专利名称：有源电力负载平衡控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及机电领域，具体涉及一种有源电力负载平衡控制系统及其方法。
背景技术：
目前所使用的有源电力负载平衡器采用的是互相并连的三相逆变器和半桥逆变器，三相逆变器具有三个连接端，三个连接端与电网的三相连接，半桥逆变器与电网零线的连接端连接；控制电路具有连接到电网的检测端和连接到三相逆变器和半桥逆变器的驱动端。当检测到零线上的零线电流不为零时，驱动三相逆变器输入补偿零序电流，同时，通过对零线电流的计算得到半桥逆变器需要向零线输入的补偿零线电流。
这样，需要既对三相逆变器需要输入的零序电流进行计算，也需要对半桥逆变器需要输入的补偿零线电流进行计算，较为繁琐，控制上较为复杂。
发明内容
本发明提供了一种有源电力负载平衡控制系统及其方法，能够简化计算和控制。本发明提供了一种有源电力负载平衡控制系统，包括主电路装置，其包括三相逆变器和两个额定电流大小相等的电容器组，其中，所述两个电容器组之间通过连接线串联，在所述连接线上设置与电网的零线连接的电线，串联后的所述两个电容器组与所述三相逆变器并联，所述三相逆变器的三个单臂分别连接到所述电网的三相；控制系统，其包括检测装置和控制装置；其中，所述检测装置用于检测所述零线上产生的零线电流；所述控制装置用于接收所述零线电流，根据所述零线电流计算所述三相逆变器需要输出的补偿零序电流并发送控制信号，所述补偿零序电流用于抵消所述电网的三相的零序电流；所述三相逆变器接收所述控制信号后向所述电网输出所述补偿零序电流，同时，所述两个电容器组共同向所述电网的零线注入一个与所述零线电流大小相等方向相反的补偿电流。在本发明各实施例中，优选地，每个所述电容器组包括一个或多个电容器，所述电容器包括薄膜电容器。在本发明各实施例中，优选地，每个所述电容器组的额定电流的大小大于或等于所述三相逆变器单臂电流的I. 5倍。在本发明各实施例中，优选地，所述控制装置包括三相脉宽调制控制装置。在本发明各实施例中，优选地，进一步包括放大装置，其用于将所述控制装置发送的控制信号放大，并将放大后的所述控制信号发送至所述三相逆变器。在本发明各实施例中，优选地，所述检测装置包括零线电流互感器或零序电流互感器；其中，当包括所述零线电流互感器时，所述零线电流互感器以电磁方式检测所述电网的零线电流；当包括所述零序电流互感器时，所述零序电流互感器以电磁方式检测所述电网的三相的零序电流，零序电流的大小与所述零线电流的大小相同。
本发明还提供一种有源电力负载平衡控制方法，所述方法包括如下步骤检测电网的零线电流；当检测到所述电网的零线电流不为零时，发送检测结果；根据所述检测结果计算需要输出的补偿零序电流并发送控制信号；三相逆变器接收控制信号；所述三相逆变器向所述电网的相线中注入所述补偿零序电流，同时，两个电容器组通过电线共同向所述电网的零线中注入一个补偿电流；其中，所述补偿电流与所述零线电流的大小相等方向相反。在本发明各实施例中，优选地，在所述检测所述电网的零线电流时包括检测所述电网的三相的零序电流，将三相的零序电流矢量相加，得到所述电网的零线电流。在本发明各实施例中，优选地，在所述根据所述检测结果计算需要输出的补偿零序电流的步骤，包括将检测到的所述零线电流的大小除以3，得到零序电流的大小，所述补偿零序电流的大小与计算得到的所述零序电流的大小相等。在本发明各实施例中，优选地，在所述发送控制信号的步骤进一步包括将所述控制信号进行放大，将放大后的所述控制信号发送。通过本发明提供的各实施例，能够带来以下至少一个有益效果I.通过将现有技术的半桥逆变器换成两个相互串联的电容器组，并在连接两个电容器组的连接线之间引出电线连接电网的零线，能够减少在控制系统上对半桥逆变器的计算和控制，简化了控制系统，使得控制更简单；同时，由于电容器组相对于半桥逆变器的成本较低，节约了成本。零线电流调节特性不受外部回路负载特性(无功、谐波)变化的影响，可以连续、稳定、高效、可靠的消除零线电流。本发明只采集零线电流或零序电流并以此作简单处理即可，简化了硬件电路和控制算法，大幅度缩减了控制信号与检测信号间的延时，控制响应速度快，容易实现广品闻频化。电子开关电路的工作频率越闻，越容易实现广品小型化、低成本化。2.通过采用薄膜逆变器，由于薄膜逆变器的使用寿命长、发热低、频率特性好、频率的使用范围广、体积小、重量轻等特点，能够延长有源电力控制系统的使用寿命，减少重量。3.通过每个电容器组的额定电流为三相逆变器单臂电流的I. 5倍以上，可以保证三相逆变器全负荷工作时达到最大电流容量，没有容量空置。4.通过采用零线电流互感器或零序电流互感器，可以直接得到控制用的零序电流用于后级控制。5.通过采用放大装置，能够将控制信号放大，防止由于控制信号太小从而无法正常控制三相逆变器。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图I为本发明有源电力负载平衡控制系统的实施例的示意图2为本发明有源电力负载平衡控制方法实施例的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。本发明提供了一种有源电力负载平衡控制系统，包括主电路装置，其包括三相逆变器和两个额定电流大小相等的电容器组，其中，所述两个电容器组之间通过连接线串联，在所述连接线上设置与电网的零线连接的电线，串联后的所述两个电容器组与所述三相逆变器并联，所述三相逆变器的三个单臂分别连接到所述电网的三相；控制系统，其包括检测装置和控制装置；其中，所述检测装置用于检测所述零线上产生的零线电流；所述控制装置用于接收所述零线电流，根据所述零线电流计算所述三相逆变器需要输出的补偿零序电流并发送控制信号，所述补偿零序电流用于抵消所述电网的三相的零序电流；所述三相逆变器接收所述控制信号后向所述电网输出所述补偿零序电流，同时，所述两个电容器组共同向所述电网的零线注入一个与所述零线电流大小相等方向相反的补偿电流。应理解，每个所述电容器组可以包括一个电容器或多个电容器，但需要保证两个电容器组的额定电流的大小相等。优选地，两个所述电容器组采用完全相同的两个电容器，这样能够简化工艺，避免多个电容器之间需要安排电路。应理解，所述两个电容器组之间通过连接线串联，通过所述电线将所述两个电容器与所述电网的零线连接，所述电线的一端接在所述连接线上，所述电线的另一端接在所述电网的零线上，便于所述两个电容器组通过所述电线向所述零线输入与检测到的零线电流大小相等方向相反的补偿电流。应理解，所述两个电容器组共同向所述电网的零线注入一个补偿电流为两个电容器组的注入电流的和形成了一个补偿电流，即一个补偿电流等于一个电容器组注入的电流与另一个电容器组注入的电流的和。应理解，所述三相逆变器的三个单臂分别连接到所述电网的三相只有唯一的连接方式，如图I所示，三相逆变器的单臂具有两个开关器件，电网中相应地一相与单臂的连接点再两个开关器件的连接线上。当所述检测装置检测到所述电网上产生了零线电流，将检测到的所述零线电流的信息结果发送给所述控制装置；所述控制装置接收所述检测结果后，根据所述检测结果计算所述三相逆变器需要输出的补偿零序电流，即三相逆变器的每个单臂需要输出的补偿零序电流，并发送控制信号；所述三相逆变器接收所述控制信号后向所述电网输出所述补偿零序电流，同时，由于所述两个电容器组与所述三相逆变器并联，所述两个电容器组与所述电网的零线连接，根据基尔霍夫电流定律，所述两个电容器组自动向所述零线输入与所述零线电流大小相等方向相反的补偿电流。在本发明各实施例中，优选地，每个所述电容器组包括一个或多个电容器，所述电容器包括薄膜电容器。由于薄膜逆变器的使用寿命长、发热低、频率特性好、频率的使用范围广、体积小、重量轻等特点，所以能够延长有源电力控制系统的使用寿命，同时减轻重量。在本发明各实施例中，优选地，每个所述电容器组的额定电流的大小大于或等于所述三相逆变器单臂电流的I. 5倍。可以保证三相逆变器全负荷工作时达到最大电流容
量，没有容量空置。在本发明各实施例中，优选地，所述控制装置包括三相脉宽调制控制装置。采用所述三相脉冲宽度调制控制装置计算更为准确。三相脉宽调制控制装置即三相PWM控制装置。在本发明各实施例中，优选地，进一步包括放大装置，其用于将所述控制装置发送的控制信号放大，并将放大后的所述控制信号发送至所述三相逆变器。能够将控制信号放大，防止由于控制信号太小从而无法正常控制三相逆变器。在本发明各实施例中，优选地，所述检测装置包括零线电流互感器或零序电流互感器；其中，当包括所述零线电流互感器时，所述零线电流互感器以电磁方式检测所述电网的零线电流；当包括所述零序电流互感器时，所述零序电流互感器以电磁方式检测所述电网的三相的零序电流，零序电流的大小与所述零线电流的大小相同。本发明还提供一种有源电力负载平衡控制方法，所述方法包括如下步骤检测电网的零线电流；当检测到所述电网的零线电流不为零时，发送检测结果；根据所述检测结果计算需要输出的补偿零序电流并发送控制信号；三相逆变器接收控制信号；所述三相逆变器向所述电网的相线中注入所述补偿零序电流，同时，两个电容器组通过电线共同向所述电网的零线中注入一个补偿电流；其中,所述补偿电流与所述零线电流的大小相等方向相反。应理解，有源电力负载平衡控制方法能够通过有源电力负载平衡控制系统来实现。应理解，在步骤检测电网的零线电流中，可以为检测所述电网的三相的零序电流，将二相的零序电流矢量相加得到零线电流。应理解，只有当所述电网的零线电流不为零时，才需要对所述电网进行补偿。当所述检测装置检测到所述电网上产生了零线电流，将检测到的所述零线电流的信息结果发送给所述控制装置；所述控制装置接收所述检测结果后，根据所述检测结果计算所述三相逆变器需要输出的补偿零序电流，即三相逆变器的每个单臂需要输出的补偿零序电流，并发送控制信号；所述三相逆变器接收所述控制信号后向所述电网输出所述补偿零序电流，同时，由于所述两个电容器组与所述三相逆变器并联，所述两个电容器组与所述电网的零线连接，根据基尔霍夫电流定律，所述两个电容器组自动向所述零线输入与所述零线电流大小相等方向相反的补偿电流。在本发明各实施例中，优选地，在所述检测所述电网的零线电流时包括检测所述电网的三相的零序电流，将三相的零序电流矢量相加，得到所述电网的零线电流。根据具体的工艺，可以采取不同的检测方式。 在本发明各实施例中，优选地，在所述根据所述检测结果计算需要输出的补偿零序电流的步骤，包括将检测到的所述零线电流的大小除以3，得到零序电流的大小，所述补偿零序电流的大小与计算得到的所述零序电流的大小相等。根据所述电网的零序电流分量和零线中电流的简单合成关系，将检测到的零线电流直接除以3即可以得到电网的瞬间零序电流分量。 在本发明各实施例中，优选地，在所述发送控制信号的步骤进一步包括将所述控制信号进行放大，将放大后的所述控制信号发送。能够将控制信号放大，防止由于控制信号太小从而无法正常控制三相逆变器。在加入控制系统之前，电网负载为不平衡负载，零线中存在零线电流。对三相电流进行常规对称分量法(将三个相量分解为对称的分量组，用于分析三相电路不对称运行状态的一种方法)分解，可得结果为正负序电流和零序电流分量，正负序电流分量为对称分量，矢量和始终为零，不在零线中产生电流；零序电流分量大小为零线电流的1/3，方向相反。三相零序电流矢量和即为反向零线电流。加入控制系统后，控制系统的检测零线中的瞬时零线电流，当检测到零线电流为O时，控制系统不进行响应；当检测到零线电流不为零时，控制系统即做出控制响应。在一个实施例中，如图I所示,有源电力负载平衡系统包括交流电网101、用电负载102、三相逆变器103、电容器104、控制系统105、检测装置106、控制装置107、放大装置108。交流电网101向用电负载102提供电流，当检测装置106检测到交流电网101的零线中存在零线电流，则检测装置106检测零线电流，将检测结果发送给控制装置107，经过控制装置107处理后，向三相逆变器103发出控制信号，为了三相逆变器103能够接收到信号，控制装置107发出的控制信号需要通过放大装置108进行放大，将放大后的控制信号传递给三相逆变器103，三相逆变器103的三个单臂分别向交流电网101的三相注入补充零序电流。两个电容器104串联，串联后的两个电容器104与三相逆变器103并联，两个电容器104自动向零线注入补充零线电流，两个电容器104的两个电流合成一个电流注入零线中。其中，三相逆变器103的三个单臂与交流电网101的三相的电线连接，两个电容器104与交流电网101的零线连接。在一个实施例中，如图2所示,有源电力负载平衡方法包括如下步骤步骤201 :检测电网的零线电流；应理解，可以检测电网零线上的零线电流，也可以检测电网三相上的零序电流，将零序电流转化为零线电流；步骤202 :当检测到电网的零线电流不为零时，发送检测结果；只有当零线电流不为零时才需要调控，为零时不需要做出补偿。这里的检测结果为零线电流的大小、方向等。步骤203 :根据检测结果计算需要输出的补偿零序电流并发送控制信号；根据检测到的零线电流，将零线电流的大小除以3，得到三相逆变器需要输出的补偿零序电流，并发送控制信号。步骤204 :将控制信号进行放大，将放大后的控制信号发送；由于从步骤203发出的控制信号比较弱，可三相逆变器不能接收到，因此将控制信号放大，以保证三相逆变器及时发出补偿零序电流。步骤205 :三相逆变器接收控制信号；三相逆变器向电网的相线中注入补偿零序电流，同时，两个电容器组通过电线共同向电网的零线中注入一个补偿电流；应理解，根据基尔霍夫电流定律，当三相逆变器向电网输入补充零序电流时，两个电容器组会自动通过电线向电网的零线中注入与零线电流大小相等方向相反的补充电流。通过本发明提供的各实施例，能够带来以下至少一个有益效果
I.通过将现有技术的半桥逆变器换成两个相互串联的电容器组，并在连接两个电容器组的连接线之间引出电线连接电网的零线，能够减少在控制系统上对半桥逆变器的计算和控制，简化了控制系统，使得控制更简单；同时，由于电容器组相对于半桥逆变器的成本较低，节约了成本。零线电流调节特性不受外部回路负载特性(无功、谐波)变化的影响，可以连续、稳定、高效、可靠的消除零线电流。本发明只采集零线电流或零序电流并以此作简单处理即可，简化了硬件电路和控制算法，大幅度缩减了控制信号与检测信号间的延时，控制响应速度快，容易实现广品闻频化。电子开关电路的工作频率越闻，越容易实现广品小型化、低成本化。2.通过采用薄膜逆变器，由于薄膜逆变器的使用寿命长、发热低、频率特性好、频率的使用范围广、体积小、重量轻等特点，能够延长有源电力控制系统的使用寿命，减少重量。3.通过每个电容器组的额定电流为三相逆变器单臂电流的I. 5倍以上，可以保证三相逆变器全负荷工作时达到最大电流容量，没有容量空置。4.通过采用零线电流互感器或零序电流互感器，可以直接得到控制用的零序电流用于后级控制。5.通过采用放大装置，能够将控制信号放大，防止由于控制信号太小从而无法正常控制三相逆变器。本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种有源电力负载平衡控制系统，其特征在于，包括 主电路装置，其包括三相逆变器和两个额定电流大小相等的电容器组，其中，所述两个电容器组之间通过连接线串联，在所述连接线上设置与电网的零线连接的电线，串联后的所述两个电容器组与所述三相逆变器并联，所述三相逆变器的三个单臂分别连接到所述电网的三相； 控制系统，其包括检测装置和控制装置；其中，所述检测装置用于检测所述零线上产生的零线电流；所述控制装置用于接收所述零线电流，根据所述零线电流计算所述三相逆变器需要输出的补偿零序电流并发送控制信号，所述补偿零序电流用于抵消所述电网的三相的零序电流；所述三相逆变器接收所述控制信号后向所述电网输出所述补偿零序电流，同时，所述两个电容器组共同向所述电网的零线注入一个与所述零线电流大小相等方向相反的补偿电流。
2.如权利要求I所述的有源电力负载平衡控制系统，其特征在于，每个所述电容器组包括一个或多个电容器，所述电容器包括薄膜电容器。
3.如权利要求I或2所述的有源电力负载平衡控制系统，其特征在于，每个所述电容器组的额定电流的大小大于或等于所述三相逆变器单臂电流的I. 5倍。
4.如权利要求I或2所述的有源电力负载平衡控制系统，其特征在于，所述控制装置包括三相脉宽调制控制装置。
5.如权利要求I或2所述的有源电力负载平衡控制系统，其特征在于，进一步包括放大装置，其用于将所述控制装置发送的控制信号放大，并将放大后的所述控制信号发送至所述三相逆变器。
6.如权利要求I或2所述的有源电力负载平衡控制系统，其特征在于，所述检测装置包括零线电流互感器或零序电流互感器；其中，当包括所述零线电流互感器时，所述零线电流互感器以电磁方式检测所述电网的零线电流；当包括所述零序电流互感器时，所述零序电流互感器以电磁方式检测所述电网的三相的零序电流，零序电流的大小与所述零线电流的大小相同。
7.一种有源电力负载平衡控制方法，所述方法包括如下步骤 检测电网的零线电流； 当检测到所述电网的零线电流不为零时，发送检测结果； 根据所述检测结果计算需要输出的补偿零序电流并发送控制信号； 三相逆变器接收控制信号；所述三相逆变器向所述电网的相线中注入所述补偿零序电流，同时，两个电容器组通过电线共同向所述电网的零线中注入一个补偿电流； 其中，所述补偿电流与所述零线电流的大小相等方向相反。
8.如权利要求7所述的有源电力负载平衡控制方法，其特征在于，在所述检测所述电网的零线电流时包括检测所述电网的三相的零序电流，将三相的零序电流矢量相加，得到所述电网的零线电流。
9.如权利要求7或8所述的有源电力负载平衡控制方法，其特征在于，在所述根据所述检测结果计算需要输出的补偿零序电流的步骤，包括将检测到的所述零线电流的大小除以3，得到零序电流的大小，所述补偿零序电流的大小与计算得到的所述零序电流的大小相坐寸ο
10.如权利要求7-9中任一项所述的有源电力负载平衡控制方法，其特征在于，在所述发送控制信号的步骤进一步包括将所述控制信号进行放大，将放大后的所述控制信号发送。
全文摘要
本发明涉及机电领域，具体涉及一种有源电力负载平衡控制系统及其方法，能够简化计算和控制。一种有源电力负载平衡控制系统包括，主电路装置包括三相逆变器和两个通过连接线串联的额定电流大小相等的电容器组，在连接线上设置与电网的零线连接的电线，串联后的两个电容器组与三相逆变器并联，三相逆变器的三个单臂分别连接到电网的三相；控制系统包括检测零线电流的检测装置和控制装置；控制装置接收零线电流，并计算三相逆变器输出的补偿零序电流并发送控制信号，补偿零序电流抵消电网的三相的零序电流；三相逆变器接收控制信号后向电网输出补偿零序电流，同时，两个电容器组共同向电网的零线注入一个与零线电流大小相等方向相反的补偿电流。
文档编号H02J3/26GK102624014SQ201210092078
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者胡继炜 申请人:胡继炜