一种电压质量补偿装置的制作方法

本实用新型涉及配电系统技术领域，尤其是涉及一种电压质量补偿装置。

背景技术：

目前，配电系统使用过程中常常出现三相电压不平衡，三相电压不平衡是指三相变压器绕组之间因三相负载不一致造成相电流的电流差。负载的不对称，使流过变压器的三相电流不对称，进而造成变压器二次侧的三相电压不对称。Y/YN接线的变压器中，零线将出现零序电流，绕组中将感应出零序电势，使中性点位移，其中电流大的某相电压下降，其他两相电压上升，最终造成配电系统三相电压幅值不一致。

因此，如何解决配电系统中出现的三相电压不平衡是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种电压质量补偿装置，能够解决配电系统中出现的三相电压不平衡。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种电压质量补偿装置，包括：

线路串联变压器，所述线路串联变压器分别串联在配电系统的各分线路上；

电力电子变流器，所述电力电子变流器的交流侧与所述线路串联变压器的副边电连接，且所述电力电子变流器与所述线路串联变压器一一对应；

直流储能单元，所述直流储能单元与所述电力电子变流器的直流侧电连接；

接地变压器，所述接地变压器的一侧与所述各分线路电连接，且所述接地变压器的另一侧与所述直流储能单元的中性点电连接并接地。

在一个实施方案中，所述线路串联变压器包括3个单相变压器，且所述单相变压器为单相三柱式变压器。

在另一个实施方案中，所述电力电子变流器包括3个单相电压型桥式逆变器。

在另一个实施方案中，所述单相电压型桥式逆变器包括：

并联设置的逆变桥和直流滤波电容器，且所述逆变桥的直流端与所述直流储能单元电连接；及

电抗器，所述电抗器串联设置在所述逆变桥的交流端与所述线路串联变压器的副边之间。

在另一个实施方案中，所述逆变桥为单相的两电平逆变桥或者单相的三电平逆变桥。

在另一个实施方案中，所述逆变桥为IGBT模块。

在另一个实施方案中，所述逆变桥为IEGT模块。

在另一个实施方案中，所述直流滤波电容器为薄膜电容器。

在另一个实施方案中，所述直流储能单元为直流电容器组。

在另一个实施方案中，所述直流储能单元为储能电池系统。

在另一个实施方案中，所述接地变压器为Z型变压器。

根据本实用新型的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本实用新型范围内，是本实用新型具体实施方式的一部分。

不限于任何理论，从以上公开内容可以看出，在一个具体实施方案中，采用本实用新型提供的电压质量补偿装置解决配电系统中出现的三相电压不平衡时，接地变压器在其容量范围内，能够将各分线路中单相负荷分配不均衡造成的零序电流就地吸收。电力电子变流器分别检测各分线路相电压幅值和电流信号，依据检测到的电压幅值计算各个相所需补偿电压幅度，并依据检测的电流信号计算各相所需补偿功率情况，再根据各相分别补偿功率大小及直流储能单元储能功率情况，综合调整补偿装置功率的控制流向。即当三相负荷功率处于不平衡分布时，接地变压器吸收部分不平衡电流，直流储能单元通过电力电子变流器与配电系统交换其它不平衡的功率量，使得配电系统中功率分配均匀，避免配电系统中出现三相电压不平衡。

当三相负荷补偿功率处于平衡分布时，直流储能单元仅为电力电子变流器提供运行所需的直流源，与配电系统基本无功率流动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的电压质量补偿装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的配电系统电压分配不平衡的示意图。

其中，图1-2中：

线路串联变压器1、分线路2、电力电子变流器3、直流储能单元4、接地变压器5、逆变桥301、直流滤波电容器302。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出新颖性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实用新型公开了一种电压质量补偿装置，能够应用于各种配电系统的电压补偿，本实施例以补偿配电系统的三相不平衡电压为例。其中，电压质量补偿装置包括线路串联变压器1、电力电子变流器3、直流储能单元4和接地变压器5。

线路串联变压器1分别串联在配电系统的各分线路2上。线路串联变压器1的个数为3个，且线路串联变压器1的原边分别串联在配电系统的3支分线路2上。

电力电子变流器3的交流侧与线路串联变压器1的副边电连接，且电力电子变流器3与线路串联变压器1一一对应，即电力电子变流器3与线路串联变压器1的个数相同，且1个电力电子变流器3的交流侧对应1个线路串联变压器1的副边。

直流储能单元4与电力电子变流器3的直流侧电连接。

接地变压器5的一侧与各分线路2电连接，且接地变压器5的另一侧与直流储能单元4的中性点电连接并接地。

采用本实用新型提供的电压质量补偿装置解决配电系统中出现的三相电压不平衡时，接地变压器5在其容量范围内，能够将各分线路2中单相负荷分配不均衡造成的零序电流就地吸收。电力电子变流器3分别检测各分线路2 相电压幅值和电流信号，依据检测到的电压幅值计算各个相所需补偿电压幅度，并依据检测的电流信号计算各相所需补偿功率情况，再根据各相分别补偿功率大小及直流储能单元4储能功率情况，综合调整补偿装置功率的控制流向。即当三相负荷功率处于不平衡分布时，接地变压器5吸收部分不平衡电流，直流储能单元4通过电力电子变流器3与配电系统交换其它不平衡的功率量，使得配电系统中功率分配均匀，避免配电系统中出现三相电压不平衡。

当三相负荷补偿功率处于平衡工况时，直流储能单元4仅为电力电子变流器3提供运行所需的直流源，与配电系统基本无功率流动。

实施例二

在本实用新型提供的第二实施例中，本实施例中的电压质量补偿装置和实施例一中的电压质量补偿装置的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。

本实施例中，具体公开了线路串联变压器1包括3个单相变压器，且单向变压器为单相三柱式变压器，单相三柱式变压器的漏感较小，因此，优选单相变压器为单相三柱式变压器，需要说明的是，单相变压器也可以是其它类型的变压器。

进一步地，本实用新型公开了电力电子变流器3包括3个单相电压型桥式逆变器。

进一步地，本实用新型公开了单相电压型桥式逆变器包括逆变桥301、直流滤波电容器302和电抗器。其中，逆变桥301和直流滤波电容器302并联设置，且逆变桥301的直流端与直流储能单元4电连接。电抗器串联设置在逆变桥301的交流端与线路串联变压器1的副边之间。电抗器用于使电力电子变流器3输出补偿功率，同时滤除补偿电流产生的高次谐波。

进一步地，本实用新型公开了逆变桥301为单相的两电平逆变桥或者单相的三电平逆变桥。具体地，本实用新型公开了逆变桥301为IGBT模块或者 IEGT模块，本实施例以逆变桥301为IGBT模块为例，IGBT模块包括绝缘栅双极型晶体管3011和二极管3012，且绝缘栅双极型晶体管3011和二极管 3012并联设置。

进一步地，本实用新型公开了直流滤波电容器302为薄膜电容器。具体地，薄膜电容器的高频特性良好，优选直流滤波电容器302为薄膜电容器，也可以设置直流滤波电容器302为其它类型的电容器。

进一步地，本实用新型公开了直流储能单元4为直流电容器组或者储能电池系统。具体地，直流储能单元4根据补偿电压幅度大小选择直流电容器组或储能电池系统。

进一步地，本实用新型公开了三相接地变压器5为Z型变压器。Z型变压器常用于给中性点不接地的系统构造一个接地点。该Z型变压器的每相线圈分成两个绕组反向绕在该相磁柱上，对正序和负序电压呈现高阻抗，而对零序阻抗很小。Z型变压器通过自身绕线对零序电流呈现低阻抗特性，对正序和负序电压呈现高阻抗，在Z型变压器容量范围内，因三相四线制配电系统中单相负荷分配不均衡造成的零序电流I0由Z变压器就地吸收。

当配电系统的三相补偿功率处于平衡工况时，即ΔuAia+ΔuBib+ΔuCic＝0时，直流储能单元4仅为电力电子变流器3提供运行所需的直流源，与交流配电系统基本无功率流动，直流储能单元4可采取一定容量的直流电容器组实施。当配电系统的三相补偿功率处于不平衡工况时，直流储能单元4与交流系统交换功率，p＝ΔuAia+ΔuBib+ΔuCic，即直流储能单元4最小充放电功率需不小于计算所得功率p，如图1所示。

如图2所示，为配电系统A相电压U1A低于配电系统额定电压，B、C相电压正常，A相变流器经过逆变环节将直流储能单元4能量变换为幅值为ΔuA的电压，B、C相补偿电压ΔuB＝ΔuC＝0，并通过线路串联变压器1将该电压叠加于A相电压幅值，最终A相电压电压幅值经补偿后调整至U2A，使 U2A＝U2B＝U2C，直流储能单元4向配电系统A相补偿功率p＝ΔuAia。

本实用新型提供的电压质量补偿装置实现了配电系统电压动态不平衡补偿，采用电力电子变流器3直接在线路上补偿电压不平衡，相比可有效降低线路功率损耗，实现技术性能较好、可靠性高、易于面向低压配电系统用户集中补偿应用。

在本实用新型中的“第一”、“第二”等均为描述上进行区别，没有其他的特殊含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。