一种配电变压器三相电流动态平衡装置及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种中低压电流平衡装置及其工作方法，尤其涉及一种三相电流动态 平衡装置及其工作方法。
【背景技术】
[0002] 低压配电网中存在大量的单相负荷，由于单相负荷分布的不均衡和投入不同时 性，使得三相负荷不平衡成为低压电网运行维护中一个比较突出的问题。三相负荷不平衡 将增加电网损耗，严重影响供电质量，对低压电网、配电变压器、10~35kV高压线路均造成 危害。随着社会经济的发展，人们生活水平的日益提高，大量大功率的单相家用电器如：空 调器、热水器、微波炉、电磁炉等进入普通家庭，这些家用电器给人们带来舒适、方便、快捷 生活的同时，造成了单相负荷激增，进一步加剧了低压供电系统三相负荷不平衡的影响。低 压电网的三相不平衡一直是困扰供电单位的主要问题。
[0003] 低压配电网的三相负荷平衡工作已经受到了电力部门越来越多的关注和重视，但 受到现有技术水平和测量仪器的限制，低压三相负荷的平衡工作仍然只停留在定期测试和 根据经验去调整负荷，并且平衡点仅着眼于变压器低压侧出线等少数测试点处平衡，而没 考虑到低压供电网络内部的平衡，所以调整的效果不明显。
【发明内容】
[0004] 本发明针对以上问题，提供了一种自动化实现对低压供电网络进行平衡，且扩展 性强、可靠性高、动态补偿精度高的配电变压器三相电流动态平衡装置及其工作方法。
[0005] 本发明的技术方案是： 包括若干模块单元、电流采集单元、远程通讯单元和人机交互单元，其特征在于，所述 模块单元并联于电网公共连接点； 所述模块单元包括LCL滤波器、逆变器、驱动电路、强制风冷散热器和中央控制器； 所述LCL滤波器与电网相连； 所述中央控制器、驱动电路、逆变器和LCL滤波器依次连接； 所述中央控制器设有电压检测装置； 所述电压检测装置与逆变器连接； 所述电流采集单元与电网之间连接设有电流检测装置， 所述远程通讯单元和人机交互单元分别与中央控制器相连。
[0006] 所述LCL滤波器包括三个电容支路、三个谐振吸收支路、网侧电感和出口侧电感； 三个所述电容支路为Y型连接； 三个所述电容支路与三个所述谐振吸收支路分别并联连接； 所述网口侧电感和出口侧电感分别与所述电容支路串联连接。
[0007] 所述电容支路包括电容和电容电阻； 所述电容和电容电阻串联连接； 所述Y型连接的连接节点位于电容电阻一侧。
[0008] 所述谐振吸收支路包括电感和电感电阻； 所述电感电阻与所述电感串联连接。
[0009] 所述中央控制器包括DSP模块和FDGA模块； 所述DSP模块和FDGA模块相互连接实现相互之间的通讯。
[0010] 所述DSP模块上有RS485通讯接口； 所述RS485通讯接口与远程通讯单元连接，实现相互通讯。
[0011] 所述人机交互单元设置有RS485通讯接口，通过远程通讯单元与DSP模块实现通 讯。
[0012] 所述逆变器包括三相功率单元和两个直流侧电压支撑电容； 两个所述直流侧电压支撑电容串联连接； 所述三相功率单元与两个所述直流侧电压支撑电容并联连接。
[0013] 所述强制风冷散热器与中央控制器连接。
[0014] 按如下步骤工作： 1) 电流检测装置检测到负载侧电网不平衡分量； 2) 电流检测装置通过电流采集单元将不平衡分量传送到中央控制器； 3) 中央控制器计算出指令电流分量； 4) 模块单元根据指令电流分量产生幅值相同方向相反的补偿分量； 5) 补偿分量经LCL滤波器滤波后输入电网； 6) 补偿分量与不平衡分量相互抵消，消除负载侧电网电流。
[0015] 本发明中采用电流检测装置对全时段对低压供电线路的三相负荷电流进行实时 监测，能够全面反映负荷情况，及时精准的将电流情况反馈给中央控制器，使得中央控制器 能够实时、动态、精准地调整三相负荷电流，大大提高了动态电流调整的准确性；采用模块 化设计，构成冗余系统，能够根据使用情况增减投运模块，从而提高了装置的可靠性，降低 了产品功耗，节约能源，提高了装置的扩展性，有较高的推广应用价值和社会经济效益。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的结构示意图， 图2是模块单元结构示意图， 图3是LCL滤波器结构示意图， 图4是逆变器结构示意图， 图5是本发明的系统构成原理图， 图6是中央控制器指令电流运算的原理图， 图7是三角载波比较控制原理图， 图8是直流侧电压控制原理图， 图9是直流侧电压支撑电容均压控制原理图； 图中1是模块单元，2是电流采集单元，3是远程通讯单元，4是人机交互单元，5是电网 公共连接点，101是中央控制器，102是LCL滤波器；103是逆变器，104是电压检测装置，105 是强制风冷散热器，106是驱动电路，1021是电容支路，1022是谐振吸收支路，1023是网口 侧电感，1024是出口侧电感，1031是三相功率单元，1032是直流侧电压支撑电容，201是电 流检测装置。
【具体实施方式】
[0017] 本发明如图1-4所示，变压器连接到电网上，高压电经变压器降压后输送至负载。 本发明并联在变压器与负载之间的电网公共连接点5上。包括若干模块单元1、电流采集 单元2、远程通讯单元3、人机交互单元4,所述模块单元1并联于电网公共连接点5 ;所述模 块单元1包括LCL滤波器102、逆变器103、驱动电路106、强制风冷散热器105和中央控制 器101 ;所述LCL滤波器102与电网相连；所述逆变器103与LCL滤波器102和中央控制器 101分别相连；所述中央控制器101与所述强制风冷散热器105和驱动电路106分别相连； 所述中央控制器101与所述电流采集单元2连接；所述中央控制器101设有电压检测装置 104 ;所述电采集单元2有一个与之连接的电流检测装置201 ;电流检测装置201置于近负 载侧的电网上。所述电流检测装置201与电网连接；所述远程通讯单元3和人机交互单元 4分别与中央控制器101相连。
[0018] 负载为三相不平衡负载，同时产生谐波和无功功率，危害电网安全。三相电流动态 平衡装置并联在线路上，通过电流采集单元2和电流检测装置201，运用基于瞬时无功功率 理论的电流检测算法，计算出负载电流k中的不平衡分量，将其作为三相电流平衡装置的 电流指令i。*，让三相电流平衡装置侧的电流即可实现电网侧电流1三相平衡。电 流采集单元2和电流检测装置201能够实现实时监控，所以三相电流动态平衡装置能够实 现实时调整，提高了调整精度。
[0019] 所述LCL滤波器102包括三个电容支路1021、三个谐振吸收支路1022、网侧电感 1023和出口侧电感1024 ;三个所述电容支路1021为Y型连接；三个所述电容支路1021与 三个所述谐振吸收支路1022分别并联连接；所述网口侧电感1023和出口侧电感1024分别 与所述电容支路串1021联连接。
[0020] 所述电容支路1021包括电容和电容电阻；所述电容和电容电阻串联连接；所述Y 型连接的连接节点位于电容电阻一侧。
[0021] 所述谐振吸收支路1022包括电感和电感电阻；所述电感电阻与所述电感串联连 接。
[0022] 所述中央控制器包括DSP模块和FDGA模块；所述DSP模块和TOGA模块相互连接 实现相互之间的通讯。
[0023] 所述DSP模块上有RS485通讯接口；所述RS485通讯接口与远程通讯单元连接，实 现相互通讯。
[0024] 所述人机交互单元4设置有RS485通讯接口，通过远程通讯单元与DSP模块实现 通讯。
[0025] 所述逆变器103包括三相功率单元1031和两个直流侧电压支撑电容1032 ;、两个 所述直流侧电压支撑电容1032串联连接；所述三相功率单元1031与两个所述直流侧电压 支撑电容1032并联连接。
[0026] 如图2所示，是模块单元1内部结构连接示意图。模块单元1包括LCL滤波器102、 逆变器103、驱动电路106、强制风冷散热器105、和中央控制器101 ;所述LCL滤波器102与 电网相连；所述逆变器103与LCL滤波器102和中央控制器101分别相连；所述中央控制器 101与所述强制风冷散热器105和驱动电路106分别相连；所述中央控制器101与所述电流 采集单元2连接；所述中央控制器101设有电压检测装置104 ;中央控制器101向驱动电路 105发送指令，由驱动电路驱动LCL滤波器102、逆变器103、强制风冷散热器105工作。LCL 滤波器102的功能是将电网中能够危害电网安全运行的杂波过滤，逆变器103的功能是将 过滤后的直流电逆变成为与电网中交流电的幅值，相位都一致的交流电后回馈到电网。强 制风冷散热器105在模块单元1过热时可以迅速为模块单元1降温，保证模块单元1的正 常运行。
[0027] LCL滤波器102和逆变器103共同构成主电路。采用由全控型电力电子器件IGBT 组成的三相桥式电路，通过PWM脉冲控制IGBT的开通和关断，即可使得装置输出特定的电 流。
[0028] 如图3所示，是LCL滤波器结构示意图。包括三个电容支路1021、三个谐振吸收支 路1022、网