电能质量综合治理装置的制作方法

本实用新型涉及电力电子领域、电网配电设备领域，具体地说涉及一种电能质量综合治理装置。

背景技术：

电能质量综合治理装置作为一种综合性的治理装置，基于电力电子技术，结合了当前大部分电压或电流补偿装置的功效与特点：当电源电压发生波动时，电能质量综合治理装置检测参考电压与实际电源电压之间的差值，通过注入一个和检测差值相反的电压量与之相抵消，以保持负载端电压为标准的正弦电压；同样当电能质量综合治理装置检测出负载电流中含有的谐波、无功成分，通过注入与其相反的电流，从而保证电源电流为标准正弦波，抑制非线性负载产生的畸变电流对电网的污染。既能抑制电流谐波，又能补偿电压波动以及无功电流，实现电网与负载的隔离，不论是负载或者电网出现电能质量问题，都能较好的进行补偿，不会造成互相影响。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种电能质量综合治理装置。

为了解决上述问题本实用新型的技术方案是这样的：

电能质量综合治理装置，在三相四线制电源和负载之间接入本装置；本装置包括左侧串联补偿单元、右侧并联补偿单元，左侧串联补偿单元、右侧并联补偿单元组成拓扑结构；左侧串联补偿单元包括一串联变流器，右侧并联补偿单元包括一并联变流器，并联变流器处于串联变流器下游。

左侧串联单元设有一高频PWM控制模块，电网输入电流为平衡正弦波电流，电网输入功率因数为1。

右侧并联单元设有一高频PWM控制模块，负载端输出平衡的、额定的正弦波电压，输出电压与电网输入电压同相。

高频PWM控制模块的频率为12.8kHz。

左侧串联补偿单元、右侧并联补偿单元各自设有PI控制器。

本装置设有过流保模块，当输出电流峰值小于IGBT的额定电流时，发出关断IGBT的信号，关断IGBT；对于输出电流峰值大于IGBT额定电流的，则保持出发脉冲信号，同时跳闸来保护。

本装置设有散热管,工作环境温度范围为：-20～45摄氏度。

所述三相四线制电源，电压为380V±20％，容量为40kVA，电压调节范围为±8％，无功补偿≥0.98，谐波补偿率>95％，开关频率为12.8kHz，装置效率≥96％。

有益效果：本实用新型所述的电能质量综合治理装置，既能抑制电流谐波，又能补偿电压波动以及无功电流，实现电网与负载的隔离，不论是负载或者电网出现电能质量问题，都能较好的进行补偿，不会造成互相影响。本实用新型所述的电能质量综合治理装置还可以消除电网端电压的谐波畸变，电压升高或降低，三相不平衡等问题，从而使得负载电压正弦，对称及平衡；补偿负载的无功电流，谐波电流，可以增强电网的传输能力，发挥现有电网的负荷能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型所述的电能质量综合治理装置拓扑结构图。

图2为本实用新型所述的电能质量综合治理装置控制原理图。

图3为本实用新型所述的电能质量综合治理装置接线图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

名词解释：

ZDUPQC：电能质量综合治理装置；

PWM：脉冲宽度调制，对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用来代替所需要的波形；

IGBT:绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点；

PI控制器：一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制；

三电平软开关：采用移相控制技术，利用开关管的结电容和变压器漏感的谐振实现开关管的零电压开关。通过高频变压器漏感储能对功率开关管两端输出电容的充放电使开关管两端电压下降为零，使变换器开关管依次在零电压下导通，在缓冲电容作用下零电压关断，从而有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声，效率提高显著。

一种基于电力电子技术的电能质量综合治理装置-ZDUPQC。装置由两个具有公共直流母线的交、直流双向开关、PWM变流器组成，其中一个变流器和电网并联，另一个通过串联变压器将输出串联地插入供电电源和负载之间。装置检测电网电压和负载电流，通过计算得到电压补偿量和负载谐波，无功和不平衡电流补偿量，使串联变流器完成电压补偿，并联并流器完成无功，谐波和有功不平衡的补偿。

进一步，参看图1、图2、图3，

一种电能质量综合治理装置，由串联补偿单元、并联补偿单元及直流单元组成。装置的串联、并联单元可联合运行实现综合功能，亦可解耦后独立运行实现各自功能。

本装置采用左串联又并联的拓扑结构，可以使串联补偿单元不会受到电源电压波动和电压谐波的干扰的同时，还能大大减小串联变流器的容量。同时，串联变流器只流过负载电流的有功分量，不包含谐波和无功电流，这样可以大大减小串联变流器的容量。

当电源电压发生波动时，装置检测参考电压与实际电源电压之间的差值，通过串联变压器注入一个和检测差值相反的电压量与之相抵消，以保持负载端电压为标准的正弦电压；同样针对负载端，装置检测出负载电流中含有的谐波、无功成分，通过并联变流器注入与其相反的电流，从而保证电源电流为标准正弦波。

并联单元采用高频PWM控制技术，于负载端提供平衡的、额定的正弦波电压，并且与电网输入电压同相；串联单元也采用高频PWM控制技术，使得电网输入电流为平衡的正弦波电流，并且使电网输入功率因数为1。变流器的 PWM开关频率为12.8kHz，开关频率谐波易于为低通滤波器滤除，从而使得低频至开关频率的谐波减小到可以忽略的程度。

装置采用三电平软开关技术，显著提高整个装置的动态响应速度；结构简单，便于安装和调试；开关损耗和导通损耗都较小，有助于提高系统的能量转换效率。

装置内的串并联变流器通过内部通信实现数据交互，同时各自完成控制工作，各自通过PI控制器，根据无差拍控制原理，产生定频PWM脉冲驱动逆变器功率管IGBT的导通和关断。该控制方案可以得到稳定快速的电流控制效果，同时还可以相应的提高系统功率因数。

本装置具有过流保护功能：对于输出电流峰值小于IGBT的额定电流的，只需快速检测出电流信号的大小并发出关断IGBT的信号，可以有效地关断 IGBT；对于输出电流峰值大于IGBT额定电流的，关断IGBT易导致IGBT损坏，则保持出发脉冲信号，同时跳闸来保护。同时这两种过电流都可以用并网侧的快速熔断器来保护。对于桥臂直通问题，采用返回门极脉冲状态互锁技术和软关断技术，保证系统的安全和换流元件的安全。

装置使用的大功率开关器件为1200V/150A的IGBT，其采用软穿透式三电平模块，可稳定运行在20kHz。

装置主电路采用硬开关换流技术，最大输出占空比为95％。

装置采用热管散热，比一般完全靠散热片散热效果好,体积小,无噪音，可适用于温度为－10℃～45℃环境。

装置的的输入方式为三相四线制，电压为380V±20％，容量为40kVA，电压调节范围为±8％，无功补偿≥0.98，谐波补偿率>95％，开关频率为12.8kHz，装置效率≥96％。

工作过程如下，本装置检测电网电压和负载电流，通过计算得到电压补偿量和负载谐波，无功和不平衡电流补偿量，使串联变流器完成电压补偿，并联并流器完成无功，谐波和有功不平衡的补偿。串并联变流器通过内部通信实现数据交互，同时各自完成控制工作，各自通过PI控制器，根据无差拍控制原理，产生定频PWM脉冲驱动逆变器功率管IGBT的导通和关断。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型专利要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。