红外感控微智能静止无功发生器装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种红外感控微智能静止无功发生器装置，包括含有红外感应主控单元的控制器，控制器输入端经连接器与电流互感器的输出端连接，控制器输出端与两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接，两个并联的IGBT能源变换传输器均经电抗器与接触器连接，电抗器滤除IGBT能源变换传输器逆变产生的高频谐波；接触器经子断路器与接入电网的总断路器连接；隔离变压器的输入侧经子断路器接入电网，输出侧与直流电源的输入端连接，为控制回路提供电源，隔离控制回路与主电路；直流电源输出端与控制器连接。该装置设置在负载的三相交流电源线路中，对负载的供电系统无功补偿，提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网。
【专利说明】
红外感控微智能静止无功发生器装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种集滤除谐波和无功补偿为一体的装置，具体地说是一种可以无接触红外感知智能控制的微型静止无功发生器(静止无功发生器的英文为:Static VarGenerator，简称为SVG)装置。
【背景技术】
[0002]高能耗的工业负荷在我国总用电负荷中占了较大成分，常见的工业用户包括大型电焊机、大型木材加工厂、重型粉碎机、矿井提升机、港口大型起重机、钢铁冶金、石油化工等，这些大工业用户往往有独立的电网系统。凡是安装有低压变压器地方及大型用电设备旁边都应该配备无功补偿装置(这是国家电力部门的规定)，特别是那些功率因数较低的工矿、企业、居民区必须安装，大型异步电机、变压器、电焊机、冲床、车床群、空压机、压力机、吊车、冶炼、乳钢、乳铝、大型交换机、电灌设备、电气机车等尤其需要。居民区除白炽灯照明夕卜，空调、冷冻机等也都是无功功率不可忽视的耗用对象。农村用电状况比较恶劣，多数地区供电不足，电压波动很大，功率因数尤其低，加装补偿设备是改善供电状况、提高电能利用率的有效措施。供电部门对这些用户设置功率因数与电能质量等技术指标约束。
[0003]光伏电源项目现场中运行的负荷多为感性负荷，大量存在的感性负荷，不仅造成系统功率因数过低，降低了生产效率，增加企业电能费用支出，还会引起电网电压波动，严重时影响带载设备的安全运行，给企业带来不必要的经济损失。根据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定(试行)》规定，大型和中型光伏电站的功率因数应该能够在0.98(超前)?0.98(滞后)范围内连续可调。因而，光伏发电系统需要通过无功补偿的方式来提高功率因数，保证电能质量。风资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率是波动的，导致并网功率因数不合格、电压偏差、电压波动和闪变等问题，对于大容量风电场接入系统时还存在稳定性问题，都需要动态无功补偿系统。另一方面，系统电压的波动也会对风机的正常运行造成影响。SVG不仅可以满足风电接入系统的功率因数、电压波动与闪变等要求，还可以减小系统扰动对风机的影响。和电容器和电抗器的配合使用，使基于SVG的综合补偿系统成本低、性能好。而且SVG的可移动性、可扩展性，也使得整个无功补偿系统可以随着风电场的建设同步扩展。
[0004]电力机车运输方式在保护环境的同时也对电网造成了严重“污染”，因电力机车为单相供电，这种单相负荷就造成了供电网的严重三相不平衡及较低的功率因数，并产生负序电流。世界各国解决这一问题的唯一途径就是在铁路沿线适当位置安装SVG系统，通过SVG的分相快速补偿功能来平衡三相电网，并提高功率因数。
[0005]现有的无功补偿方式主要采用LC回路，即由LC组成补偿回路，容易同系统发生谐振，实际使用寿命通常不超过3年，经常出现I年一换或者3月一换，甚至投切上即跳闸的现象，由于为有级投切，所以没有快速响应时间，20ms以上，切换时间较慢，电容器容量一般每年下降，建议运行时间不超过4年，有级调节，一般切换容量为20-60kvar，谐波含量较大，过补或者欠补或造成系统电压的过压或者欠压，在系统电压较低的时候，也是系统最需要无功补偿的时候，但此时由于系统电压较低，LC补偿回路补偿容量会下降，难以给予足够的补偿容量。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可以无接触红外感知智能控制的微型静止无功发生器装置，该装置设置在负载的三相交流电源线路中能够对负载的供电系统进行高效率无功补偿，提高电网稳定性，增加输电能力，消除无功冲击，滤除谐波，平衡三相电网。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0008]—种红外感控微智能静止无功发生器装置，包括含有红外感应主控单元的控制器，所述控制器的输入端通过连接器与电流互感器的输出端连接，控制器的输出端与两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接，两个并联的IGBT能源变换传输器分别通过电抗器与接触器连接，电抗器用以滤除IGBT能源变换传输器逆变产生的高频谐波;所述接触器通过子断路器与接入电网的总断路器连接；隔离变压器的输入侧通过子断路器接入电网，输出侧与直流电源的输入端连接，用以为控制回路提供电源，并且起到隔离控制回路与主电路的作用;所述直流电源的输出端与控制器连接用以为控制回路提供直流电源。
[0009]所述控制器包括红外感应主控单元、PffM驱动电路、触摸屏和RS485接口电路，所述红外感控主单元植入红外感应器，采用DSP处理器，DSP处理器的信号输入端通过连接器与电流互感器的输出端连接，信号输出端分别通过PWM驱动电路与所述两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接;所述触摸屏和RS485接口电路分别与DSP处理器连接，触摸屏用以显示电网及装置的各类参数，如电压、电流、谐波电流畸变率、谐波电流含量、电网电压、电流波形等等，同时用以根据配电网现状设置相应的参数。
[0010]所述两个并联的IGBT能源变换传输器上并联有电解电容器，电解电容器用以储存IGBT能源变换传输器逆变所需的直流电能。
[0011]两个并联的IGBT能源变换传输器和电解电容器组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。
[0012]所述接触器两端并联有电阻器，电阻器用以抑制红外感控微智能静止无功发生器装置初次送电对电解电容器充电时产生的冲击电流。
[0013]在接触器与子断路器之间设置有高频滤波器，高频滤波器用以滤除IGBT功率模块逆变时产生的高频纹波。
[0014]在通风散热无阻力通道内设置有通风散热装置，通风散热装置的电源线通过熔断器与隔离变压器输出侧连接，用以对红外感控微智能静止无功发生器装置进行散热。
[0015]避雷器通过子断路器接入电网，用以对红外感控微智能静止无功发生器装置进行过电压保护。
[0016]红外感控微智能静止无功发生器装置通过总断路器与负载的三相交流电网连接，通过接入电网的电流互感器来采样负载电流并进行滤除谐波。
[0017]本实用新型由三个基本功能模块构成:检测模块、控制运算模块及补偿输出模块，由外部CT检测系统的电流信息，然后经由控制芯片分析出当前的电流信息、如PF、S、Q等;然后由控制器给出补偿的驱动信号，最后由电力电子逆变电路组成的逆变回路发出补偿电流。装置集成人体红外感应单元，可识别操作人员是否近机操作，具有自动开启操作屏功會K。
[0018]工作中，通过调节逆变桥中IGBT器件的开关，可以控制直流逆变到交流的电压的幅值和相位。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实事高高率因数运行。
[0019]本实用新型结构组成:
[0020]A.功率部分
[0021]SVG的核心主电路，用以实现功率变换。
[0022]模块化设计，功率单元的结构和电气性能完全一致，可以互换。
[0023]B.连接电抗器
[0024]用于连接SVG与电网，实现能量的缓冲。
[0025]减少SVG输出电流中的开关纹波，降低共模干扰。
[0026]C.微型控制模块
[0027]模块结构，用于对SVG及其辅助设备的实时控制。
[0028]实现SVG与上位机及控制中心的通讯。
[0029]D.全数字控制系统
[0030]DSP处理器实时计算电网所需的无功功率，实现动态跟踪与补偿。
[0031 ]控制系统采用模块化设计。
[0032]E.一体化工作站
[0033]提供友好的全中文WINDOWS监控和操作界面。
[0034]实现远程监控和网络化控制。
[0035]本实用新型的有益效果是:
[0036]SVG是目前最为先进的无功补偿技术，其基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式质的飞跃。微型模块化SVG不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。从技术上讲，SVG较传统的无功补偿装置有如下优势:
[0037]1.红外感控
[0038]极致便捷系统管理，装置集成人体红外感应单元，可识别操作人员是否近机操作，具有自动开启操作屏功能。
[0039]2.微型模块结构
[0040]模块式独立分布构架无需大容量的电容器和电抗器做储能元件，保证了本实用新型占地面积较小，便于安装、检修、更换，同时实现故障处理时的单列运行。
[0041]3.响应时间更快
[0042]SVG响应时间:<5ms。传统动补装置响应时间:彡10ms。
[0043]SVG可在极短的时间之内完成从额定容性无功功率到额定感性无功功率的相互转换，这种无可比拟的响应速度完全可以胜任对冲击性负荷的补偿。
[0044]4.抑制电压闪变能力更强
[0045]传统动补对电压闪变的抑制最大可达2:1，SVG对电压闪变的抑制可以达到5:1，甚至更高。此外，由于SVG响应速度极快，增大装置容量可以继续提高抑制电压闪变的能力。
[0046]5.运行范围更宽
[0047]SVG能够在额定感性到额定容性的范围内工作，所以比其他类型动补的运行范围宽很多。更重要的是，在系统电压变低时，SVG还能够输出与额定工况相近的无功电流。而其他类型动补均靠电容器提供容性无功，其输出的无功电流与电网电压成正比，电网电压越低，其输出的无功电流也越低，所以对电网的补偿能力也相应变弱。这是其他类型动补技术上的本质缺点。
[0048]6.补偿功能多样化
[0049]使同一套SVG装置，可以实现不同的多种补偿功能:
[0050]单独补偿负载无功
[0051]单独补偿负载谐波
[0052]单独补偿负载不平衡
[0053]同时补偿负载无功、谐波和不平衡
[0054]7.有源滤波功能
[0055]采用PffM技术，不仅自身产生的谐波含量极低，还能够对负载的谐波和无功进行补偿，实现有源滤波的功能，真正做到多功能化。
【附图说明】
[0056]图1为本实用新型应用结构示意图；
[0057]图2为本实用新型结构不意图；
[0058]图中:I负载、2电流互感器、3总断路器、4红外感控微智能静止无功发生器装置、401控制器、4011红外感控主单元、4012 PffM驱动电路、4013触摸屏、4014 RS485接口电路、402 IGBT能源变换传输器、403电抗器、404接触器、405电解电容器、406电阻器、407隔离变压器、408直流电源、409高频滤波器、410通风散热装置、411熔断器、412避雷器、413子断路器、414连接器、5 RS485线缆。
【具体实施方式】
[0059]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0060]本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0061]如图1所示，红外感控微智能静止无功发生器装置4通过总断路器3与负载I的三相交流电网连接，通过接入电网的电流互感器2来采样负载电流并进行滤除谐波。红外感控微智能静止无功发生器装置4有多组，多组之间通过RS485线缆5连接。
[0062]如图2所示，红外感控微智能静止无功发生器装置4包括控制器401、IGBT能源变换传输器402、电抗器403、接触器404、电解电容器405、电阻器406、隔离变压器407、直流电源408、高频滤波器409、通风散热装置410、熔断器411、避雷器412、子断路器413和连接器414。
[0063]控制器401包括主控单元4011、P丽驱动电路4012、触摸屏4013和RS485接口电路4014，所述红外感控主单元4011植入红外感应器，采用DSP处理器，DSP处理器的信号输入端通过连接器414与电流互感器2的输出端连接，信号输出端分别通过PWM驱动电路4012与所述两个并联连接的IGBT能源变换传输器402的控制端连接，所述触摸屏4013和RS485接口电路4014分别与DSP处理器连接，触摸屏4013用以显示电网及装置的各类参数，如电压、电流、谐波电流畸变率、谐波电流含量、电网电压、电流波形等等，同时用以根据配电网现状设置相应的参数。
[0064]两个并联连接的IGBT能源变换传输器402分别通过电抗器403与接触器404连接，电抗器403用以滤除IGBT能源变换传输器402逆变产生的高频谐波。
[0065]两个并联的IGBT能源变换传输器402和电解电容器405组成自换相桥式电路，经过电抗器403并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。
[0066]接触器404通过子断路器413与接入电网的总断路器3连接，电解电容器405分别与两个并联连接的IGBT能源变换传输器402并联连接，用以储存IGBT能源变换传输器402逆变所需的直流电能。
[0067]电阻器406并联在接触器404两端，用以抑制红外感控微智能静止无功发生器装置4初次送电对电解电容器405充电时产生的冲击电流。
[0068]隔离变压器407的输入侧通过子断路器413接入电网，输出侧与直流电源408的输入端连接，用以为控制回路提供电源，并且起到隔离控制回路与主电路的作用。
[0069]直流电源408的输出端与控制器401连接用以为控制回路提供24V直流电源。
[0070]IGBT能源变换传输器402为两个并联连接的IGBT能源变换传输器，所述的两个并联连接的IGBT能源变换传输器402的控制端分别与控制器401连接。
[0071]高频滤波器409设置在接触器404与子断路器413之间，用以滤除IGBT功率模块逆变时产生的高频纹波。
[0072]通风散热装置410设置在通风散热无阻力通道内，通风散热装置410的电源线通过熔断器411与隔离变压器407输出侧连接，用以对红外感控微智能静止无功发生器装置4进行高效散热。
[0073]避雷器412通过子断路器413接入电网，用以对红外感控微智能静止无功发生器装置401进行过电压保护。
[0074]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型保护范围以内。
【主权项】
1.一种红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，包括含有红外感应主控单元的控制器，所述控制器的输入端通过连接器与电流互感器的输出端连接，控制器的输出端与两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接，两个并联的IGBT能源变换传输器分别通过电抗器与接触器连接，电抗器用以滤除IGBT能源变换传输器逆变产生的高频谐波;所述接触器通过子断路器与接入电网的总断路器连接;隔离变压器的输入侧通过子断路器接入电网，输出侧与直流电源的输入端连接，用以为控制回路提供电源，并且起到隔离控制回路与主电路的作用;所述直流电源的输出端与控制器连接，用以为控制回路提供直流电源。2.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，所述控制器包括红外感应主控单元、PWM驱动电路、触摸屏和RS485接口电路，所述红外感控主单元植入红外感应器，采用DSP处理器，DSP处理器的信号输入端通过连接器与电流互感器的输出端连接，信号输出端分别通过PWM驱动电路与所述两个并联的IGBT能源变换传输器的控制端连接;所述触摸屏和RS485接口电路分别与DSP处理器连接，触摸屏用以显示电网及装置的各类参数。3.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，所述两个并联的IGBT能源变换传输器上并联有电解电容器，电解电容器用以储存IGBT能源变换传输器逆变所需的直流电能。4.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，两个并联的IGBT能源变换传输器和电解电容器组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，迅速吸收或者发出所需的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。5.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，所述接触器两端并联有电阻器，电阻器用以抑制红外感控微智能静止无功发生器装置初次送电对电解电容器充电时产生的冲击电流。6.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，在接触器与子断路器之间设置有高频滤波器，高频滤波器用以滤除IGBT功率模块逆变时产生的高频纹波。7.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，在通风散热无阻力通道内设置有通风散热装置，通风散热装置的电源线通过熔断器与隔离变压器输出侧连接，用以对红外感控微智能静止无功发生器装置散热。8.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，避雷器通过子断路器接入电网，用以对红外感控微智能静止无功发生器装置过电压保护。9.如权利要求1所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，红外感控微智能静止无功发生器装置通过总断路器与负载的三相交流电网连接，通过接入电网的电流互感器来采样负载电流并滤除谐波。10.如权利要求9所述的红外感控微智能静止无功发生器装置，其特征是，红外感控微智能静止无功发生器装置设置有多组，多组之间通过RS485线缆连接。
【文档编号】H02J3/01GK205670684SQ201620584224
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】刘悦
【申请人】山东商业职业技术学院