CN106374473A - 一种电网电压及谐波补偿装置 - Google Patents

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舒观澜
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Abstract

本发明涉及一种电网电压及谐波补偿装置，用于三相三线制的6kV、10kV配电网的电压及谐波补偿，该装置包括一个三相级联H桥，所述的三相级联H桥每相由多个H桥单元(1)串联而成，其特征在于，该装置还包括与各相H桥单元(1)连接的DSP芯片，所述的DSP芯片计算负载电流中的谐波成分和负载电压，控制各相H桥单元(1)的功率开关器件的开断，使级联H桥产生一个和负载谐波电流大小相等、方向相反的电流注入到电网中，并控制所述补偿装置的电压输出。与现有技术相比，本装置结构简单，容易实现中高压和大容量输出，从而保护负载电器正常工作，达到敏感性负载对电能质量的要求。

Description

一种电网电压及谐波补偿装置
技术领域
本发明涉及一种电力有源滤波装置，尤其是涉及一种电网电压及谐波补偿装置。
背景技术
我国10KV配电线路中普遍存在配电变压器分布散、安装点多，线路长等多种情况，受昼夜负荷、季节负荷变化、供电半径、负荷分布等因素的影响，经常会引起线路电压有较大的变化，严重影响线路供电质量和供电可靠性。而单纯的电容器补偿主要是提高线路的功率因数，调压效果很有限，仅仅依靠电容器补偿不能解决由于线路长、线径细、电阻引起的电压降低问题。非线性负荷引起的谐波同样带来严重的负面影响，特别是随着电力电子技术的迅猛发展，各种电力电子装置在发电、输电、配电和用电系统中日益广泛的应用，它对电网所带来的谐波、无功污染也逐渐严重。同时随着社会信息化的进步，敏感性负载(如计算机控制系统、精密电子设备等)的广泛应用，对电能质量也提出了更高的要求。
授权公告号为CN 202268706 U的中国专利公开了一种采用并联H桥结构的谐波源装置，该装置包括谐波源、回馈环节、中间直流环节、控制终端、第一LCL滤波环节和第二LCL滤波环节；谐波源和回馈环节由三个并联的H桥构成，中间直流环节由三个相同大小的电容并联而成，控制终端采用DSP控制器实现，可控制谐波源部分产生电流扰动，谐波源和回馈环节通过中间直流环节相级联，组成AC-DC-AC结构，实现能量回馈。然而该装置由于H桥个数及容量限制，无法对电网中线路电压的大幅降落起到调节作用，从根本上提高线路的电压质量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效调节线路电压和功率因数的电网电压及谐波补偿装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电网电压及谐波补偿装置，用于三相三线制的6kV、10kV配电网的电压及谐波补偿，该装置包括一个三相级联H桥，所述的三相级联H桥每相由多个H桥单元串联而成，其特征在于，该装置还包括与各相H桥单元连接的DSP芯片，所述的DSP芯片计算负载电流中的谐波成分和负载电压，控制各相H桥单元的功率开关器件的开断，使级联H桥产生一个和负载谐波电流大小相等、方向相反的电流注入到电网中，达到滤波的目的，滤除10kV高压系统中的2～33次谐波；同时当DSP芯片检测到负载端电压降低或升高到一定程度时，装置就会启动电压控制功能，通过控制所述电网电压及谐波补偿装置的有功功率输出，将电压维持在一定水平。
所述的DSP芯片内集成有PWM控制器，所述的PWM控制器将PWM控制信号发送给功率开关器件，控制各相H桥单元的功率开关器件的开断，从而使H桥单元输出期望的电压，每个H桥单元输出的电压叠加起来，就是该补偿装置的相电压。
该装置还包括设置在负载电路上的电流互感器，所述的电流互感器将输出信号发送给DSP芯片。
所述的H桥单元上设置感性负载，用以产生有功和无功功率。
所述的三相级联H桥每相的H桥单元个数和结构相同。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)级联H桥每相由个数和结构相同的H桥单元串联而成，由多个H桥单元分担系统电压，串联单元个数的多少决定了装置可输出的最高并网电压和电平数，很容易实现中高压和大容量输出，且结构简单，适应性强。
(2)负载电路上的设置具有PWM功能的电流互感器，负载电流中的谐波成分和负载电压，及时控制装置各H桥单元的功率开关器件的开断，调整装置的有功功率输出，达到电网谐波补偿及电压调节功能，保护负载电器正常工作。
(3)电流互感器内部设置DSP芯片，计算速度快，达到敏感性负载对电能质量的要求。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置应用在配电网中时电网电流及电压示意图；
附图标记：1为H桥单元，2为电流互感器，3为感性负载。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种电网电压及谐波补偿装置，用于三相三线制的6kV、10kV配电网的电压及谐波补偿，该装置包括一个三相级联H桥，三相级联H桥每相由多个H桥单元1串联而成，串联单元个数的多少决定了装置可输出的最高并网电压和电平数，很容易实现中高压和大容量输出。三相级联H桥每相的H桥单元个数和结构相同，实现三相对称。
该装置还包括与各相H桥单元1连接的DSP芯片、设置在负载电路上的电流互感器2，以及设置在H桥单元1上、用以产生有功和无功功率的感性负载3。电流互感器2将输出信号发送给DSP芯片，DSP芯片计算负载电流中的谐波成分和负载电压，通过DSP芯片内集成的PWM控制器将PWM控制信号发送给功率开关器件，控制各相H桥单元1的功率开关器件的开断，使级联H桥产生一个和负载谐波电流大小相等、方向相反的电流注入到电网中，达到滤波的目的，滤除10kV高压系统中的2～33次谐波；同时当DSP芯片检测到负载端电压降低或升高到一定程度时，装置就会启动电压控制功能，使H桥单元1输出期望的电压，每个H桥单元1输出的电压叠加起来，就是该补偿装置的相电压，从而将电压维持在一定水平。
如图2所示，Us为系统侧电压，is为系统电流，iL为负载电流，ic为补偿电流。负荷点电压
UL＝US-(R+jX)is
i s 2 = P S 2 + Q S 2 U S 2
当系统负荷处于稳定的变化范围时，装置进行谐波补偿。当负荷的有功电流变化较大时，通过改变补偿装置的工作模式，使其输出部分有功功率，用于维持UL在允许的范围内。

Claims (5)

1.一种电网电压及谐波补偿装置，用于三相三线制的6kV、10kV配电网的电压及谐波补偿，该装置包括一个三相级联H桥，所述的三相级联H桥每相由多个H桥单元(1)串联而成，其特征在于，该装置还包括与各相H桥单元(1)连接的DSP芯片，所述的DSP芯片计算负载电流中的谐波成分和负载电压，控制各相H桥单元(1)的功率开关器件的开断，使级联H桥产生一个和负载谐波电流大小相等、方向相反的电流注入到电网中，并控制所述补偿装置的电压输出。
2.根据权利要求1所述的一种电网电压及谐波补偿装置，其特征在于，所述的DSP芯片内集成有PWM控制器，所述的PWM控制器将PWM控制信号发送给功率开关器件。
3.根据权利要求1所述的一种电网电压及谐波补偿装置，其特征在于，该装置还包括设置在负载电路上的电流互感器(2)，所述的电流互感器(2)将输出信号发送给DSP芯片。
4.根据权利要求1所述的一种电网电压及谐波补偿装置，其特征在于，所述的H桥单元上设置感性负载(3)。
5.根据权利要求1所述的一种电网电压及谐波补偿装置，其特征在于，所述的三相级联H桥每相的H桥单元(1)个数和结构相同。
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