CN108173270B - 一种节能配电网低电压补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能配电网低电压补偿装置及方法。该装置分为整流部分和逆变部分以及旁路单元；整流部分包括继电器QF1、滤波电容C1、交流电抗L1、IGBT管G1、整流二极管、光伏电池板；逆变部分包括继电器QF2、IGBT管G2、IGBT管G3、逆变电感L2、滤波电容C2；旁路单元包括双向晶闸管SCR；采用串联电压补偿方式，解决配电网低电压问题，装置只需提供部分负载功率；采用无变压器的直接串联方式，避免了变压器的损耗和非线性问题；与光伏发电相结合，工作模式进行切换，解决多台调压装置同时运行接入点电压太低问题，同时充分利用光伏发电，达到节能减排的效应。

Description

一种节能配电网低电压补偿装置及方法
技术领域
本发明属于电力电子控制领域，涉及一种节能配电网低电压补偿装置及方法。
背景技术
随着经济的不断发展，配电网的负载发生着巨大的变化，同时随着新家电、新负载设备的使用，诸多的配电网出现负荷较重的问题。由于线缆造成的压降，许多用户的进线电压低于220V，甚至低于160V。例如随着温室效应的影响，夏季的天气越来越热，许多的用户接入空调设备，但是在夏天最热的时间段，数量巨大的空调的接入，导致负荷较重，进线电压过低，空调无法满功率运行，甚至无法运行。一些地区进行了台区变压器及线路的改造，低电压问题得到了较大程度的改善，但是很大一部分地区因为投资成本问题、管理等问题，无法进行变压器、线路的改造。
这几年，兴起了低电压调压装置，其实质就是自耦调压器，通过自动的调节控制，将用户的进线端的电压抬升。但是当多台自耦调压器都接入之后，在其的公共连接点，因为后级电压的抬升，电流的提高，公共连接点的电压会严重下降，这样一方面后级电压的抬升效果会降低，同时公共点未使用自耦调压器的客户因为电压过低无法正常使用。同时自耦调压器存在重量大、体积大、效率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决配电网的低电压补偿问题，提出一种新的节能配电网低电压补偿装置及方法，能够显著提高效率、减小体积重量，同时可以解决多台低电压补偿设备同时接入公共连接点电压过低的问题。
本发明的解决方案如下：
该节能配电网低电压补偿装置，分为整流部分和逆变部分以及旁路单元；整流部分包括继电器QF1、滤波电容C1、交流电抗L1、IGBT管G1、整流二极管、光伏电池板；逆变部分包括继电器QF2、IGBT管G2、IGBT管G3、逆变电感L2、滤波电容C2；旁路单元包括双向晶闸管SCR；
双向晶闸管SCR与滤波电容C2并联后串接在电网回路中；
继电器QF1和继电器QF2均为切换型继电器，光伏电池板的正极、负极分别接继电器QF1和继电器QF2的一个静触点；
继电器QF1的动触点分为两个支路，一个支路经交流电抗L1接至IGBT管G1与整流二极管之间的串联结点，另一个支路经滤波电容C1接至继电器QF2的动触点；
所述整流部分中的整流二极管、IGBT管G1与所述逆变部分中的IGBT管G2、IGBT管G3整体构成全桥形式；其中，IGBT管G2与IGBT管G3构成半桥，桥臂中点经逆变电感L2接至滤波电容C2的一端；与光伏电池板负极相连的静触点还同时连接至IGBT管G1与IGBT管G3之间的结点；
继电器QF1的另一个静触点作为支路接入电网回路；继电器QF2的另一个静触点接至滤波电容C2的另一端。
进一步的，“全桥”的两端还并联有一组串联电容，所述继电器QF2的另一个静触点还与这一组串联电容的中间结点相连。
该节能配电网低电压补偿装置的两种工况如下：
工况1：不控二极管整流+单相半桥逆变，不控二极管整流得到母线电压支撑，单相半桥逆变器作为电压源运行直接串入电网，逆变电网缺损电压，补偿电网电压。
工况2：在光照充足的情况下，断开设备左侧与电网的连接，接入光伏电池板，利用BOOST电路稳定直流母线电压，单相半桥逆变器作为电压源运行直接串入电网，逆变电网缺损电压，补偿电网电压。
因为是串联电压补偿设备，串入双向晶闸管实现快速的旁路功能，在电网电压正常时，切到晶闸管旁路模式，在实现工况1和工况2切换时，先切刀晶闸管旁路模式，待工况切换完成后，再断开晶闸管，快速进入主路运行模式。
具体实现步骤分别如下：
(1)接电网模式：
a.双向晶闸管SCR投入，电网负载通电；
b.整流部分通过不控二极管整流，得到直流母线电压；
c.逆变部分电流源模式启动，负载电流环流到逆变部分；
d.切除双向晶闸管SCR；
e.逆变部分切换为电压源模式启动，补偿电网缺口电压；
(2)光伏模式：
a.双向晶闸管SCR投入，电网负载通电；
b.整流部分通过BOOST整流，得到直流母线电压；
c.逆变部分电流源模式启动，负载电流环流到逆变部分；
d.切除双向晶闸管SCR；
e.逆变部分切换为电压源模式启动，补偿电网缺口电压。
本发明具有以下有益效果：
采用串联电压补偿方式，解决配电网低电压问题，装置只需提供部分负载功率；采用无变压器的直接串联方式，避免了变压器的损耗和非线性问题；与光伏发电相结合，工作模式进行切换，解决多台调压装置同时运行接入点电压太低问题，同时充分利用光伏发电，达到节能减排的效应。
此新型装置不仅可以解决配网低电压问题，也可以解决当前调压装置同时运行的问题，充分结合光伏发电，实现绿色环保，具有非常大的应用前景。
附图说明
图1是本发明节能配电网低电压补偿装置的通用拓扑图。
图2是本发明节能配电网低电压补偿装置的电网运行模式时的拓扑图。
图3是本发明节能配电网低电压补偿装置的光伏运行模式时的拓扑图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明进一步详细说明：
如图1所示，设备拓扑分为整流部分和逆变部分、旁路单元。整流部分包括：继电器QF1、滤波电容C1、交流电抗L1、IGBT管子G1、整流二极管、光伏电池板。逆变部分包括：继电器QF2、上下IGBT管子G2和G3、逆变电感L2、滤波电容C2。旁路单元包括：双向晶闸管SCR。
该节能配电网低电压补偿装置实现步骤如下：
接电网模式：
a.SCR投入，负载通电。
b.QF1合到2位置，QF2合到2位置。
整流部分G1封锁脉冲，逆变部分不启动(封锁G2、G3的脉冲)，通过半桥不控二极管整流，得到直流母线电压250V。
c.逆变部分开始启动，为了实现和晶闸管的无缝衔接(不存在负载断流情况)以电流源模式启动，G2、G3打开驱动脉冲，负载电流在SCR与逆变部分分流，因为逆变部分阻抗小，电流几乎全通过逆变部分流电流。
d.切除SCR，电流全部换流到逆变部分。
e.逆变部分切换为电压源模式启动，补偿电网缺口电压，确保负载电压达到220V。
光伏模式：
a.QF1合到3位置，QF2合到3位置。
整流部分G1打开驱动脉冲(G2、G3封锁脉冲)，运行于BOOST模式，通过控制将直流母线电压稳定在250V。
b.逆变部分开始启动，为了实现和晶闸管的无缝衔接(不存在负载断流情况)以电流源模式启动，G2、G3打开驱动脉冲，负载电流在SCR与逆变部分分流，因为逆变部分阻抗小，电流几乎全通过逆变部分流电流。
c.切除SCR，电流全部换流到逆变部分。
d.逆变部分切换为电压源模式启动，补偿电网缺口电压，缺口负载电压达到220V。
实际工况情况下，因为多台补偿装置都在电网模式，势必会造成并联接入点的电压过低，本发明通过自动在光照充足的情况下，将设备切到光伏运行模式，通过光伏发电给负载提供部分功率，可以解决并联接入点电压过低的问题，同时充分利用光伏发电，承担部分功率，实现节能减排的效果。

Claims (3)

1.一种节能配电网低电压补偿装置，其特征在于：分为整流部分和逆变部分以及旁路单元；整流部分包括继电器QF1、滤波电容C1、交流电抗L1、IGBT管G1、整流二极管、光伏电池板；逆变部分包括继电器QF2、IGBT管G2、IGBT管G3、逆变电感L2、滤波电容C2；旁路单元包括双向晶闸管SCR；
双向晶闸管SCR与滤波电容C2并联后串接在电网回路中；
继电器QF1和继电器QF2均为切换型继电器，光伏电池板的正极、负极分别接继电器QF1和继电器QF2的一个静触点；
继电器QF1的动触点分为两个支路，一个支路经交流电抗L1接至IGBT管G1与整流二极管之间的串联结点，另一个支路经滤波电容C1接至继电器QF2的动触点；
所述整流部分中的整流二极管、IGBT管G1与所述逆变部分中的IGBT管G2、IGBT管G3整体构成全桥形式；其中，IGBT管G2与IGBT管G3构成半桥，桥臂中点经逆变电感L2接至滤波电容C2的一端；与光伏电池板负极相连的静触点还同时连接至IGBT管G1与IGBT管G3之间的结点；
继电器QF1的另一个静触点作为支路接入电网回路；继电器QF2的另一个静触点接至滤波电容C2的另一端。
2.根据权利要求1所述的节能配电网低电压补偿装置，其特征在于：所述全桥的两端还并联有一组串联电容，继电器QF2的所述另一个静触点还与这一组串联电容的中间结点相连。
3.基于权利要求1所述节能配电网低电压补偿装置的补偿实现方法，其特征在于：分为接电网模式和光伏模式，实现步骤分别如下：
接电网模式：
a.双向晶闸管SCR投入，电网负载通电；
b.整流部分通过不控二极管整流，得到直流母线电压；
c.逆变部分电流源模式启动，负载电流环流到逆变部分；
d.切除双向晶闸管SCR；
e.逆变部分切换为电压源模式启动，补偿电网缺口电压；
光伏模式：
a.双向晶闸管SCR投入，电网负载通电；
b.整流部分通过BOOST整流，得到直流母线电压；
c.逆变部分电流源模式启动，负载电流环流到逆变部分；
d.切除双向晶闸管SCR；
e.逆变部分切换为电压源模式启动，补偿电网缺口电压。
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