CN102723724B - 一种新型静止型动态无功发生器装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型静止型动态无功发生器装置，该装置包括启动柜、功率柜、控制柜和电抗器，功率柜、启动柜和连接电抗器依次串联连接，并与电网并联连接，首先由母线经过所述旁路电阻R对所述直流电容充电，同时由来自控制柜的PWM脉冲控制IGBT的通断，将直流电容两端的直流电压逆变成交流电压，并通过IGBT的导通与关断控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而产生电流，并经过电抗器L将该电流注入系统，实现整个装置输出无功调节。该装置具有在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减少占地面积等更加优越的性能，降低生产成本，使用维护方便。

Description

一种新型静止型动态无功发生器装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种应用于电力系统中的电力电子检测控制装置，特别是涉及一种新型静止型动态无功发生器装置(ASDVG)。

背景技术

随着现代电力电子设备等非线性负荷大量接入电网，使电网供电质量受到严重影响，其中各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，导致了一系列不良影响，电气设备不能正常运行工作。目前通常采用并联型无源滤波器、静止型动态无功补偿SVC装置来抑制谐波、补偿无功，但存在响应时间长，滤波能力差、容易与电网系统发生谐振、占地面积大等关键性缺陷。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种结构设计合理，检测结果准确的新型静止型动态无功发生器装置(ASDVG)。

为了解决上述问题，本发明采用以下方案：

一种新型静止型动态无功发生器装置，该装置包括启动柜、功率柜、控制柜和电抗器，功率柜、启动柜和连接电抗器依次串联连接，并与电网并联连接，启动柜包括接触器KM、旁路电阻R；功率柜包括开关器件IGBT和直流电容；首先由母线经过所述旁路电阻R对所述直流电容充电，同时由来自控制柜的PWM脉冲控制IGBT的通断，将直流电容两端的直流电压逆变成交流电压，并通过IGBT的导通与关断控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而产生电流，并经过电抗器L将该电流注入系统，实现整个装置输出无功调节。

所述的静止型动态无功发生器装置，所述的控制柜的控制电路采用FPGA现场可编程门阵列和DSP信号处理器。

所述的静止型动态无功发生器装置的控制方法，首先通过控制信号对主开关QF进行闭合操作并检测其状态，确认系统并入电网；此时由于启动柜的接触器KM处于断开状态，所以母线电流经过旁路电阻R对功率柜的直流电容进行充电。功率柜将电容器的充电状况报给控制柜。待到控制柜认为充电完成时，控制柜给启动柜发出指令，闭合接触器KM，之后向功率柜发送PWM脉冲。至此，系统进入正常运行状态；各种开关量状态送入控制柜主控CPU进行状态判断，确认系统正常运行；通过采集到的模拟量进行FFT和PWM计算得出PWM脉冲并送往FPGA，由FPGA将PWM脉冲发送给功率柜进行脉冲的触发控制，由该PWM脉冲控制IGBT的通断，将直流电容两端的直流电压逆变成交流电压，并通过IGBT的导通与关断控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而产生电流，并经过电抗器L将该电流注入系统，实现整个装置输出无功调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在不需要增加滤波支路情况下，对背景谐波具备治理能力。通过控制PWM脉冲，向系统中输入电流的方式可滤除13次及以下谐波。

2、本发明动态快速连续调节无功输出，最大限度满足功率因数补偿要求，任意时刻的功率因数达到0.98～1.0。

3、本发明可提供感性和容性无功，且无需配置滤波支路，任何时候都可对新型静止无功发生器装置配套电容器组进行扩容或改造，满足可能的工况变化带来的新需求。

4、本发明输出无功补偿电流不随母线电压下降而下降，低电压下可输出额定电流，且具备过载能力，短期输出无功电流可大于额定电流。

5、本发明运行损耗低，主要是连接电抗器损耗和IGBT损耗，成套装置运行损耗不到0.5％。

6、本发明采用FPGA现场可编程门阵列和DSP信号处理器，具备标准通讯接口(RS232/485或者以太网)，可采用Modbus或TCP/IP协议进行通讯，上传数据和接受指令，实现遥控功能。

7、本发明采用新型LCD显示操作界面，中文显示，操作简单方便。

附图说明

图1本发明装置的电路原理图；

图2控制柜硬件系统结构图；

图3控制柜控制算法流程图；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

见图1，一种新型静止型动态无功发生器装置(ASDVG)，该装置包括启动柜、功率柜、控制柜和电抗器，功率柜、启动柜和电抗器依次串联连接，并与电网并联连接。

启动柜包括接触器KM、旁路电阻R、电流霍尔互感器TA、避雷器Z。旁路电阻R串于充电回路，能够限制上电时直流电容的充电涌流，避免IGBT模块、直流电容损坏。电流霍尔互感器TA用于取得装置的发出电流，并回报给控制柜。

功率柜以IGBT变流装置为核心，包括开关器件IGBT和直流电容。系统运行时，首先由母线经过启动柜的旁路电阻R对直流电容充电，同时由来自控制柜的PWM脉冲控制IGBT的通断，将直流电容两端的直流电压逆变成交流电压，并通过IGBT的导通与关断控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而产生电流(此电流为依据系统的瞬时情况计算得出，目标是吸收无功，提高系统的功率因数，此电流没有下限，但有上限，上限不超过本装置的系统容量。)，并经过电抗器L将该电流注入系统，实现整个装置输出无功调节。同时向控制柜返回功率柜的状态。

电抗器起到抑制电流噪声，限制短路电流，增强控制的稳定性的作用。

参考图2是控制柜的工作原理示意图，图3是其算法流程图，控制柜是整个装置的控制核心。系统的启动过程是：首先通过控制信号对主开关QF进行闭合操作并检测其状态，确认系统并入电网；此时由于启动柜的接触器KM处于断开状态，所以母线电流经过旁路电阻R对功率柜的直流电容进行充电。功率柜将电容器的充电状况报给控制柜。待到控制柜认为充电完成时，控制柜给启动柜发出指令，闭合接触器KM，之后向功率柜发送PWM脉冲。至此，系统进入正常运行状态。各种开关量状态(图1中的主开关分合闸、启动开关分合闸等)送入控制柜主控CPU进行状态判断，确认系统正常运行；通过采集到的模拟量(系统电压、系统电流)进行FFT和PWM计算得出PWM脉冲并送往FPGA，由FPGA将PWM脉冲发送给功率柜进行脉冲的触发控制；功率柜也通过光纤通信向控制器报告功率柜是否正常和温度情况。如果温度过高，控制柜将通过控制风机电源的方式打开功率柜的风机，加强功率柜的散热，使其温度下降。

控制柜控制保护综合系统可快速检测系统的电压、无功变化，据此实现触发脉冲产生和分配，并对本装置实现分层分级的保护；监测单元通过独立的采集系统，对系统状态和装置运行状态进行监测，并可根据现场需要实现远程通讯功能。

EEPROM用于保存程序运行的参数配置，并在备用EEPROM中留有备份，以保障系统能够可靠地取得运行时所需的参数信息。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种静止型动态无功发生器装置的控制方法，其特征在于，该装置包括启动柜、功率柜、控制柜和电抗器，功率柜、启动柜和电抗器依次串联连接，电抗器与系统进线并联连接，启动柜包括接触器KM、旁路电阻R、电流霍尔互感器TA和避雷器Z；功率柜包括IGBT变流装置、开关器件IGBT和直流电容；控制柜首先通过控制信号对主开关QF进行闭合操作并检测其状态，确认系统并入电网；此时由于启动柜的接触器KM处于断开状态，所以母线电流经过旁路电阻R对功率柜的直流电容进行充电，功率柜将直流电容的充电状况报给控制柜，待到控制柜认为充电完成时，控制柜给启动柜发出指令，闭合接触器KM，主开关QF分合闸、接触器KM分合闸状态送入控制柜主控CPU进行状态判断，确认系统正常运行；控制柜主控CPU通过电流互感器、电压互感器采集系统电流和系统电压，并通过采集到的系统电流、系统电压进行FFT和PWM计算得出PWM脉冲并送往FPGA，由FPGA将PWM脉冲发送给功率柜进行脉冲的触发控制，由该PWM脉冲控制IGBT的通断，将直流电容两端的直流电压逆变成交流电压，并通过IGBT的导通与关断控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而产生电流，并经过电抗器L将该电流注入系统进线，实现整个装置输出无功调节，功率柜通过光纤通信向控制柜报告功率柜是否正常和功率柜的温度情况，在温度过高时，控制柜将通过控制风机电源的方式打开功率柜的风机，加强功率柜的散热，使其温度下降。