CN100589300C - 一种三相四线制系统动态无功发生器电路 - Google Patents

一种三相四线制系统动态无功发生器电路 Download PDF

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Abstract

一种三相四线制系统动态无功发生器电路，属于动态无功功率补偿技术领域。由三相四桥臂逆变器(1)、补偿切换开关(2)、三相无源补偿元件(3)、系统接入开关(4)组成：四个桥臂上下端点分别连接到一起，三相四桥臂(1)的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关(2)。三相四桥臂逆变器通过电容和电感接入系统，实现对系统的动态无功补偿作用。本发明的优点在于：能实现容性无功和感性无功的连续可调，响应速度快、可靠性高，在无需额外滤波装置的条件下，注入系统的谐波满足国家标准要求；通过控制补偿切换开关进行感性无功补偿和容性无功补偿之间的切换，保证动态无功发生器在全容量范围内实现无功补偿。

Description

一种三相四线制系统动态无功发生器电路
技术领域
本发明属于动态无功功率补偿技术领域，特别是提供了一种三相四线制系统的动态无功发生器电路。
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，特别是对于低压配电系统中，以非线性整流负载及大量的感性负载为主，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。
本发明提供了一种三相四线制系统的动态无功发生器主电路拓扑，它由一组三相无源元件，一端接于系统母线，另一端与三相四桥臂逆变器输出相连而构成，通过调节逆变器的输出电压，改变无源元件两端的电压降来实现连续调节输入到系统的无功电流的目的，不但具有无功功率的连续可调、响应速度快等优点，还克服了相控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，提高了系统可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三相四线制系统的动态无功发生器电路，用于低压配电系统的动态无功补偿。它基于逆变器输出电压连续可调技术实现容性、感性无功功率的快速连续调节，与传统的无功补偿结构一般只能实现感性无功功率连续可调，而容性无功功率只能实现分级调节，比传统TCR加固定电容器补偿结构具有更理想的综合性能。
本发明提出的一种三相四线制系统的动态无功发生器，包括：三相四桥臂逆变器1、补偿切换开关2、三相无源补偿元件3、系统接入开关4。
三相四桥臂逆变器1由八个IGBT器件及其反并联二极管组成的四个桥臂(SA、SB、SC、SN)、直流电容Cd和输出电感(LA、LB、LC、LN)构成。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。四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各自的输出电感一端，通过输出电感另一端输出构成了三相四桥臂逆变器1的输出端。
三相四桥臂逆变器1的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关2。一路连接到补偿切换开关2的固定电容切换开关KM1支路，另一路连接到补偿切换开关2的固定电感切换开关KM2支路。三相四桥臂逆变器1的中性线输出端直接与系统的中性线相连。
KM1支路输出连接到三相无源补偿元件3的固定电容FC支路，KM2支路输出连接到三相无源补偿元件3的固定电感FL支路。
三相无源补偿元件3的固定电容FC支路和固定电感FL支路在输出端连接到一起构成三相无源补偿元件3的输出端。
三相无源补偿元件3的输出端连接到系统接入开关4，系统接入开关4的输出接入三相四线制系统。
所述的三相四桥臂逆变器的设计容量小于整个无功发生器的无功补偿容量，从而降低整体成本，提高可靠性；通过调节三相四桥臂逆变器的输出电压，改变无源元件两端的电压降来实现连续调节输入到系统的无功电流的目的。
本发明电路能实现对低压系统各相无功的解藕控制和分相补偿。
本发明电路通过连接到中性线的桥臂实现零序电流控制。
本发明提出的三相四线制系统的动态无功功率发生器的工作原理为，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动态无功功率控制。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脉冲输出到三相四桥臂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，使得三相四桥臂逆变器的输出电压在0～UN(UN为系统额定电压)之间变化，实现无功功率0～最大容性无功或感性无功范围内调节。
本发明的优点在于：能实现容性无功和感性无功的连续可调，响应速度快、可靠性高，在无需额外滤波装置的条件下，注入系统的谐波满足国家标准要求；通过控制补偿切换开关进行感性无功补偿和容性无功补偿之间的切换，保证动态无功发生器在全容量范围内实现无功补偿，还能用设计容量较小的逆变器实现大容量的无功调节，提高了可靠性和经济性。
附图说明
图1为本发明的一种三相四线制系统的动态无功功率发生器的电路结构图。其中，三相四桥臂逆变器1、补偿切换开关2、三相无源补偿元件3、系统接入开关4。
具体实施方式
本发明提出的一种三相四线制系统的动态无功功率发生器如附图1所示，由三相四桥臂逆变器1、补偿切换开关2、三相无源补偿元件3、系统接入开关4组成。
三相四桥臂逆变器1由八个IGBT器件及其反并联二极管组成的四个桥臂(SA、SB、SC、SN)、直流电容Cd和输出电感(LA、LB、LC、LN)构成。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。四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各自的输出电感一端，通过输出电感另一端输出构成了三相四桥臂逆变器1的输出端。
三相四桥臂1的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关2。一路连接到补偿切换开关2的固定电容切换开关KM1支路，另一路连接到补偿切换开关2的固定电感切换开关KM2支路。三相四桥臂1的中性线输出端直接与系统的中性线相连。
KM1支路输出连接到三相无源补偿元件3的固定电容FC支路，KM2支路输出连接到三相无源补偿元件3的固定电感FL支路。
三相无源补偿元件3的固定电容FC支路和固定电感FL支路在输出端连接到一起构成三相无源补偿元件3的输出端。
三相无源补偿元件3的输出端连接到系统接入开关4，系统接入开关4的输出接入三相四线制系统。

Claims (6)

1、一种三相四线制系统动态无功发生器电路，其特征在于：由三相四桥臂逆变器(1)、补偿切换开关(2)、三相无源补偿元件(3)和系统接入开关(4)组成；四个桥臂上下端点分别连接到一起，形成三相四桥臂逆变器的直流母线，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各自的输出电感一端，通过输出电感另一端输出构成了三相四桥臂逆变器(1)的输出端；三相四桥臂逆变器(1)的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关(2)；
补偿切换开关的固定电容切换开关支路(KM1)输出连接到三相无源补偿元件(3)的固定电容(FC)支路，补偿切换开关的固定电感切换开关支路(KM2)输出连接到三相无源补偿元件(3)的固定电感(FL)支路；
三相无源补偿元件(3)的固定电容(FC)支路和固定电感(FL)支路在其输出端连接到一起构成三相无源补偿元件(3)的输出端；
三相无源补偿元件(3)的输出端连接到系统接入开关(4)，系统接入开关(4)的输出接入三相四线制系统；
三相四桥臂逆变器通过电容和电感接入系统，实现对系统的动态无功补偿作用。
2、按照权利要求1所述的电路，其特征在于：所述的三相四桥臂逆变器(1)由八个IGBT器件及其反并联二极管组成的四个桥臂(SA、SB、SC、SN)、直流电容(Cd)和输出电感(LA、LB、LC、LN))构成；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。
3、按照权利要求1所述的电路，其特征在于：所述的三相四桥臂逆变器(1)的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关(2)是指一路连接到补偿切换开关(2)的固定电容切换开关支路(KM1)，另一路连接到补偿切换开关(2)的固定电感切换开关支路(KM2)；三相四桥臂逆变器(1)的中性线输出端直接与系统的中性线相连。
4、按照权利要求1所述的电路，其特征在于：所述的三相四桥臂逆变器的设计容量小于整个无功发生器的无功补偿容量，通过调节三相四桥臂逆变器的输出电压，改变无源补偿元件两端的电压降来实现连续调节输入到系统的无功电流的目的。
5、按照权利要求1所述的电路，其特征在于：该电路能实现对低压系统各相无功的解藕控制和分相补偿。
6、按照权利要求1所述的电路，其特征在于：该电路通过连接到中性线的桥臂实现零序电流控制。
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