CN108683199A - 三相智能线路静止稳压装置及稳压方法 - Google Patents

Abstract

一种三相智能线路静止稳压装置及稳压方法。近年来电网中的各种非线性负荷不断增加，这些负荷波动性、非线性和不平衡的用电特征，使电网中谐波、无功功率、暂态冲击及三相不平衡等问题日趋严重。一种三相智能线路静止稳压装置，其组成包括：壳体，所述的壳体内部安装有交直流采样模块、主电路模块、控制模块、驱动模块、电源模块及保护模块，交直流采样模块包括一组电压互感器和两组电流互感器，其中两组电流互感器分别与系统侧（1）和负荷侧（2）连接，主电路模块包括整流电路（3）、逆变电路（4）和滤波电路（5），主电路模块连接系统侧和负荷侧，控制模块经驱动模块与主电路模块相连。本发明应用于三相智能线路静止稳压装置及稳压方法。

Description

三相智能线路静止稳压装置及稳压方法

技术领域：

本发明涉及一种三相智能线路静止稳压装置及稳压方法。

背景技术：

随着我国经济水平的不断提高，电能在国民经济与人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，现代自动化生产中各种先进设备对电能质量的要求也越来越高，但是由于近年来电网中的各种非线性负荷不断增加，这些负荷波动性、非线性和不平衡的用电特征，使电网中谐波、无功功率、暂态冲击及三相不平衡等问题日趋严重，影响了电网和用电设备安全、稳定、经济地运行。

目前为解决以上问题，人们广泛采用有源电力滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVC）及静止无功发生器（SVG）等装置来提高系统的电能质量，有源电力滤波器通过向电网中注入与所检测到的谐波电流大小相等方向相反的电流来抑制系统中谐波电流，根据接入电网方式分为串联型、并联型和串并联型，由于串联型APF损耗大，各种保护复杂，因而目前串联型APF的应用较少，串并联型APF通过耦合变压器接入电网，结构相对复杂、成本更高，限制了这种拓扑的发展应用，目前有源电力滤波器大多为并联接入电网，如专利号为CN201010257367.3、专利号为CN201520412173.4、专利号为CN201610625753.0的有源电力滤波器都采用并联接入电网的方式。静止无功补偿器、静止无功发生器也都采用并联方式接入电网，如专利号为CN201610124854.X、专利号为CN201410696116.3的专利，通过跟踪补偿电网线路中的无功电流，再通过电抗器并联到电网上，最终实现系统动态补偿无功。另外，虽然有源电力滤波器、静止无功补偿器及静止无功发生器等都能在一定程度上对电能质量的提高起到作用，但以上装置对于实现电网电能质量的全面提升都各有所欠缺，都只能解决部分问题，因此需要开发设计能够快速补偿电网无功、稳定三相电压、改善三相电流不平衡、抑制电压跌落及闪变、解决相电压偏低同时具备谐波抑制等功能的装置，全面提升电能质量。

发明内容：

本发明的目的是提供一种三相智能线路静止稳压装置及稳压方法，不同于有源电力滤波器、静止无功补偿器及静止无功发生器等装置，采用串联接入电网的方式，就地补偿，全面提升台区电能质量，解决三相不平衡问题，解决配电网三相不平衡问题，降低线路损耗，稳定和调节三相电压，提高供电质量，改善用电环境，解决变压器出现单相过载问题，提高变压器运行寿命，实现无功平衡，提高配电网有效输出容量，不产生谐波，不造成二次电网污染。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种三相智能线路静止稳压装置，其组成包括：壳体，所述的壳体内部安装有交直流采样模块、主电路模块、控制模块、驱动模块、电源模块及保护模块，所述的交直流采样模块包括一组电压互感器和两组电流互感器，其中两组所述的电流互感器分别与系统侧和负荷侧连接，所述的主电路模块包括整流电路、逆变电路和滤波电路，所述的主电路模块连接所述的系统侧和所述的负荷侧，所述的控制模块经所述的驱动模块与所述的主电路模块相连，所述的保护模块内置于系统各部分，且包括过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护。

所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的整流电路和所述的逆变电路都采用全桥拓扑结构，采用IGBT作为开关管，12个IGBT皆并联放电阻止型RCD吸收回路。

所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的逆变电路直流侧采用支撑电容及均压电阻来滤除纹波电压，可取三相电压中任一相经空气开关、变压器及低通滤波器连接控制器电源，为系统提供±15V，＋24V，＋5V电压。

所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的控制模块采用TI公司的TMS320F28335型数字信号处理器，具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元。

所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的交直流采样模块、所述的主电路模块、所述的控制模块、所述的驱动模块、电源模块及保护模块组成三相智能线路静止稳压装置，所述的三相智能线路静止稳压装置串联接入电网，位于变压器与负荷之间。

所述的三相智能线路静止稳压装置的稳压方法，该方法包括如下步骤：

三相智能线路静止稳压装置自动检测系统侧各相电压电流的变化，通过先整流再逆变的方式，实时计算并发出所需补偿信号，串接电路中，就地补偿，以使电网达到电压稳定状态，其中的整流电路分别采集系统侧的三相电流及直流侧电压，采用PI控制与电流闭环控制相结合的控制方式，逆变电路将采集到的负荷侧的三相电压电流经clark变换和park变换转换为直流量Ud、Uq、Id、Iq，对此直流量进行PI控制，可取得无静差的控制效果。

本发明的有益效果：

1.本发明可全面改善台区电能质量，解决配电网三相不平衡问题，降低线路损耗，稳定和调节三相电压，提高供电质量，改善用电环境，解决变压器出现单相过载问题，提高变压器运行寿命，实现无功平衡，提高配电网有效输出容量。

本发明可对系统进行实时补偿，响应时间小于20ms，为有源型补偿装置，是采用现代电力电子器件IGBT构成静止调节装置，从机理上避免了由传统电容元器件带来的谐振现象，更稳定、安全。不产生谐波，不造成二次电网污染，提升电压质量。采用先进的电力电子技术及高速DSP数据处理技术，自动检测电网系统中各相电压电流的变化，实时计算并发出所需补偿信号，以使电网迅速达到电压稳定状态。整个过程由设备自动完成，无需人为操作，大大节省了由于操作传统补偿设备而消耗掉的人力成本。

本发明的内芯设备具备各种保护功能：过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护等多重保护功能，可支持远程数据传输与控制。

本发明整流电路和逆变电路都采用全桥拓扑结构，采用IGBT作为开关管，12个IGBT皆并联放电阻止型RCD吸收回路，可较好的抑制过电压，且不会引起集电极电流上升，附加损耗小；逆变电路直流侧采用支撑电容及均压电阻来滤除纹波电压；控制模块采用TI公司的TMS320F28335型数字信号处理器，具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，与前代DSP相比，平均性能提高50%。

附图说明：

附图1为本发明的系统整体框图。

附图2为装置在系统中的位置示意图。

附图3为放电阻止型RCD吸收回路。

附图4为投入设备前电流波形图。

附图5为投入设备后电流波形图。

附图6是整流电路示意图。

图中：1、系统侧，2、负荷侧，3、整流电路，4、逆变电路，5、滤波电路，6、支撑电容及均压电阻，7、控制器电源，8、DSP控制板，9、交直流采样，10、启动控制。

具体实施方式：

实施例1：

一种三相智能线路静止稳压装置，其组成包括：壳体，所述的壳体内部安装有交直流采样模块、主电路模块、控制模块、驱动模块、电源模块及保护模块，所述的交直流采样模块包括一组电压互感器和两组电流互感器，其中两组所述的电流互感器分别与系统侧1和负荷侧2连接，所述的主电路模块包括整流电路3、逆变电路4和滤波电路5，所述的主电路模块连接所述的系统侧和所述的负荷侧，所述的控制模块经所述的驱动模块与所述的主电路模块相连，所述的保护模块内置于系统各部分，且包括过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护。

实施例2：

根据实施例1所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的整流电路和所述的逆变电路都采用全桥拓扑结构，采用IGBT作为开关管，12个IGBT皆并联放电阻止型RCD吸收回路。

实施例3:

根据实施例1或2所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的逆变电路直流侧采用支撑电容及均压电阻6来滤除纹波电压，可取三相电压中任一相经空气开关、变压器及低通滤波器连接控制器电源7，为系统提供±15V，＋24V，＋5V电压。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的控制模块采用TI公司的TMS320F28335型数字信号处理器，具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元。

实施例5:

根据实施例1或2或3或4所述的三相智能线路静止稳压装置，所述的交直流采样模块、所述的主电路模块、所述的控制模块、所述的驱动模块、电源模块及保护模块组成三相智能线路静止稳压装置8，所述的三相智能线路静止稳压装置串联接入电网，位于变压器与负荷之间。

实施例6：

一种实施例1—5之一所述的三相智能线路静止稳压装置的稳压方法，该方法包括如下步骤：

三相智能线路静止稳压装置自动检测系统侧各相电压电流的变化，通过先整流再逆变的方式，实时计算并发出所需补偿信号，串接电路中，就地补偿，以使电网达到电压稳定状态，其中的整流电路分别采集系统侧的三相电流及直流侧电压，采用PI控制与电流闭环控制相结合的控制方式，逆变电路将采集到的负荷侧的三相电压电流经clark变换和park变换转换为直流量Ud、Uq、Id、Iq，对此直流量进行PI控制，可取得无静差的控制效果。

实施例7：

根据以上分析，对本发明进行了仿真验证，如附图4所示是设备投入前三相电流的波形，从图中可以看出，补偿前三相电流波形畸变严重，电能质量差，如附图5所示是设备投入后三相电流波形，可以看出设备投入后，三相电流幅值基本相同，电能质量有了明显提高，通过对比附图4、5可以看出本发明对系统不平衡有很好的补偿效果，减小了三相不平衡程度，提高了电能质量。

Claims (6)

1.一种三相智能线路静止稳压装置，其组成包括：壳体，其特征是：所述的壳体内部安装有交直流采样模块、主电路模块、控制模块、驱动模块、电源模块及保护模块，所述的交直流采样模块包括一组电压互感器和两组电流互感器，其中两组所述的电流互感器分别与系统侧和负荷侧连接，所述的主电路模块包括整流电路、逆变电路和滤波电路，所述的主电路模块连接所述的系统侧和所述的负荷侧，所述的控制模块经所述的驱动模块与所述的主电路模块相连，所述的保护模块内置于系统各部分，且包括过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护。

2.根据权利要求1所述的三相智能线路静止稳压装置，其特征是：所述的整流电路和所述的逆变电路都采用全桥拓扑结构，采用IGBT作为开关管，12个IGBT皆并联放电阻止型RCD吸收回路。

3.根据权利要求2所述的三相智能线路静止稳压装置，其特征是：所述的逆变电路直流侧采用支撑电容及均压电阻来滤除纹波电压，可取三相电压中任一相经空气开关、变压器及低通滤波器连接控制器电源，为系统提供±15V，＋24V，＋5V电压。

4.根据权利要求1所述的三相智能线路静止稳压装置，其特征是：所述的控制模块采用TI公司的TMS320F28335型数字信号处理器，具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元。

5.根据权利要求4所述的三相智能线路静止稳压装置，其特征是：所述的交直流采样模块、所述的主电路模块、所述的控制模块、所述的驱动模块、电源模块及保护模块组成三相智能线路静止稳压装置，所述的三相智能线路静止稳压装置串联接入电网，位于变压器与负荷之间。

6.一种权利要求1—5之一所述的三相智能线路静止稳压装置的稳压方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

三相智能线路静止稳压装置自动检测系统侧各相电压电流的变化，实时计算并发出所需补偿信号，串接电路中，就地补偿，以使电网达到电压稳定状态，其中的整流电路分别采集系统侧的三相电流及直流侧电压，采用PI控制与电流闭环控制相结合的控制方式，逆变电路将采集到的负荷侧的三相电压电流经clark变换和park变换转换为直流量Ud、Uq、Id、Iq，对此直流量进行PI控制，可取得无静差的控制效果。