CN103326377A - 一种1140v三电平防爆无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1140V三电平防爆无功补偿装置，包括开关启动模块（3）、三电平功率模块（4）、控制保护模块（5），三电平功率模块（4）主电路采用三电平有源中点钳位型功率变换器；1140V交流母线（1）接入所述开关启动模块（3）的输入端，开关启动模块（3）的输出端接三电平功率模块（4）的输入端；母线电压传感器（6）、母线电流传感器（7）、三电平功率模块（4）中采集的电流、电压采样信号分别传输到控制保护模块（5），控制保护模块（5）输出的控制信号驱动三电平功率模块（4）中的三电平有源中点钳位型功率变换器。本发明电压闪变抑制能力强，具备较强的短时过载能力，无功补偿能力不受母线电压影响，适用于煤矿井下无功补偿。

Description

一种1140V三电平防爆无功补偿装置
技术领域
本发明公开了一种1140V三电平防爆无功补偿装置，具体涉及一种三电平有源中点钳位型变换器，属于电力系统无功补偿领域。
背景技术
随着煤矿生产技术发展，综采工作面装备水平快速提升，大功率设备和装机总容量不断增加，1140V的综采、挖掘设备已经较为普遍。煤矿井下的大功率设备要满足煤矿井下特殊的工程要求，尤其是防爆和散热要求。煤矿井下工作面各种感性负载与电源之间无功交换不断增加，功率因数下降，导致线路和变压器的有效输送能力不断下降，并且随供电线路延伸工作面电压波动更加明显，同时由于变频设备增加等原因，工作面电网谐波含量增加，供电质量进一步下降，严重时甚至影响正常生产。因此，在大型综采工作面实现动态就地无功补偿对于煤矿企业保证生产、稳定产量、节能降耗具有重要意义。
传统的矿用无功补偿技术主要有机械式分组投切电容器（MSC）、晶闸管分组投切电容器（TSC）两种。由于这两种模式采用分级固定容量补偿，无法动态跟踪负载无功变化，不适应煤矿生产装备启停频繁，负荷变化大的特点，另外有触点开关的频繁投切电抗器和电容器容易产生电火花不利于防爆要求。目前，煤矿常见的无功补偿装置大都是660V和1140V电压等级，而1140V电压等级的防爆无功补偿装置（SVG）很少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种1140V三电平防爆无功补偿装置，可适用于煤矿井下无功补偿。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种1140V三电平防爆无功补偿装置，包括开关启动模块（3）、三电平功率模块（4）、控制保护模块（5），所述三电平功率模块（4）的主电路采用三电平有源中点钳位型功率变换器；1140V交流母线（1）接入所述开关启动模块（3）的输入端，开关启动模块（3）的输出端接三电平功率模块（4）的输入端；母线电压传感器（6）、母线电流传感器（7）、三电平功率模块（4）中采集的电流、电压采样信号分别传输到控制保护模块（5），控制保护模块（5）输出的控制信号驱动三电平功率模块（4）中的三电平有源中点钳位型功率变换器。
作为本发明的进一步优方案，所述开关启动（3）包括快速熔断器、软起接触器、软起电阻和主接触器；快速熔断器的一端接1140V交流母线（1），另一端分别和主接触器的一端、软起接触器的一端相连接，软起接触器的另一端和软起电阻的一端相连接，软起电阻的另一端和主接触器的另一端相连接作为信号输出端。
作为本发明的进一步优方案，所述三电平功率模块（4）还包括电流传感器、电抗器、直流电容器、直流电压传感器；电流传感器的一端作为信号输入端，电流传感器的另一端经过电抗器和三电平有源中点钳位型功率变换器相连接，三电平有源中点钳位型功率变换器的输出端经过直流电容器和直流电压传感器相连接。
作为本发明的进一步优方案，所述控制保护模块（5）包括信号处理板、DSP+FPGA控制器、IGBT驱动保护模块、上位机组成；信号处理板采集信号，并将信号处理得到控制量，控制量传输至DSP+FPGA控制器，DSP+FPGA控制器输出控制信号至IGBT控制保护模块，IGBT控制保护模块将控制信号进行光电隔离和功率放大，输出IGBT驱动信号至三电平有源中点钳位型功率变换器，同时将IGBT功率模块的状态反馈给DSP+FPGA控制器；DSP+FPGA控制器将系统的运行状态参数传输给上位机，并接受上位机的调节指令。
作为本发明的进一步优方案，所述三电平功率模块（4）中三电平有源中点钳位型功率变换器的结构具体如下：包括直流电源部分和逆变部分，所述直流电源部分由第一分压电容、第二分压电容串联连接构成；逆变部分电路分为三相，每相均由4个绝缘栅双极晶体管和箝位二极管构成。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：主电路采用三电平有源中点钳位型（ANPC）功率变换器，输出电压谐波小，能够应用与高压大功率场合，能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿，适应跟踪冲击负荷，能够对谐波进行宽幅有源滤波，电压闪变抑制能力强，具备较强的短时过载能力，无功补偿能力不受母线电压影响，采用防爆设计，适用于煤矿井下无功补偿。
附图说明
图1是1140V 三电平防爆无功补偿装置结构图，
其中：1.1140V交流母线、2. 1140V 三电平防爆无功补偿装置、3.开关启动模块、4.三电平功率模块、5.控制保护模块、6.母线电压传感器、7.母线电流传感器。
图2是三电平有源中点钳位型功率变换器拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
图l为1140V 三电平防爆无功补偿装置（SVG）的一种实施方式，一种1140V三电平防爆无功补偿装置2，是由开关启动模块3、三电平功率模块4和控制保护模块5组成的装置。开关启动模块3的输入端接1140V的交流母线1，输出端接三电平功率模块4的输入端，控制保护模块5输出的控制信号驱动三电平功率模块4的三电平有源中点钳位型（ANPC）功率变换器，母线电压传感器6、母线电流传感器7、三电平功率模块4的电流传感器和直流电压传感器的采样信号传输到控制保护模块5的信号处理板。
开关启动模块3包括快速熔断器、软起接触器、软起电阻和主接触器，开关启动模块3中的快速熔断器一端接1140V的交流母线1，另一端和主接触器、软起接触器连接，软起接触器的另一端接软起电阻，软起电阻的另一端和主接触器的另一端连接三电平功率模块4的输入端。三电平防爆无功补偿装置（SVG）启动时，闭合软起接触器，电流经软起电阻给三电平ANPC功率变换器的直流电容器充电，此时主接触器保持断态，当检测到直流电容器的电压值达到给定值时，闭合主接触器，三电平防爆无功补偿装置（SVG）开始工作。
三电平功率模块4由电流传感器、电抗器、三电平有源中点钳位型（ANPC）功率变换器、直流电容器和直流电压传感器组成。三电平有源中点钳位型（ANPC）功率变换器拓扑结构图如图2所示，所述三电平功率模块（4）中三电平有源中点钳位型功率变换器的结构具体如下：包括直流电源部分和逆变部分，所述直流电源部分由第一分压电容、第二分压电容串联连接构成；逆变部分电路分为三相，每相均由4个绝缘栅双极晶体管和箝位二极管构成。
控制保护模块5由信号处理板、DSP+FPGA控制器、IGBT驱动保护模块和上位机组成。控制保护模块5的信号处理板将输入的电压、电流采样信号经过滤波、相位校正、比例放大和运算处理得到控制量，并将控制量传输到DSP+FPGA控制器，控制器根据SVG控制算法进行运算处理，输出控制信号。IGBT控制保护模块将控制器输出的控制信号经过光电隔离和功率放大输出IGBT驱动信号，同时将IGBT功率模块的状态反馈给DSP+FPGA控制器。DSP+FPGA控制器将整个系统的运行状态参数传输给上位机，并接受上位机给控制器下达的调节指令。
本发明主电路采用三电平有源中点钳位型（ANPC）功率变换器，输出电压谐波小，能够应用与高压大功率场合，能够提供从感性到容性的连续、平滑、动态、快速的无功功率补偿，适应跟踪冲击负荷，能够对谐波进行宽幅有源滤波，电压闪变抑制能力强，具备较强的短时过载能力，无功补偿能力不受母线电压影响，采用防爆设计，适用于煤矿井下无功补偿。

Claims (5)

1.一种1140V三电平防爆无功补偿装置，其特征在于：包括开关启动模块（3）、三电平功率模块（4）、控制保护模块（5），所述三电平功率模块（4）的主电路采用三电平有源中点钳位型功率变换器；1140V交流母线（1）接入所述开关启动模块（3）的输入端，开关启动模块（3）的输出端接三电平功率模块（4）的输入端；母线电压传感器（6）、母线电流传感器（7）、三电平功率模块（4）中采集的电流、电压采样信号分别传输到控制保护模块（5），控制保护模块（5）输出的控制信号驱动三电平功率模块（4）中的三电平有源中点钳位型功率变换器。
2.如权利要求1所述的一种1140V三电平防爆无功补偿装置，其特征在于：所述开关启动（3）包括快速熔断器、软起接触器、软起电阻和主接触器；快速熔断器的一端接1140V交流母线（1），另一端分别和主接触器的一端、软起接触器的一端相连接，软起接触器的另一端和软起电阻的一端相连接，软起电阻的另一端和主接触器的另一端相连接作为信号输出端。
3.如权利要求1所述的一种1140V三电平防爆无功补偿装置，其特征在于：所述三电平功率模块（4）还包括电流传感器、电抗器、直流电容器、直流电压传感器；电流传感器的一端作为信号输入端，电流传感器的另一端经过电抗器和三电平有源中点钳位型功率变换器相连接，三电平有源中点钳位型功率变换器的输出端经过直流电容器和直流电压传感器相连接。
4.如权利要求1所述的一种1140V三电平防爆无功补偿装置，其特征在于：所述控制保护模块（5）包括信号处理板、DSP+FPGA控制器、IGBT驱动保护模块、上位机组成；信号处理板采集信号，并将信号处理得到控制量，控制量传输至DSP+FPGA控制器，DSP+FPGA控制器输出控制信号至IGBT控制保护模块，IGBT控制保护模块将控制信号进行光电隔离和功率放大，输出IGBT驱动信号至三电平有源中点钳位型功率变换器，同时将IGBT功率模块的状态反馈给DSP+FPGA控制器；DSP+FPGA控制器将系统的运行状态参数传输给上位机，并接受上位机的调节指令。
5.如权利要求1所述的一种1140V三电平防爆无功补偿装置，其特征在于，所述三电平功率模块（4）中三电平有源中点钳位型功率变换器的结构具体如下：包括直流电源部分和逆变部分，所述直流电源部分由第一分压电容、第二分压电容串联连接构成；逆变部分电路分为三相，每相均由4个绝缘栅双极晶体管和箝位二极管构成。
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