专利名称：基于逆阻型igbt的pwm分相控制电容型svc装置的制作方法
技术领域：
基于逆阻型IGBT的PWM分相控制电容型SVC装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种应用于交流三相不对称无功补偿的PWM(脉冲宽度调制) 分相控制电容型SVC装置。
背景技术：
[0002]在电力负荷中，有相当一部分属于感性负荷，这些负荷投入运行时除了消耗大 量的有功之外，还要吸收大量的无功。在有功功率不变的情况下，无功功率的存在会使 功率因数降低，从而需要增大发、输电设备的容量，增加投资和电力损耗，增加运行费 用，增大输电线路压降，不利于电力的输送与合理应用。大量的无功功率如果完全由发 电厂提供，会造成线路有功损失加大、用户电压降低、电力设备得不到充分应用。当整 个系统无功严重缺乏时，还会使整个电力系统崩溃。而且无功功率通过发电机提供并经 过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是对需要消耗无功功率的 地方安装无功补偿设备。因此，选择合理的就地无功补偿设备，对电力系统安全、高效 运行具有特别重要的意义。[0003]从80年代开始，我国的无功补偿技术开始了飞跃式的发展，从刚开始的机械投 切式到后来各种装置皆有的无功补偿系统，如SVC(静止无功补偿器)、STATCOM(静止 无功发生器)、分级型和磁控型并联电抗器6CSR和MCSR)等。其中SVC是一种静止 无功发生或吸收装置，其中静止是相对于发电机、调相机等旋转设备而言的。SVC是在 机械投切式电容器和电抗器的基础上，采用大容量晶间管代替机械开关而发展起来的。 它可以快速改变其发出的无功功率，具有较强的无功调节能力，可为电力系统提供动态 无功电源，将系统电压补偿到一个合理水平，并可以应用于各种工矿企业负荷的无功补 偿中。[0004]下面就以上这些装置的缺点和不足分述如下[0005]1、对于晶闸管投切电容器TSC，不能实现无功功率连续可调；[0006]2、SVC的缺点控制器设计复杂，成本昂贵；[0007]3、现有无功补偿装置普遍采用交流接触器，等容配置，不具备通讯监测功能， 装置故障较多，利用率低下，监控力度不够，且多不具有人机交互与可视化功能。[0008]目前在国内，脉冲触发器还主要靠模拟电路、单片机、以及利用大量的分离IC 来实现，集成度低、可靠性差。还有其它类型的脉冲发生装置如PLC、DSP等，它们的 控制时延比较长，并且不能实现多路动态控制或者要应用复杂的控制手段才能实现。[0009]国内主要的产品则是三相不可分相的无功补偿装置，即为对称型，同时对三相 中的各相补以相同有无功。这就带来了一个问题，就是很多系统中的三相负荷未必是对 称的，即每一相的功率因数是不同的，在三相同时补偿时会产生过补偿和欠补偿等各种 问题，这样一方面是浪费无功容量，一方面是无功缺额大。为此，开发出一套能分相控 制的无功补偿装置是很有必要的。另外，国内产品都不能平衡有功。实用新型内容[0010]本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基 于逆阻型IGBT的PWM分相控制电容型SVC装置，集在线数据采集、实时计算、无功补 偿、远程监控于一体，即可补偿无功也可平衡有功。[0011]为此，本实用新型采用的技术方案如下基于逆阻型IGBT的PWM分相控制 电容型SVC装置，其特征在于它包括数据采集装置、PLC控制器、人机界面、FPGA装 置、主电路、GPRS通信装置和后台控制机，PLC控制器接收数据采集装置采集到的电网 系统参数，并将计算得到的脉冲占空比发送给FPGA装置，由FPGA装置发出脉冲控制 主电路的无功输出，人机界面通过数据线与PLC控制器连接，后台控制机通过GPRS通 信装置与PLC控制器连接；主电路三相中的每一相均由两个逆阻型IGBT组成一个反并 联型双向开关，两个双向开关各串联一电容后并联，并与一限流电感串联后再与一定值 电感并联。所述的数据采集装置为功率采集装置。所述的FPGA装置包括一脉冲发生芯 片和安装在其上的三个传感器，分别处理三相的占空比转换。所述的人机界面为一触摸 屏。人机界面用来现场读取、控制及调整装置的参数，后台控制机(简称PC机)可以通 过GPRS通信装置远程读取、控制及调整装置的参数。[0012]本实用新型具有以下有益效果[0013]1、反并联型双向开关的使用，使主电路的电气性能提高了很多，可承受较大反 向电压，通态压降低，开关速度快，延长了此装置的使用寿命，增加了设备的稳定性；[0014]2、本实用新型可实现感性无功到容性无功的连续补偿，比传统的此类补偿器多 了感性补偿的部分；并且由于数据的实时采集与PWM的连续触发，可以达到动态补偿 的效果，本实用新型每秒采集数据一次，可保证电网的功率因数及电压维持在一定的水 平。[0015]3、本实用新型可实现三相可分相控制，可以有效利用各相的补偿容量，不致过 补偿和欠补偿；可以依据Steinmetz平衡原理对线路无功进行相应的补偿，并且可以对无 功进行平衡。[0016]4、本实用新型所用脉冲发生装置是FPGA装置，它可以发出六路占空比可调的 脉冲，比之其它的装置可以节省很多资源，并且它可以反复使用，且使用一个FPGA电 路板即可，实现三相分相控制；并且，用FPGA装置发脉冲所用的时延比较短，较其它 的脉冲发生装置具有很好的优越性。[0017]5、本实用新型应用GPRS通信装置以实现远程监视，它将系统的即时状态与补 偿参数发回到后台控制机上，并且传递装置的运行状况，这样可以使操作人员在后台控 制机上监控系统的现有无功状况及设备的运行。[0018]下面结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
[0019]图1为本实用新型的结构示意图。[0020]图2为本实用新型主电路单相的结构示意图。[0021]图3为本实用新型主电路接入电网后的结构示意图。
具体实施方式
[0022]如图1所示的基于逆阻型IGBT的PWM分相控制电容型SVC装置，它由数据采 集装置、PLC控制器、人机界面、FPGA装置、主电路、GPRS通信装置和后台控制机组 成。PLC控制器接收数据采集装置采集到的电网系统参数，并将计算得到的脉冲占空比 发送给FPGA装置，由FPGA装置发出脉冲控制主电路的无功输出，人机界面通过数据线 与PLC控制器连接，后台控制机通过GPRS通信装置与PLC控制器连接。主电路三相中 的每一相均由两个逆阻型IGBT组成一个反并联型双向开关(RBIGBT双向开关)，两个双 向开关各串联一电容后并联，并与一限流电感串联后再与一定值电感并联。[0023]所述的数据采集装置为功率采集装置，利用一个功率采集装置可测三相中每一 相的功率。所述的FPGA装置由一脉冲发生芯片和安装在其上的三个传感器组成，分别 处理三相的占空比转换。[0024]所述的人机界面为一触摸屏。人机界面用来现场读取、控制及调整装置的参 数，后台控制机(简称PC机)可以通过GPRS通信装置远程读取、控制及调整装置的参 数。[0025]如图2所示，电感L1值为34.49mH，L2为限流电感，其值忽略不计，电容(^、 C2的值分别为IOOuF和488uF，可实现感性40kvar到容性40kvar的无功补偿范围。K1、 K2为控制Cl、C2通断的RB-IGBT的触发脉冲。给予ΚΙ、K2互补的脉冲系列控制 Cl、C2的通断，可以连续调节无功的大小和性质，将其并联到电网即可工作。[0026]由于要进行三相同时控制，三相接入电网示意图如图3 (负荷侧为380V)。此装 置可补偿无功，也可平衡有功，其控制原理是依据Steinmetz平衡原理。
权利要求1.基于逆阻型IGBT的PWM分相控制电容型SVC装置，其特征在于它包括数据采 集装置、PLC控制器、人机界面、FPGA装置、主电路、GPRS通信装置和后台控制机， PLC控制器接收数据采集装置采集到的电网系统数据，并将根据这些数据计算得到的脉 冲占空比发送给FPGA装置，由FPGA装置发出脉冲控制主电路的无功输出，人机界面通 过数据线与PLC控制器连接，后台控制机通过GPRS通信装置与PLC控制器连接；主电 路三相中的每一相均由两个逆阻型IGBT组成一个反并联型双向开关，两个双向开关各串 联一电容后并联，并与一限流电感串联后再与一定值电感并联。
2.根据权利要求1所述的基于逆阻型IGBT的PWM分相控制电容型SVC装置，其特 征在于所述的数据采集装置为功率采集装置。
3.根据权利要求1或2所述的基于逆阻型IGBT的PWM分相控制电容型SVC装置， 其特征在于所述的FPGA装置包括一脉冲发生芯片和安装在其上的三个传感器。
专利摘要本实用新型涉及一种应用于交流三相不对称无功补偿的PWM分相控制电容型SVC装置。目前的产品主要是三相不可分相的无功补偿装置，同时对三相中的各相补以相同有无功，而很多系统中的三相负荷未必是对称的，在三相同时补偿时会产生过补偿和欠补偿等各种问题。本实用新型的特征在于它包括数据采集装置、PLC控制器、人机界面、FPGA装置、主电路、GPRS通信装置和后台控制机，PLC控制器接收数据采集装置采集到的电网系统数据，并将根据这些数据计算得到的脉冲占空比发送给FPGA装置，由FPGA装置发出脉冲控制主电路的无功输出。本实用新型可实现三相可分相控制，并且可以对无功进行平衡。
文档编号H02J3/18GK201813167SQ201020535748
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者汪科, 袁佳欣, 陈斌 申请人:浙江省电力试验研究院, 浙江省电力试验研究院技术服务中心