CN105406494A - 一种低压电网三相不平衡电流补偿方法与装置 - Google Patents
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Abstract
在本发明公开了一种低压电网三相不平衡电流补偿方法，包括步骤：将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；以及持续检测所述零序电流，并产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流。本发明可实时获取三相电网各相线的电流数据，智能分析并控制电容器投切，在不过补的前提下，将负序值控制在当前可补偿的最小值，同时APF有源滤波器一直跟踪N相电流，输出与N相电流大小相等方向相反的电流值，补偿零序电流。在本发明另一个实施例中，提出一种实现上述方法的电流补偿装置。
Description
技术领域
本发明实施例主要是涉及低压电网补偿技术，尤其是涉及一种低压电网不平衡电流补偿方法以及实现该方法的装置。
背景技术
低压电网三相不平衡电流是一种普遍存在的现象。低压电网通过10/0.4KV变压器，以三相四线的方式提供居民用电。这些居民单相负载起初被平均分接在A、B、C三相电上，达到一种平衡状态。然而在实际运行中，单相用户不可控的增容，瞬间大功率的负载接入以及单相负载用电的不同时性等，都是造成三相电流不平衡的原因，轻则降低配电变压器的供电效率，重则造成配电变压器烧毁等严重事故。
针对低压电网三相不平衡电流的现状，传统方案大多采用单相电容器分相补偿的办法，对电流较大的相多投补偿电容，对电流较小的相少投甚至不投补偿电容，以达到平衡三相电流的目的。但是，这种方法使少投甚至不投补偿电容的相得不到良好的补偿。并且，采用这种方法在某些情况下虽然可以使三相电流的大小相等，但是由于三相的补偿程度不同，三相的功率因数不同，三相电流的相位不是互差120°，因此三相电流之和不为零，依然会有零序电流。
传统的无功补偿方案很难做到精确补偿，并且对于系统中的零序电流分量束手无策，大量使用电容器，也使得传统方案需要占用大量空间的同时很难控制好成本。在电网系统中，电流可分解为正序、负序、零序三种向量，实际上，倘若电网上只存在正序电流，则A、B、C三相电流处于平衡状态，因此，只要抑制电网中负序以及零序电流就可以达到补偿三相不平衡电流的效果。
发明内容
本发明在兼顾满足负序分量补偿的同时进行零序分量的有效补偿，主要利用相线间补偿电容器、变压器、有源滤波器的组合来实现对三相不平衡电流的治理。并且其零序分量的补偿方式是一种连续的及可精确控制的，同时这种补偿装置占用空间相对较小，成本相对较低。因此，采用本发明实施例治理电网三相不平衡电流的效果将远优于传统方案，而且便于推广实施。
为了实现上述目的和效果，在本发明一个实施例中，提出一种低压电网三相不平衡电流补偿方法，包括步骤：将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；以及持续检测所述零序电流，并产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流。
在上述实施例中，又包括步骤：通过在所述低压电网三相线上挂接零序分离变压器来分离所述的零序电流，其中，在所述零序分离变压器中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组，其中一个绕组是作为另一相线上串接的绕组的初级或次级绕组，以在不产生扼流的状态下分离所述低压电网三相线上的零序电流。
在此基础上，又包括步骤：将滤波器组件连接于所述零序分离变压器与低压电网中性线电源侧来持续监测该零序电流并产生与该零序电流大小相等及方向相反的补偿电流。
在此基础上，还包括步骤：持续检测并抑制所述低压电网三相线上的负序电流。
在上述实施例中，可通过在所述低压电网三相线间分别接设多个电容器件来抑制所述负序电流。
在本发明另一个实施例中，提出一种低压电网三相不平衡电流补偿装置，包括：连接所述低压电网三相线的零序分离变压器，用于将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；连接所述零序分离变压器的滤波器组件，持续检测所述零序电流；以及连接所述滤波器组件的控制器，根据检测到的零序电流计算产生控制信号，以控制所述滤波器组件产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流。
在上述实施例中，在所述零序分离变压器中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组，其中一个绕组是作为另一相线上串接的绕组的初级或次级绕组，以在不产生扼流的状态下分离所述低压电网三相线上的零序电流。
在上述实施例中，所述的低压电网三相不平衡电流补偿装置又包括接设在所述低压电网三相线间的多个电容器件，用于抑制所述负序电流。
在上述实施例中，所述多个电容器件通过投切开关连接所述的控制器，以受控于所述控制器根据检测到的负序电流产生的控制信号来导通。
其中，所述控制器是通过信号采样电路来采集电网三相电力线产生的零序、负序电流信号来进行检测与计算。信号采样电路包括电流/电压互感器组件，与电压互感器电气耦合或集成的采样保持电路和接入采样保持电路的A/D转换电路，控制器又可具有信号预处理电路，用于将来自电流/电压互感器组件的电流或电压信号进行滤波降噪处理，然后再通过采样保持电路和A/D转换电路传输给控制器。
在上述实施例中，所述滤波器组件可以是有源滤波器，它主要是由电流检测电路和与之连接的补偿电流产生电路组成，电流检测电路是用于根据控制器预设算法来检测出交流负载群负载电流中可能存在谐波分量，零序或负序分量，补偿电流产生电路被设计成根据电流检测电路产生的电流控制信号来计算出实际的零序或负序补偿电流大小。
在一个较佳例子里，所述补偿电流产生电路包括接入所述电流检测电路的电流持续检测电路，连接所述电流持续检测电路的变流器，变流器用于根据上述电流控制信号来产生PWM补偿波形给低压电网电力线。例如，为了实现更低功耗而采用电压型有源滤波器，该滤波器输出至电网电力线侧可串接一个滤波电容或电感以滤除所产生的PWM补偿波形中的高频部分。变流器包括MOS阵列和直流滤波电容器，例如，两组或四组相同的MOS阵列共用一组直流滤波电容母线，可通过附接至电网电力线各相线的进线电抗器直接并联在一起。两个MOS开关的输出电流可跟踪同一补偿电流指令信号，两个MOS开关产生的PWM载波信号可在相位上相差180°(即载波移相控制)，这样实现了整个滤波器输出功率的提高。
在本发明的应用效果中，可实时获取三相电网各相线的电流数据，智能分析并控制电容器投切，在不过补的前提下，将负序值控制在当前可补偿的最小值，同时APF有源滤波器一直跟踪N相电流，输出与N相电流大小相等方向相反的电流值，补偿零序电流。
附图说明
图1为本发明低压电网三相不平衡电流补偿装置的结构原理示意图。
图2为滤波器组件的功能结构框图。
具体实施方式
本发明三相不平衡电流补偿装置的实施例主要利用三相低压电网电力线相线间补偿电容器、变压器、有源滤波器的组合使用实现了对三相不平衡电流的治理。相间补偿电容器调整负序电流，变压器、有源滤波器调整零序电流。这种装置可包括：连接所述低压电网三相线的零序分离变压器，用于将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；连接所述零序分离变压器的滤波器组件，持续检测所述零序电流；以及连接所述滤波器组件的控制器，根据检测到的零序电流计算产生控制信号，以控制所述滤波器组件产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流。如图1所示，所述装置包括了：
相间补偿电容器10：设于低压三相电网AB相、BC相、CA相之间，且智能可控地补偿电容器，并通过投切开关41来控制这些电容器以调整电网上的负序电流；
零序分离变压器20：其同一导电线路上两半部分绕组中的零序电流方向相反，因此零序电抗很小，对零序电流不产生扼流效应，通过该型变压器，可以将零序或负序电流从电网相线中很好分离出来，而不影响正序电流变化。在上述实施例中，在所述零序分离变压器20中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组LM和LS，其中一个绕组LM是作为另一相线上串接的绕组LS的初级绕组，从而，初级绕组LM输入电流和次级绕组LS输出电流值相同并且相位相同，形成对电网三相线中零序电流的低阻抗回路，使得零序电流直接通过变压器20而不再流入电网接地或中性端，同时，由于这种绕组连接方式，可对负序电流形成高阻抗，进而在不产生扼流的状态下分离所述低压电网三相线上的零序电流。其中，所述初级绕组LM与次级绕组LS之间的互感耦合系数等于1，即所述初级绕组LM和次级绕组LS自感相等；
滤波器组件30：跟踪并产生与电网三相线上零序电流大小相同方向相反的电流，用以调整零序电流；
以及控制器40，在上述实施例中，所述相间补偿电容器10是通过投切开关41连接所述的控制器40，以受控于所述控制器40根据检测到的负序电流产生的控制信号来进行导通或断开操作。所述控制器40是通过信号采样电路来采集电网三相电力线可能产生的零序、负序电流或功率信号来进行检测与计算。信号采样电路可包括电流/电压互感器组件51，与电压互感器51电气耦合或集成的采样保持电路52和接入采样保持电路的A/D转换电路53，控制器40又可具有信号预处理电路，用于将来自电流/电压互感器组件51的电流或电压信号进行滤波降噪处理，然后再通过采样保持电路52和A/D转换电路53传输给控制器40。
在上述实施例中，所述滤波器组件30可以是有源滤波器，参照图2，它主要是由电流检测电路31和与之连接的补偿电流产生电路32组成。其中，电流检测电路31是用于根据控制器40的内嵌预设算法来检测出交流负载群侧负载电流中可能存在的谐波分量，零序或负序分量，补偿电流产生电路32被设计成根据电流检测电路31产生的电流控制信号来计算出实际的零序或负序补偿电流大小，以此将负序电流控制信号发送给投切开关41，并将零序补偿控制信号发送给有源滤波器组件30。
在一个较佳例子里，所述补偿电流产生电路32包括接入所述电流检测电路31的电流持续检测电路321，连接所述电流持续检测电路321的变流器322，变流器322是用于根据上述零序补偿控制信号来产生PWM补偿波形给低压电网三相电力线。例如图1所示，为了实现更低功耗而采用电压型有源滤波器，即滤波器30的直流侧是使用电容器C进行稳压。
在一个较佳例子里，滤波器30输出至电网电力线侧可串接一个滤波电容或电感以滤除所产生的PWM补偿波形中的高频部分。如图1所示，变流器322包括MOS阵列和直流滤波电容器，例如，两组或四组相同的MOS阵列共用一组直流滤波电容母线，可通过附接至电网电力线各相线的进线电抗器直接并联在一起。两个MOS开关的输出电流可跟踪同一补偿电流指令信号，两个MOS开关产生的PWM载波信号可在相位上相差180度(即载波移相控制)，这样实现了整个滤波器输出功率的提高。根据本例子的教示，更多个MOS开关可设置为共用一组直流滤波电容母线，从而更为提高整个滤波器的输出功率。
在上述补偿装置的一个实施例中，低压电网三相不平衡电流补偿方法包括：
步骤1、零序分离变压器20将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；
步骤2、利用滤波器组件30持续检测所述零序电流，并产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流；
步骤3、通过控制器40持续检测并抑制所述低压电网三相线上的负序电流；
步骤4、控制器40根据检测的负序电流产生负序电流控制信号给投切开关41以导通相间补偿电容器10。
在上述步骤1中又可包括步骤：在所述零序分离变压器20中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组LM和LS，其中一个绕组LM是作为另一相线上串接的绕组LS的初级绕组，以在不产生扼流的状态下有效分离出所述低压电网三相线上的零序电流。
在此基础上，又可包括步骤：将滤波器组件30连接于所述零序分离变压器20与低压电网中性线电源侧来持续监测该零序电流并产生与该零序电流大小相等及方向相反的补偿电流。
在一个实施例中，上述步骤1和步骤3之间的顺序或接续关系可以相互更换。
在上述补偿装置的另一个实施例中，低压电网三相不平衡电流补偿方法包括：
步骤1、将零序电流通过零序分离变压器20从所述低压电网三相线上分离出来；
步骤2、控制器40利用滤波器组件30持续检测所述零序电流，并持续检测交流负载群侧负载电流中存在的谐波分量、零序或负序分量；
步骤3、控制器40根据检测的负序电流产生负序电流控制信号给投切开关41以导通相间补偿电容器10；
步骤4、控制器40根据检测的零序分量和所述零序分离变压器20分离出零序电流，通过预设算法产生零序补偿控制信号，发送给所述的有源滤波器组件30；
步骤5、滤波器组件30产生与所述零序电流、零序分量相对应的补偿电流来抑制所述零序电流。
在上述步骤1中又可包括步骤：在所述零序分离变压器20中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组LM和LS，其中一个绕组LM是作为另一相线上串接的绕组LS的初级绕组，以在不产生扼流的状态下有效分离出所述低压电网三相线上的零序电流。
在上述步骤2中又可包括步骤：
步骤2-1、利用滤波器组件30的电流检测电路31，根据控制器40的预设算法来检测出交流负载群侧负载电流中存在的零序分以及零序分离变压器20中的零序电流；以及
步骤2-2、控制器40利用根据电流检测电路31产生的电流控制信号来计算出实际的零序补偿电流大小。
在此基础上，步骤5中又可包括：将滤波器组件30连接于所述零序分离变压器20与低压电网中性线电源侧来持续监测该零序电流，同时连接于所述交流负载群侧来持续监测零序分量，并产生与该零序电流、零序分量大小相等及方向相反的零序补偿控制信号。
进一步地，又包括步骤：利用变流器322根据上述零序补偿控制信号来产生PWM补偿波形给低压电网电力线。
在上述实施例中，可通过在所述低压电网三相线间分别接设多个相间补偿电容器件10来抑制所述的负序电流。
在上述实施例步骤中，控制器40是通过信号采样电路来采集电网三相电力线可能产生的零序、负序电流或功率信号来进行检测与计算。信号采样电路可包括电流/电压互感器组件51，与电压互感器51电气耦合或集成的采样保持电路52和接入采样保持电路的A/D转换电路53，控制器40又可具有信号预处理电路，用于将来自电流/电压互感器组件51的电流或电压信号进行滤波降噪处理，然后再通过采样保持电路和A/D转换电路53传输给控制器40。
在上述实施例步骤中，在滤波器组件30输出至电网电力线侧串接滤波电容或电感器件以滤除所产生的PWM补偿波形中的高频部分。而在一个较佳例子里，上述持续检测步骤是通过接入所述电流检测电路31的电流持续检测电路321进行操作。
Claims (9)
1.一种低压电网三相不平衡电流补偿方法，其特征在于包括步骤：
将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；以及
持续检测所述零序电流，并产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流。
2.根据权利要求1所述的低压电网三相不平衡电流补偿方法，其特征在于又包括步骤：通过在所述低压电网三相线上挂接零序分离变压器来分离所述的零序电流，其中，在所述零序分离变压器中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组，其中一个绕组是作为另一相线上串接的绕组的初级或次级绕组，以在不产生扼流的状态下分离所述低压电网三相线上的零序电流。
3.根据权利要求2所述的低压电网三相不平衡电流补偿方法，其特征在于又包括步骤：将滤波器组件连接于所述零序分离变压器与低压电网中性线电源侧来持续监测该零序电流并产生与该零序电流大小相等及方向相反的补偿电流。
4.根据权利要求1或3所述的低压电网三相不平衡电流补偿方法，其特征在于还包括步骤：持续检测并抑制所述低压电网三相线上的负序电流。
5.根据权利要求4所述的低压电网三相不平衡电流补偿方法，其特征在于：通过在所述低压电网三相线间分别接设多个电容器件来抑制所述负序电流。
6.一种低压电网三相不平衡电流补偿装置，其特征在于包括：
连接所述低压电网三相线的零序分离变压器，用于将零序电流从所述低压电网三相线上分离出来；
连接所述零序分离变压器的滤波器组件，持续检测所述零序电流；以及
连接所述滤波器组件的控制器，根据检测到的零序电流计算产生控制信号，以控制所述滤波器组件产生与所述零序电流对应的补偿电流来抑制所述零序电流。
7.根据权利要求6所述的低压电网三相不平衡电流补偿装置，其特征在于：在所述零序分离变压器中为每一相线串接零序电流方向互为相反的两个绕组，其中一个绕组是作为另一相线上串接的绕组的初级或次级绕组，以在不产生扼流的状态下分离所述低压电网三相线上的零序电流。
8.根据权利要求6所述的低压电网三相不平衡电流补偿装置，其特征在于：又包括接设在所述低压电网三相线间的多个电容器件，用于抑制所述负序电流。
9.根据权利要求8所述的低压电网三相不平衡电流补偿装置，其特征在于：所述多个电容器件通过投切开关连接所述的控制器，以受控于所述控制器根据检测到的负序电流产生的控制信号来导通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160316 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |