三相电网无功补偿电路、补偿系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及电网供电系统电能质量的改善，具体设及一种S相电网无功补偿 方法及户外柱上装置。
【背景技术】
[0002] 电网系统，用户多为单相负荷，大多数负载属于感性负荷，例如电磁炉、空调、电 机、水累W及农用电器等设备，需要从电网吸取无功，导致电网功率因数低、变压器出力不 足、线路损耗大、线路末端低电压问题；传统无功补偿采用电容器投切方式，电容器投切容 易造成过补偿、欠补偿问题、容易与电网发生谐振。当变压器夜间空载或者变压器负载率低 的情况下，变压器自身的无功损耗显得异常突出，通常无功补偿装置安装于变压器二次侧， 补偿装置通过检测负载电流，进行无功补偿，但当变压器空载或者负载率低的情况下，变压 器二次侧负载非常小或者检测不到负载电流，传统的无功补偿设备将无法运行工作；无法 补偿变压器自身无功消耗；
[0003] 本实用新型提出一种电网柔性无功补偿的户外柱上装置，针对W上提到的功率因 数低、变压器出力不足、线路损耗大、线路末端低电压问题，能很好的解决W上电网系统存 在的问题，较传统无功补偿方式解决了存在的欠补偿、过补偿W及无法进行变压器无功补 偿等问题。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是解决电网系统功率因数低，变压器无功无法补偿的问题，W 及线路末端低电压问题，提出一种针对=相电网的提高电网台区功率因数、提高变压器出 力、降低线路损耗、稳定线路电压、补偿变压器无功的一种补偿装置。 阳〇化]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0006]S相电网无功补偿电路，其特殊之处在于：包括S个网侧电感、S个逆变电感、S相桥式电路、电容组C4,所述=个网侧电感包括电感器Ll、电感器L2和电感器L3，所述=个 逆变电感包括电感器L4、电感器L5和电感器L6，=个网侧电感的一端分别与=相电网A、 B、C连接，=个网侧电感另一端分别与=个逆变电感对应连接，=个逆变电感的另一端分别 与=相桥式电路的逆变输出侧连接，所述电容组C4为=相桥式电路直流侧的支撑电容； 阳007] 电感器Ll与电感器L4的连接点连接有串联的Rl与Cl,电感器L2与电感器L5的 连接点连接有串联的R2与C2,电感器L3与电感器L6的连接点连接有串联的R3与C3 ;所 述CUC2、C3的另一端连接于同一点。
[0008] 上述S相桥式电路是由3只IGBT模块构成的。
[0009] =相电网无功补偿系统，包括=相电网无功补偿电路、检测采样调理单元、控制运 算单元W及驱动单元，
[0010] 所述检测采样调理单元用于采样来自=个网侧电感和=相逆变电感连接点处的 LCL滤波电流、=相逆变电感与=相桥式电路连接处的=相逆变输出电流、外部加载的=相 负载电流W及S相电网电压进行调理的输出调理信号；
[0011] 所述控制运算单元包括软锁相环控制模块、稳压模块、提取模块、变压器无功分量 计算模块W及SPWM调制模块，
[0012] 所述稳压模块用于接收目标电压值、同时将=相电网电压稳定到目标电压值，并 发送给SPWM调制模块；
[0013] 所述变压器无功分量计算模块用于接收已知变压器参数，通过计算得到变压器自 身无功电流，并发送给SPWM调制模块；
[0014] 所述软锁相环控制模块对=相电网电压进行锁相，输出同步信号：
[0015] 所述提取模炔基于瞬时无功电流检测法，依据同步信号，将负载电流分解为正序 分量和负序分量；后进一步提取正序分量和负序分量中的基波成分，得到需要补偿的正序 无功电流和负序无功电流，并发送给SPWM调制模块；
[0016] 所述SPWM调制模块接收=相负载电流对应的正序无功电流、负序无功电流W及 变压器的无功电流，并将W上无功电流指令相加进行SPWM调制，得到=路PWM信号电平；
[0017] 上述驱动单元：将S路PWM信号电平转换调理，得到6路隔离的PWM驱动信号，控 制=相桥式电路。
[0018] 上述控制运算单元还包括保护模块，用于依据电压、电流、频率保护设备。
[0019] 上述控制运算单元基于DSP和FPGA。
[0020] S相电网无功补偿方法，包括W下步骤：
[0021] 1)采集采样来自S个网侧电感和S相逆变电感连接点处的S相IXL滤波电流、S 相逆变电感与S相桥式电路连接处的S相逆变输出电流、外部加载的S相负载电流W及S 相电网电压进行调理的输出调理信号；设置目标电压值； 阳0巧。同时将立相电网电压稳定到目标电压值，同时对立相电网电压进行锁化输出 同步信号：
[0023] 3)依据同步信号，将负载电流分解为正序分量和负序分量；后进一步提取正序分 量和负序分量中的基波成分，得到需要补偿的正序无功电流和负序无功电流；
[0024] 4)接收已知变压器参数，通过计算得到变压器的无功电流； 阳02引 W正序无功电流、负序无功电流W及变压器的无功电流相加进行SPWM调制，得到 S路PWM信号电平；
[0026] 6)将立路？￥1信号电平转换调理，得到六路隔离的PWM驱动信号，控制立相桥式电 路，实现线路电压稳定。
[0027] 上述步骤3具体采用基于瞬时无功电流检测法。 阳02引上述步骤2具体如下：
[0029] 在已知变压器参数的情况下，通过W下公式计算得到变压器的无功功率AQ:
[0030] 阳03U 其中：
[0032] Q。:变压器空载的励磁损耗无功功率；
[0033] Qf:负载引起的实际变压器的励磁无功功率；
[0034]Il:变压器副边视在电流有效值；
[0035] P。:变压器空载损耗；
[0036]Sr:变压器容量（KVA);
[0037] I。％:变压器空载电流标么值； 阳0測 Xb:变压器感抗；
[0039]
W40]Rb:变压器等效电阻；
[0041 ]
阳0创 Pk:变压器铜损（KW); 柳创Ur:变压器变比KV/V;
[0044]Zb:变压器等效阻抗：
[0045]
[0046]Uk%:变压器短路电压（KV)。
[0047] 本实用新型与现有技术相比，优点是：
[0048] 1、本实用新型能实现无功补偿：由3个电流互感器采样负载电流，实时提取出无 功电流，依据负载无功电流特性，感性无功还是容性无功。如果负载为感性无功，则输出容 性无功，如果负载为容性无功，则装置输出感性无功，且幅值相等，实现负载柔性无功补偿。
[0049] 2、本实用新型不会出现过/欠补偿：通过检测负载电流，提取无功电流，跟随负载 无功电流大小实时调节，全响应时间小于10ms，动态跟随效果好，不会出现过/欠补偿。区 别于传统电容柜补偿方式。
[0050] 3、本实用新型可W实现分相补偿：电网负载多为单相负载，由于负载工作时间上 的差异性W及=相负载的差异性，系统=相不平衡，由电流互感器采样=相电流，提取出= 相分别无功电流大小，可W分相补偿，依据负载每相无功电流的差异，实时动态分相补偿；
[0051] 4、本实用新型能实现变压器无功补偿：电网台区空载或者轻载情况下，只有变压 器自身的无功消耗，变压器低压侧电流互感器无法采样到电流，无法补偿变压器自身无功 消耗：通过设定变压器的相关参数，由DSP运算得到变压器无功，产生PWM控制信号，驱动 IGBT模块，输出相应的变压器无功补偿电流，通过低压侧补偿变压器无功。
【附图说明】
[0052] 图1为本实用新型的S相电网无功补偿电路图；
[0053] 图2为对称分量法分解正序负序无功的原理示意图；
[0054] 图3为本实用新型的S相电网无功补偿系统示意图。
【具体实施方式】 阳化5] 下面根据附图详细说明本实用新型的结构和工作原理。由于电网系统中负载引起 无功功率的不平衡，是由于负载电流中的负序无功分量叠加在正序分量上造成的。为了补 偿使无功功率平衡，就要把运些不平衡分量从总电流中提取出来。
[0056] 本实用新型装置，为电流型变流器。如图1所示，=相电网无功补偿电路，包括= 个网侧电感、=个逆变电感、=相桥式电路、电容组（C4,巧），=个网侧电感包括电感器LU 电感器L2和电感器L3，=个逆变电感包括电感器L4、电感器L5和电感器L6，=个网侧电感 的一端分别与=相电网A、B、C连接，=个网侧电感另一端分别与=个逆变电感对应连接， =个逆变电感的另一端分别与=相桥式电路的逆变输出侧连接，电容组（C4,C5)为=相桥 式电路直流侧的支撑电容；
[0057] 电感器Ll与电感器L4的连接点连接有串联的Rl与Cl,电感器L2与电感器L5的 连接点连接有串联的R2与C2,电感器L3与电感器L6的连接点连接有串联的R3与C3 ;C1、 C2、C3的另一端连接于同一点。滤波电路，主要是滤除开关次高频信号。
[0058] 主电路为=相桥式两电平电流型变流器组成，功率开关器件采用绝缘栅双极晶体 管（IGBT)模块，直流侧采用电解电容作为直流电压储能支撑，装置的输出回路采用IXL滤 波，主要滤除功率开关器件高频开关噪声，设备通过电抗器与电网连接，装置不会与电网产 生谐振。
[0059] 本实用新型为了补偿由负载引起的无功再加上变压器无功电流，作为系统需要补 偿的无功电流的给定，利用DSP进行SPWM调制，生成一系列的PWM信号，经驱动电路驱动由 IGBT模块组成的S相桥式电路，发出需要的补偿电流。另外还可W运行在稳压模式，解决线 路电压大范围波动的问题，尤其是线路末端的低电压问题，通过设