低压柔性补偿装置的制作方法

本申请涉及电力无功补偿技术领域，特别是涉及一种低压柔性补偿装置。

背景技术：

随着电力电子装置应用的日益广泛，电力电子装置成为了最大的谐波源。因此，在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路大多采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。

但是，带阻感负载的整流电路具有谐波污染和功率因数滞后的问题，且在交流电路中其两端的电压与流过的电流具有90度角的相位差。因此，整流电路在参与能量交换的同时，既不做功也不消耗有功功率，即产生了无功功率，进而降低发电机和电网的供电效率。此外，在电路系统中，由于三相负载不平衡以及系统元件三相参数不对称容易导致三相不平衡进而损害电路。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有整流电路影响发电机和电网供电效率的问题，提供一种低压柔性补偿装置。

一种低压柔性补偿装置，用于补偿电路系统中的三相不平衡，所述电路系统包括配电变压器和负载电路，包括：

测量组件，用于采集所述配电变压器出口侧的三相电压和三相电流，且用于采集并网侧三相电流；

svg主电路，与所述负载电路电连接，用于连续无功补偿、三相不平衡治理和低次谐波治理；

电容器组补偿电路，与所述负载电路电连接，用于分相位无功补偿；以及

控制装置，分别与所述测量组件、所述svg主电路和所述电容器组补偿电路电连接，用于接收所述测量组件采集的数据，并驱动所述svg主电路和所述电容器组补偿电路。

在其中一个实施例中，所述svg主电路包括：

全桥逆变器，与所述负载电路电连接；以及

第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管与所述第二晶体管串联后与所述全桥逆变器并联，且所述第一晶体管和所述第二晶体管为绝缘栅双极型晶体管；

其中，所述全桥逆变器、所述第一晶体管和所述第二晶体管用于经所述控制装置控制，进行连续无功补偿、三相不平衡治理和低次谐波治理。

在其中一个实施例中，所述svg主电路还包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容器与所述第二电容器串联后与所述全桥逆变器并联，所述第一电容器和所述第二电容器用于为所述全桥逆变器提供直流电源。

在其中一个实施例中，所述电容器组补偿电路包括：

电容器组，与所述负载电路电连接，用于分相位无功补偿；以及

晶闸管电路，分别与所述电容器组和所述负载电路电连接，用于控制所述电容器组的通断。

在其中一个实施例中，所述测量组件包括：

电压互感器，与所述控制装置电连接，用于采集所述配电变压器出口侧的三相电压并传输给所述控制装置；

第一电流互感器，与所述控制装置电连接，用于采集所述配电变压器出口侧的三相电流并传输给所述控制装置；以及

第二电流互感器，与所述控制装置电连接，用于采集所述并网侧三相电流并传输给所述控制装置。

在其中一个实施例中，所述控制装置包括：

数模转换电路，与所述测量组件电连接，用于接收所述测量组件采集的数据并进行数模转换；

主控电路，与所述数模转换电路电连接，用于接收并处理所述数模转换电路发送的数据；以及

放大驱动电路，分别与所述主控电路、所述svg主电路和所述电容器组补偿电路电连接，用于依据所述主控电路的控制指令驱动所述svg主电路和所述电容器组补偿电路对所述电路系统进行补偿。

在其中一个实施例中，所述主控电路包括：

dsp支路，与所述数模转换电路电连接，用于接收所述数模转换电路发送的数据，并计算指令电流、无功补偿量和三相不平衡量；

fpga支路，与所述dsp支路和所述放大驱动电路电连接，用于接收所述dsp支路发送的数据，并发送spwm信号给所述放大驱动电路；以及

arm支路，与所述dsp支路和所述放大驱动电路电连接，用于接收所述dsp支路发送的数据，并发送晶闸管投切信号给所述放大驱动电路。

在其中一个实施例中，所述放大驱动电路包括：

第一放大驱动电路，与所述fpga支路和所述svg主电路电连接，用于放大所述fpga支路输出的脉冲控制信号；以及

第二放大驱动电路，与所述arm支路和所述电容器组补偿电路电连接，用于放大所述arm支路输出的脉冲控制信号。

在其中一个实施例中，还包括：

显示装置，与所述控制装置电连接，用于显示数据；

和/或历史事件查询装置，与所述控制装置电连接，用于查询历史事件。

在其中一个实施例中，还包括远程服务器，与所述控制装置通讯连接，用于与所述控制装置进行数据交换。

上述低压柔性补偿装置，通过所述测量组件测量所述配电变压器出口侧的三相电压和三相电流以及并网侧三相电流，可以将测量数据传输给所述控制装置。所述控制装置依据上述数据进行运算，并可以控制所述svg主电路进行连续无功补偿、三相不平衡治理及低次谐波治理。同时所述控制装置可以控制所述电容器组补偿电路进行分相位无功补偿。通过所述svg主电路和所述电容器组补偿电路的结合，所述低压柔性补偿装置可以应对不同情况，从而实现了更加全面智能的无功补偿效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种低压柔性补偿装置电路图。

附图标号说明

100低压柔性补偿装置

10测量组件

110电压互感器

120第一电流互感器

130第二电流互感器

20svg主电路

210全桥逆变器

220第一晶体管

230第二晶体管

240第一电容器

250第二电容器

30电容器组补偿电路

310电容器组

320晶闸管电路

40控制装置

410数模转换电路

420主控电路

421dsp支路

422fpga支路

423arm支路

430放大驱动电路

431第一放大驱动电路

432第二放大驱动电路

50显示装置

60历史事件查询装置

70远程服务器

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请提供一种低压柔性补偿装置100。所述低压柔性补偿装置100用于补偿电路系统中的三相不平衡，所述电路系统包括配电变压器和负载电路。所述低压柔性补偿装置100包括测量组件10、svg主电路20、电容器组补偿电路30和控制装置40。所述测量组件10用于采集所述配电变压器出口侧的三相电压和三相电流，且用于采集并网侧三相电流。所述svg主电路20与所述负载电路电连接，用于连续无功补偿、三相不平衡治理和低次谐波治理。所述电容器组补偿电路30与所述负载电路电连接，用于分相位无功补偿。所述控制装置40分别与所述测量组件10、所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30电连接。所述控制装置40用于接收所述测量组件10采集的数据，并驱动所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30。

可以理解，所述测量组件10包括多种测量电路，可以实时采集所述低压柔性补偿装置100所需的各类数据，并将采集到的数据发送给所述控制装置40进行处理，从而实现对电路系统进行连续无功补偿、三相不平衡治理及低次谐波治理等。所述测量组件10的设置提高所述柔性补偿装置100的实时性和准确性，从而扩大了所述柔性补偿装置100的应用范围。

所述svg主电路20利用可关断大功率电力电子器件和逆变器进行补偿，且并联于电网。所述svg主电路20在所述控制装置40的控制下，可以实时输出无功电流，进而对所述电路系统的变压器出口侧的输出电流进行补偿。可以理解，所述svg主电路20输出的电流可以首先通过电感进行滤波，再传输至所述负载电路。在所述电路系统中，当电网同时存在三相不平衡问题及谐波问题，所述svg主电路20可以同时治理这两个问题，进而显著提高电能质量。综上所述，所述svg主电路20可以对所述电路系统进行连续无功补偿、三相不平衡治理和低次谐波治理。所述svg主电路20具有响应速度快、安全性能高、不含谐波等特性，可以提高所述低压柔性补偿装置100的整体性能。

可以理解，由于所述电路系统中存在大量的感性负载，会导致所述电路系统中电网相位产生偏差，而通过采用所述电容器组补偿电路30可以实现分相位的无功补偿。此外，所述电容器组补偿电路30可以接地。所述电容器组补偿电路30的设置可以补偿所述电路系统中较大的电网无功缺额，再结合所述svg主电路20的精细化的无功补偿，可以提高所述低压柔性补偿装置100的无功补偿效果。

所述控制装置40为所述低压柔性补偿装置100的控制中心，可以接收所述测量组件10采集到的实时数据，并对接收到的数据进行处理。依据对所述测量组件10采集到数据的处理结果，所述控制装置40可以实现对所述电路系统产生的无功功率情况进行判断，进而分别控制所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30对所述电路系统进行补偿。所述控制装置40的设置可以提高所述低压柔性补偿装置100的智能化程度。

综上所述，所述低压柔性补偿装置100可以通过所述测量组件10测量所述配电变压器出口侧的三相电压和三相电流以及并网侧三相电流，可以将测量数据传输给所述控制装置40。所述控制装置40依据上述数据进行运算，并可以控制所述svg主电路20进行连续无功补偿、三相不平衡治理及低次谐波治理。同时所述控制装置40可以控制所述电容器组补偿电路30进行分相位无功补偿。

在一个实施例中，所述svg主电路20包括全桥逆变器210、第一晶体管220和第二晶体管230。所述全桥逆变器210与所述负载电路电连接。所述第一晶体管220与所述第二晶体管230串联后与所述全桥逆变器210并联，且所述第一晶体管220和所述第二晶体管230为绝缘栅双极型晶体管。其中，所述全桥逆变器210、所述第一晶体管220和所述第二晶体管230用于经所述控制装置40控制，进行连续无功补偿、三相不平衡治理和低次谐波治理。可以理解，可以理解，所述绝缘栅双极型晶体管具有驱动方便，导通电压小以及损耗低等优点，可以提高所述svg主电路20的性能。所述svg主电路20可以接收spwm信号，并通过所述spwm信号驱动所述第一晶体管220或所述第二晶体管230导通，从而实现连续的无功补偿、三相不平衡治理及低次谐波的治理。

在一个实施例中，所述svg主电路20还包括第一电容器240和第二电容器250，所述第一电容器240与所述第二电容器250串联后与所述全桥逆变器210并联，所述第一电容器240和所述第二电容器250用于为所述全桥逆变器210提供直流电源。

在一个实施例中，所述电容器组补偿电路30包括电容器组310和晶闸管电路320。所述电容器组310与所述负载电路电连接，用于分相位无功补偿。所述晶闸管电路320分别与所述电容器组310和所述负载电路电连接。所述晶闸管电路320用于控制所述电容器组310的通断。可以理解，所述电容器组310的连接为星形连接，所述控制装置40可以通过控制所述晶闸管电路320以实现分相补偿无功。所述电容器组310可以限制无功功率在所述电路系统中的传输，相应减小了线路的电压损耗，进而提高了配电网的电压质量。所述晶闸管电路320的响应速度快，其设置可以实现对所述电容器组310的精确控制，从而实现快速无冲击地将所述电容器组310投入电网，极大减少了投切时的操作困难和冲击电流。

在一个实施例中，所述测量组件10包括电压互感器110、第一电流互感器120和第二电流互感器130。所述电压互感器110与所述控制装置40电连接，所述电压互感器110用于采集所述配电变压器出口侧的三相电压并传输给所述控制装置40。所述第一电流互感器120与所述控制装置40电连接，所述第一电流互感器120用于采集所述配电变压器出口侧的三相电流并传输给所述控制装置40。所述第二电流互感器130与所述控制装置40电连接，用于采集所述并网侧三相电流并传输给所述控制装置40。可以理解，在所述负载电路上，通过所述电压互感器110、所述第一电流互感器120分别采样配变出口侧三相电压和三相电流，且通过所述第二电流互感器130采集并网侧电流，可以实时获取所述低压柔性补偿装置100的所需数据，进而提高所述低压柔性补偿装置100对无功功率进行补偿的准确性。

在一个实施例中，所述控制装置40包括数模转换电路410、主控电路420和放大驱动电路430。所述数模转换电路410与所述测量组件10电连接，用于接收所述测量组件10采集的数据并进行数模转换。所述主控电路420与所述数模转换电路410电连接，用于接收并处理所述数模转换电路410发送的数据。所述放大驱动电路430分别与所述主控电路420、所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30电连接。所述放大驱动电路430用于依据所述主控电路420的控制指令驱动所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30对所述电路系统进行补偿。可以理解，所述数模转换电路410分别与所述电压互感器110、所述第一电流互感器120和所述第二电流互感器130电连接，可以对接收到的电压或者电流数据进行数模转换，从而有利于提高所述主控电路420的工作效率。在一个实施例中，所述并网侧电流为所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30以及所述数模转换电路410输出的电流。可以理解，所述数模转换电路410可以包括系统电压数模转换模块、网侧电流数模转换模块和svg电流数模转换模块。通过所述数模转换电路410将模拟量转换成数字量，可以实现对所述电路系统中电网无功功率类型的判断，进而可以提高所述低压柔性补偿装置100无功补偿的准确性。

在一个实施例中，所述主控电路420包括dsp支路421、fpga支路422和arm支路423。所述dsp支路421与所述数模转换电路410电连接，用于接收所述数模转换电路410发送的数据，并计算指令电流、无功补偿量和三相不平衡量。所述fpga支路422与所述dsp支路421和所述放大驱动电路430电连接，用于接收所述dsp支路421发送的数据，并发送spwm信号给所述放大驱动电路430。所述arm支路423与所述dsp支路421和所述放大驱动电路430电连接，用于接收所述dsp支路421发送的数据，并发送晶闸管投切信号给所述放大驱动电路430。

可以理解，所述配电变压器出口侧三相电压和三相电流、并网侧电流通过所述数模转换电路410进行数模转换后将数字量传输至所述dsp支路421，所述dsp支路421可以进行指令电流计算、无功补偿量计算及三相不平衡量计算。且所述dsp支路421的计算结果指令输出端连接所述fpga支路422和所述arm支路423。其中，所述fpga支路422可以产生spwm信号驱动相应的所述第一晶体管220和/或所述第二晶体管230导通，实现连续的无功补偿、三相不平衡治理及低次谐波的治理。且所述arm支路423可以发出晶闸管投切信号，驱动所述晶闸管电路320中相应的晶闸管导通，来实现所述电容器组310的分相位无功补偿。其中，所述fpga支路422与所述arm路423可以电连接，可以进行互补或分别单独进行工作。通过分别设置所述fpga支路422和所述arm支路423可以实现对所述svg主电路20和所述电容器组补偿电路30的高效控制，且可以对不同类型的无功功率进行补偿，从而提高所述低压柔性补偿装置100的工作效率和智能化程度。

在一个实施例中，所述放大驱动电路430包括第一放大驱动电路431、第二放大驱动电路432。所述第一放大驱动电路431与所述fpga支路422和所述svg主电路20电连接，用于放大所述fpga支路422输出的脉冲控制信号。所述第二放大驱动电路432与所述arm支路423和所述电容器组补偿电路30电连接，用于放大所述arm支路423输出的脉冲控制信号。

可以理解，所述fpga支路422产生的spwm信号经过所述第一放大驱动电路431放大后，可以驱动所述svg主电路20中相应的绝缘栅双极型晶体管导通。所述arm支路423可以执行智能电容器的投切逻辑，即产生晶闸管投切信号，且所述晶闸管投切信号通过所述第二放大驱动电路432放大后连接至所述晶闸管电路320，进而驱动相应的晶闸管导通，可以进行电容器的分相位无功补偿。所述第一放大驱动电路431和所述第二放大驱动电路432可以为脉冲放大驱动电路，其设置可以放大驱动信号，进一步保证驱动命令的高效执行，可以提高所述低压柔性补偿装置100的响应速度和动作的准确性。

在一个实施例中，还包括显示装置50和/或历史事件查询装置60。所述显示装置50与所述控制装置40电连接，用于显示数据。所述历史事件查询装置60与所述控制装置40电连接，用于查询历史事件。在一个实施例中，还包括远程服务器70，与所述控制装置40通讯连接，用于与所述控制装置40进行数据交换。可以理解，所述控制装置40中的所述主控电路420可以通过gprs/5g与所述远程服务器70进行无线连接。所述远程服务器70的设置可以实现对所述低压柔性补偿装置100的远程控制，并可以通过所述低压柔性补偿装置100对电网进行实时监控。

在一个实施例中，所述低压柔性补偿装置100通过所述电压互感器110和所述第一电流互感器120采样配变出口侧三相电压和三相电流，通过所述第二电流互感器130采集并网侧电流。经所述数模转换电路410转换后将数字量送给所述dsp支路421，所述dsp支路421可以进行指令电流计算，无功补偿量的计算，及三相不平衡量的计算，并将相应的计算结果指令发送给所述fpga支路422和所述arm支路423。所述fpga支路422可以产生spwm信号驱动相应的所述第一晶体管220和/或所述第二晶体管230导通，进而实现连续的无功补偿、三相不平衡治理及低次谐波的治理。所述arm支路423可以发出晶闸管投切信号，驱动所述晶闸管电路320中相应的晶闸管导通，来实现所述电容器组310的分相位无功补偿。可以理解，当电网无功缺额较大时，即依据所述数模转换电路410转换的数据，可以首先投入所述电容器组310进行无功补偿，再结合所述svg主电路20进行精细化的无功补偿。当电网同时存在三相不平衡问题及谐波问题，所述svg主电路20可同时治理这两个问题，显著提高电能质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。