CN102185312A - 变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置 - Google Patents

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尹忠东
单任仲
安勇
李勇钢
李鹏
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North China Electric Power University
Rizhao Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
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North China Electric Power University
Rizhao Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
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Abstract

一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置，属于动态电能质量控制技术领域。由多绕组整流变压器(1)，PWM整流H桥模块(2)，保护支路(3)，基波级联H桥模块(4)，谐波H桥模块(5)，谐波连接电抗(6)，基波连接电抗(7)和系统接入点(8)组成。谐波H桥模块(5)产生2～29次谐波电流，基波级联H桥模块(4)产生基波电压，分别通过谐波连接电抗(6)和基波连接电抗(7)在系统接入点(8)处形成补偿谐波和无功电流的叠加输出。本发明的优点在于：装置实现了不同频率模块间的解耦控制，显著提高控制精度的同时，降低了装置总体开关损耗，改善了电力电子器件的工作条件，提高了可靠性。

Description

变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置
技术领域
本发明属于动态电能质量控制技术领域，特别是提供了一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置。
背景技术
电力系统中非线性负荷和无功、冲击性有功负荷广泛存在，它们相随相伴，导致用电设备发热、损耗增大、振动增加、噪声加大等危害，有必要进行综合治理。而目前各种补偿设备存在功能单一、谐波频带窄、容量小、精度低、调节繁琐等问题。
本发明公开的一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置，由高频谐波恒流源和基波电压源混合构成变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置，谐波带宽高、容量大、控制精度好、调节方便。本发明的优点在于：装置实现了不同频率模块间的解耦控制，显著提高控制精度的同时，降低了装置总体开关损耗，改善了电力电子器件的工作条件，提高了可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置，用于中低压配电网动态电能质量控制。它基于控制谐波电流和基波有功、无功电流的叠加实现预先设定补偿电流波形的发生。
本发明包括单相整流变压器1，PWM整流H桥模块2，保护支路3，基波级联H桥模块4，谐波H桥模块5，谐波连接电抗6，基波连接电抗7和系统接入点8。单相整流变压器1将交流电源降压后，分别通过N(N的取值范围是3～10)个低压绕组对N个PWM整流H桥模块2进行充电，建立起直流母线电压。每个PWM整流H桥模块的直流母线上并联了保护支路3。N个PWM整流H桥模块分为两组，其中一组由一个PWM整流H桥模块组成，其直流母线连接谐波H桥模块5的输入端，另一组由N-1个PWM整流H桥模块组成，它们的直流母线分别连接到N-1个基波级联H桥模块4的输入端。谐波H桥模块5的一个输出端A通过谐波连接电抗6后，与基波连接电抗器7的B点相连，然后一起连接至系统接入点8，谐波H桥模块5的另一端和基波连接电抗器7的C点相连。基波级联H桥模块4由N-1个单相H桥模块串联构成，串联输出的一端连接到基波连接电抗器7的C点，另一端连接到中性点D。
谐波H桥模块5产生2～29次谐波电流，基波级联H桥模块4产生基波电压，分别通过谐波连接电抗6和基波连接电抗7在系统接入点8处形成设定补偿电流的叠加输出。
单相整流变压器1将交流电源降压后，分别通过N个低压绕组对N个PWM整流H桥模块2进行充电，建立起直流母线电压。每个PWM整流H桥模块的直流母线上并联了保护支路3，当直流母线出现过电压时，保护支路3迅速放电，控制直流母线电压不过限，保护电力电子器件的安全。N个PWM整流H桥模块分为两组，其中一组由一个PWM整流H桥模块组成，其直流母线连接谐波H桥模块5的输入端，另一组由N-1个PWM整流H桥模块组成，它们的直流母线分别连接到N-1个基波级联H桥模块4的输入端。谐波H桥模块5的一个输出端A通过谐波连接电抗6后，与基波连接电抗器7的B点相连，然后一起连接至系统接入点8，谐波H桥模块5的另一端和基波连接电抗器7的C点相连。基波级联H桥模块4由N-1个单相H桥模块串联构成，串联输出的一端连接到基波连接电抗器7的C点，另一端连接到中性点D。
本发明提出的一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置的工作原理为，单相整流变压器将交流电源降压隔离后，分别通过N个低压绕组对N个PWM整流H桥模块进行充电，建立起直流母线电压。每个PWM整流H桥模块的直流母线上并联了保护支路，当直流母线出现过电压时，保护支路迅速放电，控制直流母线电压不过限，从而保护电力电子器件的安全。N个PWM整流H桥模块分为两组，其中一组由一个PWM整流H桥模块组成，其直流母线连接谐波H桥模块的输入端，另一组由N-1个PWM整流H桥模块组成，它们的直流母线分别连接到N-1个基波级联H桥模块的输入端。谐波H桥模块根据控制指令基于滞环电流控制算法，作为恒流源产生2-29次谐波电流，通过谐波连接电抗接到系统接入点8处；基波级联H桥模块根据控制指令基于载波移相控制算法，作为恒压源产生基波电压，基波电压通过基波连接电抗连接到系统接入点上，产生对应的基波无功和有功电流，和谐波H桥模块产生的2-29次谐波电流在系统接入点处相叠加，形成最终产生的合成补偿电流。
本发明的优点在于：装置实现了不同频率模块间的解耦控制，显著提高控制精度的同时，降低了装置总体开关损耗，改善了电力电子器件的工作条件，提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置的主电路拓扑图。其中，单相整流变压器1，PWM整流H桥模块2，保护支路3，基波级联H桥模块4，谐波H桥模块5，谐波连接电抗6，基波连接电抗7、系统接入点8。
具体实施方式
本发明提出的一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置主电路结构图如附图1所示，由单相整流变压器1，PWM整流H桥模块2，保护支路3，基波级联H桥模块4，谐波H桥模块5，谐波连接电抗6，基波连接电抗7和系统接入点8组成。
单相整流变压器1将交流电源降压后，分别通过N个低压绕组对N个PWM整流H桥模块2进行充电，建立起直流母线电压。每个PWM整流H桥模块的直流母线上并联了保护支路3。
N个PWM整流H桥模块分为两组，其中一组由一个PWM整流H桥模块组成，其直流母线连接谐波H桥模块5的输入端，另一组由N-1个PWM整流H桥模块组成，它们的直流母线分别连接到N-1个基波级联H桥模块4的输入端。谐波H桥模块5的一个输出端A通过谐波连接电抗6后，与基波连接电抗器7的B点相连，然后一起连接至系统接入点8，谐波H桥模块5的另一端和基波连接电抗器7的C点相连。基波级联H桥模块4由N-1个单相H桥模块串联构成，串联输出的一端连接到基波连接电抗器7的C点，另一端连接到中性点D。

Claims (2)

1.一种变频控制谐波无功和有功电流综合补偿装置，其特征在于，包括单相整流变压器(1)，PWM整流H桥模块(2)，保护支路(3)，基波级联H桥模块(4)，谐波H桥模块(5)，谐波连接电抗(6)，基波连接电抗(7)和系统接入点(8)；单相整流变压器(1)将交流电源降压后，分别通过N个低压绕组对N个PWM整流H桥模块(2)进行充电，建立起直流母线电压；每个PWM整流H桥模块(2)的直流母线上并联了保护支路(3)；N个PWM整流H桥模块(2)分为两组，其中一组由一个PWM整流H桥模块组成，其直流母线连接谐波H桥模块(5)的输入端，另一组由N-1个PWM整流H桥模块组成，它们的直流母线分别连接到N-1个基波级联H桥模块(4)的输入端；谐波H桥模块(5)的一个输出端A通过谐波连接电抗(6)后，与基波连接电抗器(7)的B点相连，然后一起连接至系统接入点(8)，谐波H桥模块(5)的另一端和基波连接电抗器(7)的C点相连；基波级联H桥模块(4)由N-1个单相H桥模块串联构成，串联输出的一端连接到基波连接电抗器(7)的C点，另一端连接到中性点D；谐波H桥模块(5)产生2～29次谐波电流，基波级联H桥模块(4)产生基波电压，分别通过谐波连接电抗(6)和基波连接电抗(7)在系统接入点(8)处形成综合补偿电流的叠加输出；N的取值范围是3～10。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，谐波H桥模块(5)根据控制指令基于滞环电流控制算法，作为恒流源产生2-29次高次谐波电流，通过谐波连接电抗(6)接到系统接入点(8)处；基波级联H桥模块(4)根据控制指令基于载波移相控制算法，作为恒压源产生基波电压，基波电压通过基波连接电抗(7)连接到系统接入点(8)上，产生对应的有功、无功电流，和谐波H桥模块产生的2-29次谐波电流在系统接入点(8)处相叠加，形成最终产生的综合补偿电流。
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