CN107394787A - 一种基于低压潮流串补法的配电网电压跌落补偿电路 - Google Patents

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Abstract

构造简单，成本低，使用稳定，效果好的一种基于低压潮流串补法的配电网电压跌落补偿电路，包括一工频变压器和一AC‑DC‑AC变流器，所述AC‑DC‑AC变流器是由AC‑DC整流电路和DC‑AC逆变电路连接而成的背靠背变流器，所述整流电路是由绝缘栅双极型晶体管IGBT和反并联二极管VD连接构成的全桥整流电路，所述逆变电路是由绝缘栅双极型晶体管IGBT和反并联二极管VD连接构成的全桥逆变电路，所述整流电路输出侧通过稳压电容C1与所述逆变电路输入侧连接，所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接。本发明适用于低压配电网输出电压偏移过低时电压增补。

Description

一种基于低压潮流串补法的配电网电压跌落补偿电路
技术领域
本发明属于低压配电网领域，涉及配电网输出电压的控制。本发明实现低压潮流串补法进行配电网电压补偿，是低压配电网的一种低成本、高可靠性电压补偿电路。
背景技术
近年来，由于用电负荷持续快速增长，以前矛盾并不突出的380V低压配电网络电压跌落现象呈上升趋势，从而造成用户端电压不符合用电要求。根据电压质量行业标准，380V低压配电网的电压偏移应在±7％以内，即353～406V；对于220V单相用户，电压偏移应在-10％～+5％,即198～231V。电压偏移超出允许电压时，会出现使对电压质量敏感的家用电器，如空调、电视机等，无法正常工作，甚至发生损坏的现象。
为解决电压偏移的情况，传统常用有如下方案：1)更换变压器的容量；2)更换线路；3)使用电能质量综合治理装置等。根据实际调研情况，大部分地区现有变压器容量足以满足现阶段和未来一定时间内的使用。若使用更换线路的措施，即通过增大线路的线径，常会涉及电线杆的更换，其成本将大大增加。为此，目前常用添加电能质量综合治理装置进行改进，其拓扑结构如图1所示。其工作原理：通过测量电路获得接入点电压、负荷电流、设备输出电流、直流电容器电压等信号，利用测量所得信号检出负荷电流的无功分量、不平衡分量和各次谐波分量，这就是设备的输出电流参考信号，进而控制系统的数字信号处理器根据电流参考信号计算得出作用于逆变器的PWM控制脉冲，并通过控制电路驱动逆变桥的电子开关器件(IGBT)，从而输出相应的无功分量、不平衡分量和各次谐波分量，实现补偿功能。简单分析可知，其有如下缺点：1)只能提供无功补偿，不能显著改善因电压线路线阻造成电压跌落的现象；2)不能全时段接入工作；3)对DC母线电容器和电力电子器件性能要求高等。因此灵活可靠、高性能的电压补偿装置的设计很有意义。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、维护方便、成本较低并且能够有效治理低压配电网电压偏移的补偿电路，即一种基于低压潮流串补法(Low voltagepower flow series,LVPFS)的配电网电压跌落补偿电路。
本发明采用的技术方案包括一工频变压器和一AC-DC-AC变流器，其特殊之处是所述AC-DC-AC变流器是由AC-DC整流电路和DC-AC逆变电路连接而成的背靠背变流器，
所述整流电路是由绝缘栅双极型晶体管IGBT和反并联二极管VD连接构成的全桥整流电路，所述逆变电路是由绝缘栅双极型晶体管IGBT和反并联二极管VD连接构成的全桥逆变电路，所述整流电路输出侧通过稳压电容C1与所述逆变电路输入侧连接，所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接。
所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接，可以是所述工频变压器T副边侧经串联电感L1后与所述整流电路输入侧并联，工频变压器T原边侧与配电网系统侧并联，所述逆变电路输出侧与由电感L2和电容C2构成的滤波电路连接，该滤波电路输出侧的零线与低压配电网的火线连接，滤波电路输出侧的火线与低压配电网的零线成为低压配电网电压补偿后的输出侧。
所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接，也可以是所述整流电路输入侧通过串联电感L1后与配电网系统侧并联，所述逆变电路输出侧与由电感L2和电容C2构成的滤波电路连接，该滤波电路输出侧与所述工频变压器T原边侧并联，工频变压器T副边侧的零线与低压配电网的火线连接，工频变压器T副边侧的火线与低压配电网的零线成为低压配电网电压补偿后的输出侧。
本发明中所述背靠背变流器可等效为整流电路+逆变电路。本发明实为在一工频变压器和一AC-DC-AC变流器联结，添加少量所述元件构成，在此基础上与低压配电网系统连接，有两种接法，一种接法：整流电路经工频变压器与配电网隔离，逆变电路的零线与低压配电网的火线相连，并将逆变电路的火线与低压配电网的零线作为低压配电网电压补偿后的输出。另一种接法：逆变电路输出侧直接挂接在配电网上，并经工频变压器将逆变电路输出侧隔离输出，工频变压器的非同名端接低压配电网的火线，其同名端和低压配电网的零线分别作为输出侧的火线和零线。
当低压配电网单相负荷端(用户端)电压低于所需正常工作电压，通过本发明提供一个与偏离正常电压值相关的小电压，使其与配电网输出侧串联输出，以满足负荷侧所需正常工作电压。相比在线路串联AC-AC或AC-DC-AC装置进行升压的方法，本发明属于低电压、小功率装置，从而节省了成本。本发明中的绝缘栅双极型晶体管IGBT，本身可通过控制开通时间提供无功功率。相比传统方式中使用仅可提供无功补偿的电能质量综合治理装置，本发明既可以提供无功补偿又可以补偿因线路电阻造成电压跌落值(有功补偿)。
附图说明
图1是传统常用电能质量综合治理装置示意图。
图2是本发明工频变压器在整流侧的线路示意图。
图3是本发明工频变压器在逆变侧的线路示意图。
图4A是应用本发明的低压配电网系统侧电压电流波形图。
图4B是应用本发明的低压配电网负荷侧电压电流波形图。
图5是本发明采用工频变压器在整流侧拓扑结构的主要波形图。
图6是本发明采用工频变压器在逆变侧拓扑结构的主要波形图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的实施方式。
图2是采用本发明第一种拓扑结构的低压潮流串补装置的线路示意图，假定文中系统端电压跌至180V，负荷端电压调整至的目标是220V，并设定工频变压器T变比为1:1，各线路电流标注如图2所示。背靠背变流器中整流电路经工频变压器T串联电感L1并与配电网系统侧(主端)隔离，即工频变压器T副边侧经串联电感L1后与所述整流电路输入侧并联，工频变压器T原边侧与配电网系统侧并联，同时整流电路将系统侧单相交流电整流成直流电，通过电容C1和直流导线与逆变电路相连；所述逆变电路输出侧与由电感L2和电容C2构成的滤波电路连接，该滤波电路输出侧的零线与低压配电网的火线连接，滤波电路输出侧的火线与低压配电网的零线成为低压配电网电压补偿后的输出侧。
图2中有如下关系：
由上述假定和公式(1)可知，
式中，P负荷为负荷侧所消耗的功率，P系统为系统侧所提供的功率，P补偿为流过补偿装置的功率。
易知，P系统＝P负荷，Δv＝220V-180V＝40V，所以流过低压潮流串补装置的功率与负荷侧所需功率比为：
ρ＝p补偿/P负荷＝Δv/220＝40/220＝18.18％ (3)
流过变压器的功率PT＝180*I6，忽略线路损耗，则有PT＝P补偿＝18.18％P负荷，即流过变压器的功率仅为全部功率的18.18％，又因其为工频变压器，故整体成本相对较小。
图3是采用本发明第二种拓扑结构的低压潮流串补装置的线路示意图，同上，假定文中系统端电压跌至180V，负荷端电压调整至的目标是220V，并设定工频变压器T变比为1:1，各线路电流标注如图3所示。背靠背变流器中整流电路直接与低压配电网系统侧(主端)相连，即整流电路输入侧通过串联电感L1后与配电网系统侧并联，同时利用整流电路拓扑结构将系统侧单相交流电整流成直流电，例如400VDC，并通过电容C1和直流传输线与逆变电路相连；逆变电路将400V直流电逆变成配电网用户侧可以正常使用的交流电；所述逆变电路输出侧与由电感L2和电容C2构成的滤波电路连接，该滤波电路输出侧与所述工频变压器T原边侧并联，工频变压器T副边侧的零线与低压配电网的火线连接，工频变压器T副边侧的火线与低压配电网的零线成为低压配电网电压补偿后的输出侧。
图3中有如下关系：
由上述假定和公式(3)可知，
式中，P负荷为负荷侧所消耗的功率，P系统为系统侧所提供的功率，P补偿为流过补偿装置的功率。
易知，P系统＝P负荷，Δv＝220V-180V＝40V，所以流过低压潮流串补装置的功率与负荷侧所需功率比为：
ρ＝P补偿/P负荷＝Δv/220＝40/220＝18.18％ (6)
流过变压器的功率PT＝Δv*I7，忽略线路损耗，则有PT＝P补偿＝18.18％P负荷，即流过变压器的功率仅为全部功率的18.18％，又因其为工频变压器，故整体成本相对较小。

Claims (3)

1.一种基于低压潮流串补法的配电网电压跌落补偿电路，包括一工频变压器和一AC-DC-AC变流器，其特征是所述AC-DC-AC变流器是由AC-DC整流电路和DC-AC逆变电路连接而成的背靠背变流器；
所述整流电路是由绝缘栅双极型晶体管IGBT和反并联二极管VD连接构成的全桥整流电路，所述逆变电路是由绝缘栅双极型晶体管IGBT和反并联二极管VD连接构成的全桥逆变电路，所述整流电路输出侧通过稳压电容C1与所述逆变电路输入侧连接，所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接。
2.如权利要求1所述的补偿电路，其特征是所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接，是指所述工频变压器T副边侧经串联电感L1后与所述整流电路输入侧并联，工频变压器T原边侧与配电网系统侧并联，所述逆变电路输出侧与由电感L2和电容C2构成的滤波电路连接，该滤波电路输出侧的零线与低压配电网的火线连接，滤波电路输出侧的火线与低压配电网的零线成为低压配电网电压补偿后的输出侧。
3.如权利要求1所述的补偿电路，其特征是所述工频变压器T与所述变流器连接，工频变压器T并与低压配电网侧连接，是指所述整流电路输入侧通过串联电感L1后与配电网系统侧并联，所述逆变电路输出侧与由电感L2和电容C2构成的滤波电路连接，该滤波电路输出侧与所述工频变压器T原边侧并联，工频变压器T副边侧的零线与低压配电网的火线连接，工频变压器T副边侧的火线与低压配电网的零线成为低压配电网电压补偿后的输出侧。
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