CN100585978C - 一种配电网调容装置 - Google Patents

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Abstract

一种配电网调容装置，属于动态无功功率补偿技术领域。由共用直流电容Cd的三个单相H桥逆变器(1)、逆变器输出高通滤波器(2)、三个单相接入变压器(3)、固定补偿电容器及其阻尼电抗器(4)、断路器(5)组成。通过控制三个单相H桥逆变器输出电压在0～UN(UN与系统额定电压对应)之间变化，实现容性无功功率0～最大范围内调节。本发明的优点在于：容性无功连续可调，响应速度快、可靠性高，无需额外滤波装置条件下，注入系统的谐波满足国家标准规定；逆变器耗散功率不超过调节装置整个容量的四分之一，改善了电力电子器件的工作条件，降低了成本，提高了可靠性。

Description

一种配电网调容装置
技术领域
本发明属于动态无功功率补偿技术领域，特别是提供了一种配电网调容装置。
背景技术
无功平衡对提高电网的经济效益和改善供电质量至关重要，在中低压配电系统中，普遍采用了固定电容器进行无功补偿。但由日负荷变化频繁，要求大量快速响应的可调无功功率来补偿负荷需要，维持系统无功平衡，保证系统运行在高功率因数状态下，减少损耗，提高系统的运行效率，因此电容补偿容量的连续可调及快速响应具有巨大的市场需求。
本发明提供了一种配电网调容装置，它由三个单相电容器构成一组容性无功元件，每个电容器一端接于系统母线，另一端与三个单相逆变器的输出相连而构成，通过调节逆变器的输出电压，改变电容器两端的电压降来实现连续调节输入到系统的容性无功电流的目的，不但具有容性无功功率的连续可调、响应速度快等优点，还克服了晶闸管控制电抗器加固定电容器补偿装置注入系统谐波大的缺点，无需增加额外的滤波装置；另一方面逆变器在调容装置的整个容量调节范围内，其耗散功率不超过装置额定容量的四分之一，因此降低了装置成本，提高了可靠性和经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网调容装置，用于中低压配电系统的容性动态无功补偿。它基于逆变器输出电压连续可调技术实现感性无功功率的快速连续调节。
本发明提出的一种配电网调容装置，包括：共用直流电容Cd的三个单相H桥逆变器1、逆变器输出高通滤波器2、三个单相接入变压器3、固定补偿电容器及其阻尼电抗器4、断路器5。
共用直流电容Cd的三个单相H桥逆变器1由十二个IGBT器件及其反并联二极管组成的三个单相H桥(SA1-2、SB1-2、SC1-2)、直流电容Cd构成。每个单相H桥由两个桥臂构成，三个单相H桥共六个桥臂。每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联而成，两个IGBT的连接点为桥臂输出端。六个桥臂上下端点分别连接到一起，形成三相四桥臂变流器的直流母线，上端母线为正极母线，下端母线为负极母线。直流电容Cd按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间。
每个桥臂的输出端连接到逆变器输出高通滤波器2，即每个桥臂的输出端连接到对应的六个滤波电感(LA1-2、LB1-2、LC1-2)一端，六个滤波电感的另一端分别连接到三个单相接入变压器3(TA、TB、TC)的一次侧，每个单相接入变压器的一次侧的两个输入端上并联有对应的滤波电容(CfA、CfB、CfC)。
三个单相接入变压器3的二次侧有两个输出端子。一个端子连接到一起形成中性点，另一个端子分别连接到对应的固定补偿电容器及其阻尼电抗器4(FCA、FCB、FCC)的固定补偿电容的三个输入端子上。
固定补偿电容器及其阻尼电抗器4，由三条固定补偿电容器和对应的阻尼电抗器(LZA、LZB、LZC)串联的支路构成。阻尼电抗器的三个输出端子分别通过断路器5接入A、B、C三相配电系统。
本发明通过控制三个单相H桥逆变器输出电压的变化，实现容性无功功率0～最大范围内调节。
通过调节逆变器的输出电压，改变电容器两端的电压降来实现连续调节输入到系统的感性无功电流的目的。
采用三个单相H桥逆变器和三个单相变压器的方法能实现对配电系统各相容性无功的解藕控制和分相补偿。
本发明将逆变器的输出滤波电抗器一分为二，分别连接到逆变器的两个输出端子上，便于逆变器输出发生短路故障时限制短路电流，保护逆变器。
固定补偿电容器通过阻尼电抗器共同构成调容装置的无功元件，阻尼电抗器用于阻尼电容器的谐波放大。
逆变器的耗散功率不超过整个无功补偿装置容量的四分之一，从而降低整体成本，提高可靠性。
本发明提出的一种配电网调容装置的工作原理为，通过基于DSP(数字信号处理器)、采用SPWM(正弦波脉宽调制)控制策略的控制电路实现调容控制。控制电路采样系统电压，锁相处理后作为同步信号和调制正弦波信号，调制正弦波信号与DSP产生的高频三角波信号进行比较，产生SPWM脉冲输出到三个单相H桥逆变器的对应控制端实施控制。通过控制调制正弦波信号幅值的大小，使得三个单相H桥逆变器输出电压在0～UN(UN与系统额定电压对应)之间变化，实现容性无功功率0～最大范围内调节。
本发明的优点在于：容性无功连续可调，响应速度快、可靠性高，无需额外滤波装置条件下，注入系统的谐波满足国家标准规定；逆变器耗散功率不超过调节装置整个容量的四分之一，改善了电力电子器件的工作条件，降低了成本，提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种中压系统感性动态无功调节装置主电路拓扑图。其中，共用直流电容Cd的三个单相H桥逆变器1、逆变器输出高通滤波器2、三个单相接入变压器3、固定补偿电容器及其阻尼电抗器4、断路器5。
具体实施方式
本发明提出的一种配电网调容装置主电路结构如附图1所示，由共用直流电容Cd的三个单相H桥逆变器1、逆变器输出高通滤波器2、三个单相接入变压器3、固定补偿电容器及其阻尼电抗器4、断路器5组成。
共用直流电容Cd的三个单相H桥逆变器1由十二个IGBT器件及其反并联二极管组成的三个单相H桥(SA1-2、SB1-2、SC1-2)、直流电容Cd构成。每个单相H桥由两个桥臂构成，三个单相H桥共六个桥臂。每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联而成，两个IGBT的连接点为桥臂输出端。六个桥臂上下端点分别连接到一起，形成三相四桥臂变流器的直流母线，上端母线为正极母线，下端母线为负极母线。直流电容Cd按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间。
每个桥臂的输出端连接到逆变器输出高通滤波器2，即每个桥臂的输出端连接到对应的六个滤波电感(LA1-2、LB1-2、LC1-2)一端，六个滤波电感的另一端分别连接到三个单相接入变压器3(TA、TB、TC)的一次侧，每个单相接入变压器的一次侧的两个输入端上并联有对应的滤波电容(CfA、CfB、CfC)。
三个单相接入变压器3的二次侧有两个输出端子。一个端子连接到一起形成中性点，另一个端子分别连接到对应的固定补偿电容器及其阻尼电抗器4(FCA、FCB、FCC)的固定补偿电容的三个输入端子上。
固定补偿电容器及其阻尼电抗器4，由三条固定补偿电容器和对应的阻尼电抗器(LZA、LZB、LZC)串联的支路构成。阻尼电抗器的三个输出端子分别通过断路器5接入A、B、C三相配电系统。

Claims (7)

1、一种配电网调容装置，其特征在于，由共用直流电容(Cd)的三个单相H桥逆变器(1)、逆变器输出高通滤波器(2)、三个单相接入变压器(3)、固定补偿电容器及其阻尼电抗器(4)、断路器(5)组成；每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联而成，两个IGBT的连接点为桥臂输出端，六个桥臂上下端点分别连接到一起，形成三相六桥臂变流器的直流母线，上端母线为正极母线，下端母线为负极母线；直流电容(Cd)按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间；每个桥臂的输出端连接到逆变器输出高通滤波器(2)；
三个单相接入变压器(3)的二次侧有两个输出端子，一个端子连接到一起形成中性点，另一个端子分别连接到对应的固定补偿电容器及其阻尼电抗器(4)的固定补偿电容的三个输入端子上；
固定补偿电容器及其阻尼电抗器(4)，由三条固定补偿电容器和对应的阻尼电抗器(LZA、LZB、LZC)串联的支路构成，阻尼电抗器的三个输出端子分别通过断路器(5)接入A、B、C三相配电系统；
通过控制三个单相H桥逆变器输出电压的变化，实现容性无功功率0～最大范围内调节。
2、按照权利要求1所述的配电网调容装置，其特征在于，所述的共用直流电容(Cd)的三个单相H桥逆变器(1)由十二个IGBT器件及其反并联二极管组成的三个单相H桥(SA1-2、SB1-2、SC1-2)、直流电容(Cd)构成；每个单相H桥由两个桥臂构成，三个单相H桥共六个桥臂。
3、按照权利要求1所述的配电网调容装置，其特征在于，每个桥臂的输出端连接到逆变器输出高通滤波器(2)是指每个桥臂的输出端连接到对应的一个滤波电感(LA1 -2、LB1-2、LC1-2)一端，六个滤波电感的另一端分别连接到三个单相接入变压器(3，TA、TB、TC)的一次侧，每个单相接入变压器的一次侧的两个输入端上并联有对应的滤波电容(CfA、CfB、CfC)。
4、按照权利要求1所述的一种配电网调容装置，其特征在于：通过调节逆变器的输出电压，改变固定补偿电容器两端的电压降来实现连续调节输入到系统的感性无功电流的目的。
5、按照权利要求1所述的一种配电网调容装置，其特征在于：采用三个单相H桥逆变器和三个单相变压器的电路结构能实现对配电系统各相容性无功的解耦控制和分相补偿。
6、按照权利要求1所述的一种配电网调容装置，其特征在于：将逆变器的输出滤波电抗器一分为二，分别连接到逆变器的两个输出端子上，便于逆变器输出发生短路故障时限制短路电流，保护逆变器。
7、按照权利要求1所述的一种配电网调容装置，其特征在于：固定补偿电容器通过阻尼电抗器共同构成调容装置的无功元件，阻尼电抗器用于阻尼固定补偿电容器的谐波放大；逆变器的耗散功率不超过整个无功补偿装置容量的四分之一。
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Assignor: North China Electric Power University

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Denomination of invention: Apparatus for adjusting capacity of power distribution network

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