地，所述风扇5与一直流电源6连接，用于为所述可控硅101、所述绝缘栅双极型晶体管201及所述解谐电抗器103散热。

需要说明的是，所述直流电源6用于为所述风扇5供电。

优选地，该直流电源6选用24v的直流电源。

于一实施例中，所述三相交流电网4包括第一火线端a、第二火线端b及第三火线端c。

具体地，所述解谐电抗器103的另一端包括三个第一输出端，三个所述第一输出端分别与所述第一火线端a、第二火线端b及所述第三火线端c连接；所述lcl滤波电路203的另一端包括三个第二输出端，三个所述第二输出端分别与所述第一火线端a、第二火线端b及所述第三火线端c连接。

于一实施例中，还包括第一电流采样单元7、第二电流采样单元8及电压采样单元9。

具体地，所述第一电流采样单元7与所述三相交流电网4连接，用于采样所述三相交流电网4的三相电流，分别记为：is_a、is_b、is_c。

具体地，所述第二电流采样单元8与所述可控硅无功补偿单元1连接，用于采样所述可控硅无功补偿单元1的三相输出电流，分别记为：ic1_a、ic1_b、ic1_c。

具体地，所述电压采样单元9与所述三相交流电网4连接，用于采样所述三相交流电网4的三相电压，分别记为：us_a、us_b、us_c，以根据所述三相交流电网4的三相电流、所述可控硅无功补偿单元1的三相输出电流及所述三相交流电网4的三相电压，控制所述svg无功补偿单元2工作，以实现无功补偿；或控制所述可控硅无功补偿单元1工作，所述svg无功补偿单元2补偿剩余无功容量，以实现无功补偿。

于一实施例中，还包括锁相环路10。

具体地，所述锁相环路10与所述电压采样单元9连接，用于对所述三相交流电网4的三相电压进行锁相处理，以获取对应所述三相交流电网4的三相电压的相位。

需要说明的是，该锁相环路10采用领域内常见的锁相电路，其具体的电路结构组成不作为限制本实用新型的条件，所以，在此也不再详细赘述。

需要说明的是，该锁相环路10的工作原理如下：

如图2所示，于图2中，w0为标准电网旋转角速度，即w0＝2×π×f，因我国为50hz工频电网，w0＝314.15926；pi模块为比例积分环节，取比例系数为1，积分系数为5；lpf为低通滤波器环节；us为三相交流电网4的三相电压(us_a、us_b、us_c)；theta表示相位，theta＝wt，t为1/10000。

经上述锁相处理后，计算得到对应三相交流电网4的三相电压的相位，分别记为：thetaa、thetab、thetac。

进一步地，该可通过软件锁相对该三相交流电网4的三相电压进行锁相处理。

需要说明的是，该无功补偿模块的工作原理如下：首先，根据上述三相交流电网4的三相电流is_a、is_b、is_c，及上述对应所述三相交流电网4的三相电压的相位thetaa、thetab、thetac，计算出三相交流电网4的无功电流有效值；计算公式为：

其中，is_a_q_rms、is_b_q_rms、is_c_q_rms表示三相的所述无功电流有效值。

同理，根据上述的三相交流电网4的三相电压us_a、us_b、us_c，及上述对应三相交流电网4的三相电压的相位thetaa、thetab、thetac，计算出三相交流电网4的电压有效值；计算公式为：

其中，us_a_q_rms、us_b_q_rms、us_c_q_rms表示三相的无功电流有效值。

然后，根据上述计算出的无功电流有效值和电压有效值，进行容量分配，以实现无功补偿。

具体地，先根据该无功电流有效值和该电压有效值，计算出对应的三个无功功率，分别记为：qa、qb、qc；计算公式为：

qa＝us_a_rms×is_a_q_rms；

qb＝us_b_rms×is_b_q_rms；

qc＝us_c_rms×is_c_q_rms。

取qa、qb、qc中的最小值，记为qmin。

若qmin<预设功率阈值，则无功补偿由svg无功补偿单元2来做，可控硅无功补偿单元1不用投入；若qmin>预设功率阈值，则无功补偿由可控硅无功补偿单元1来做，svg无功补偿单元2补偿剩余无功容量，即：

qa_svg＝qa-预设功率阈值；

qb_svg＝qb-预设功率阈值；

qc_svg＝qc-预设功率阈值。

需要说明的是，该预设功率阈值是预先设定好的，其具体为何值不作为限制本实用新型的条件。

优选地，该预设功率阈值设为35kvar。

进一步地，若qmin>预设功率阈值，则可控硅无功补偿单元1投入工作，由于可控硅的投入工作响应时间较长，因此，在第二电流采样单元8采样的可控硅无功补偿单元1的三相输出电流ic1_a、ic1_b、ic1_c均小于预设电流阈值时，svg无功补偿单元2工作并输出qa_svg＝qb_svg＝qc_svg＝35kvar的无功；但检测到可控硅无功补偿单元1的三相输出电流ic1_a、ic1_b、ic1_c中存在任意一相大于预设电流阈值时，则svg无功补偿单元2输出无功立即更改为：

qa_svg＝qa-35；

qb_svg＝qb-35；

qc_svg＝qc-35。

需要说明的是，该预设电流阈值是是预先设定好的，其具体为何值不作为限制本实用新型的条件。

优选地，该预设电流阈值设为3a。

需要说明的是，以上述35kvar可控硅+35kvarsvg为例，该无功补偿模块可实现75kvarsvg对电网无功需求精确补偿的功能。

需要说明的是，上述的lcl滤波电路203、第一电流采样单元7、第二电流采样单元8及电压采样单元9均采用领域内常见的电路结构，其具体的电路结构组成及工作原理不作为限制本实用新型的条件，所以，在此也不再详细赘述。

综上所述，本实用新型的无功补偿模块，与现有技术相比，本实用新型提出了一种融合svg和可控硅的无功补偿模块，在实现快速且高精度无功补偿的同时，使得价格成本大大降低，提高了电网电能质量，更有利于市场的广泛推广和电网的大规模补偿应用；所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。