CN200947546Y - 低压三相静止无功同步补偿器 - Google Patents

低压三相静止无功同步补偿器 Download PDF

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Abstract

一种新型低压三相静止无功同步补偿器，其组成包括主电路、控制电路、保护电路、充电电路、放电电路、有触点投切电路，其主电路由三组两桥臂电压型逆变器、电抗器和高通滤波器组成，控制电路由4组采样电路、3组A/D转换器、数字信号处理器、微控制器、通信接口、光电隔离电路、驱动电路、电源电路、显示器以及指示灯等组成，保护电路由过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、电源等电路组成，充电电路由主接触器、充电电阻和指示灯组成，放电电路由放电开关、放电电阻组成和指示灯组成，有触点投切电路由主开关和按键、指示灯组成，其能实现电网无功、三相不平衡和谐波综合动态补偿，进而能全面有效改善电网的电能质量。

Description

低压三相静止无功同步补偿器
技术领域
本实用新型涉及低压三相静止无功同步补偿器技术，特别是用于低压电网的低压三相静止无功同步补偿器
背景技术
现有低压无功补偿产品大部分为静态式电容器无功补偿装置，缺乏可广泛用于低压电网对无功进行动态补偿的无功补偿装置。
现有低压静止无功同步补偿器的控制系统多采用低速信号处理器(DSP)或MCU作为控制系统核心器件，实时性不高，数据处理能力不强，进而使补偿器的跟踪控制精度不理想，影响无功补偿用户的使用热情。
鉴于现有低压无功补偿技术存在的上述不足，本实用新型提出一种低压三相静止无功同步补偿器，不但可以就地连续、快速、动态跟踪补偿无功，而且可以同时补偿三相不平衡和谐波。
发明内容
本实用新型的低压三相静止无功同步补偿器，其组成包括主电路、控制电路、保护电路、充电电路、放电电路、有触点投切电路。其中，主电路由三组两桥臂电压型逆变器(12个IGBT、12个二极管、3组电容器)构成的三相逆变器、电抗器和高通滤波器组成，控制电路由4组采样电路(采样电路1、采样电路2、采样电路3、采样电路4)、3组A/D转换器(A/D转换器1、A/D转换器2、A/D转换器3)、数字信号处理器(DSP)、微控制器(MCU)、通信接口(串口、以太网)、光电隔离电路、驱动电路、控制电源电路、显示器以及指示灯等组成，保护电路由过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、保护电源等电路组成，充电电路由充电接触器、充电电阻和指示灯组成，放电电路由放电开关、放电电阻和指示灯组成，有触点投切电路由主开关和按键、指示灯组成。主电路采用1700V/600A的IGBT，通过主接触器、主开关接入电网；控制电路根据获得的电压电流信号，使用先进的瞬时无功功率理论算法检测出所需要的参考信号，使用先进的滞环控制算法产生PWM信号，并通过光电隔离电路输送到驱动电路实现对IGBT门极的触发控制，采样电路1由仪用电压互感器组1(7)、仪用电流互感器组1(8)和前端滤波电路1(13)组成，采样电路1从电网电源侧的三相电压互感器(PT1)(1)和三相电流互感器(CT1)(2)获得三相电压电流信号，采样电路2由仪用电压互感器组2(9)、仪用电流互感器组2(10)和前端滤波电路2(14)组成，采样电路2从补偿器交流侧的三相电压互感器(PT2)(3)和三相电流互感器(CT2)(4)获得三相电流信号，采样电路3由仪用电流互感器组3(11)和前端滤波电路3(15)组成，采样电路3从电网负荷侧的三相电流互感器(CT3)(5)获得三相电流信号，采样电路4由电阻分压电路(10)和前端滤波电路4(16)组成，采样电路4从补偿器直流侧的电压传感器(6)获得电压信号，3组A/D转换器均采用高速6通道同时采样A/D转换芯片，A/D转换器1(17)连接于采样电路1，A/D转换器2(18)连接于采样电路2，A/D转换器3(19)连接于采样电路3和采样电路4，DSP(20)采用高速浮点DSP芯片，DSP(20)对采样电路获得的数字信号运算和处理，MCU采用嵌入式ARM微控制器(ARM)，ARM(24)通过DSP(20)的HPI接口从DSP读取数据，进而做进一步分析和处理，并完成通信接口控制、显示器显示、指示灯电路通断、数据存储等操作。其采用高速6通道同时采样A/D转换器、高速浮点DSP及其HPI总线、嵌入式ARM等先进技术，以及在DSP中使用瞬时无功功率理论实现无功电流、三相平衡电流、谐波电流检测以及使用滞环控制策略调制PWM信号等先进算法，进而实现对低压电网无功、三相不平衡和谐波综合动态补偿。其技术构成思想新颖，结构紧凑、运行可靠、容量大、跟踪能力强。
本实用新型能就地和远程进行补偿器运行的投入和退出操作，能就地和远程监测补偿器的运行状况，能就地和远程显示电网电源侧三相电压电流和功率因数、电网负荷侧三相1～30次谐波电压和电流、补偿器交流侧三相电压电流和直流侧电压。
本实用新型配备有串口、以太网通信接口，可以与远程监控系统相连，实现对补偿器的远程控制和监测。
附图说明
图1为实用新型低压静止无功同步补偿器的结构框图；
图2为图1的低压静止无功同步补偿器的主电路图；
图3为图1的低压静止无功同步补偿器的控制电路原理框图。
具体实施方式
本实用新型低压三相静止无功同步补偿器如结构框图1、主电路图2和控制电路原理框图3所示，它包括：包括主电路、控制电路、保护电路、充电电路、放电电路、有触点投切电路。其中，主电路由三组两桥臂电压型逆变器(12个IGBT、12个二极管、3组电容器)、电抗器和高通滤波器组成，控制电路由4组采样电路(采样电路1、采样电路2、采样电路3、采样电路4)、3组A/D转换器(A/D转换器1、A/D转换器2、A/D转换器3)、DSP、MCU、通信接口(串口、以太网)、光电隔离电路、驱动电路、控制电源电路、显示器以及指示灯等组成，保护电路由过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、保护电源等电路组成，充电电路由充电接触器、充电电阻和指示灯组成，放电电路由放电开关、放电电阻和指示灯组成，有触点投切电路由主开关和按键、指示灯组成。
以下结合低压三相静止无功同步补偿器结构框图1、主电路图2和控制电路原理框图3，描述本实用新型的具体实施方式和工作过程。
主电路通过主接触器、主开关接入电网，主电路采用1700V/600A的IGBT，主开关采用三相空气开关；控制电路根据获得的电压电流信号，使用先进的瞬时无功功率理论算法检测出所需要的参考信号，使用先进的滞环控制算法产生PWM信号，并通过光电隔离电路输送到驱动电路实现对IGBT门极的触发控制，采样电路1从电网电源侧的三相电压互感器(PT1)(1)和三相电流互感器(CT1)(2)获得三相电压电流信号，采样电路2从补偿器交流侧的三相电压互感器(PT2)(3)和三相电流互感器(CT2)(4)获得三相电流信号，采样电路3从电网负荷侧的三相电流互感器(CT3)(5)获得三相电流信号，采样电路4从补偿器直流侧的电压传感器(6)获得电压信号，3组A/D转换器均采用高速6通道同时采样A/D转换芯片，A/D转换器1(17)连接于采样电路1，A/D转换器2(18)连接于采样电路2，A/D转换器3(19)连接于采样电路3和采样电路4，DSP(20)采用高速浮点DSP芯片，DSP对采样电路获得的数字信号运算和处理，MCU(24)采用嵌入式ARM微控制器(ARM)，ARM(24)通过DSP的HPI接口从DSP读取数据，进而做进一步分析和处理，并完成通信接口控制、显示器显示、指示灯电路通断、数据存储等操作；保护电路从控制电路中的A/D转换器获得电网和补偿器的电压电流数字信息，实现对电网、补偿器的保护以及事故的预测和报警；充电电路连接在主开关与补偿器交流侧之间，在补偿器投入运行之前对补偿器直流侧电容器进行充电；放电电路并联于补偿器直流侧的电容器，在补偿器长期退出运行或进行检修维护时对直流侧的电容器进行放电；控制电路和保护电路的电源通过连接在电网电源侧的专用小型变压器取得。
主电路由三个单相逆变器构成三相逆变器，采用12个1700V/600A的SKM400GA124D型1单元IGBT模块，冷却方式采用散热片+强迫风冷，交流侧连接方式为Y或Y0接线，适用于三相三线制和三相四线制电网，交流侧并联的高通L-C滤波器的截止频率为1.8kHz，直流侧电容器采用市场上提供的耐受电压大于1000V的电力电容器，电容器的基准电压为800V。
从配备于电网PT1、CT1、CT3和补偿器交流侧的PT2及CT2获得的三相交流电压、电流信号以及从补偿器直流侧的电压传感器获得的直流电压信号，分别由仪用电压互感器组、仪用电流互感器组和电阻分压电路转换为适合后续电路使用的弱电信号，并均通过前端滤波电路进行滤波处理之后接入A/D转换器。前端滤波电路用以信号线上的尖峰干扰、交流电压电流信号中的高频分量(频率大于1.8kHz)、直流电压的纹波分量。
A/D变换器采用3个高精度的6通道同时采样16位A/D变换器ADS8364芯片(采样速率可高达250kHz)，将6个交流电压、9个交流电流、3个直流电压模拟量信号转换为数字量信号，并将其传送给DSP，实际使用的采用速度为6.4kHz。
DSP(20)采用最新数字化信号处理技术的高性能的TMS320C6711DGDPA浮点DSP芯片，工作频率高达167MHz，具备16位HPI(Host-Port Interface)接口，DSP(20)采用瞬时无功功率理论算法执行电网三相瞬时无功电流、三相不平衡瞬时电流、三相谐波电流的检测运算，采用滞环控制算法执行三相PWM信号产生运算，进而将三相PWM信号输送到驱动电路，同时执行电网电压、电流、功率、频率、功率因数、三相基波和2～30次谐波电压、电流等的检测运算，并将检测结果通过其HPI接口传输到MCU(24)做进一步分析处理。采用HPI接口，既确保信号高速、准确传递，也节省元器件，进而降低成本、提高可靠性、减少装置尺寸。
MCU(24)将通过DSP的HPI总线接口直接访问DSP的内存RAM，将DSP处理后的数据进行进一步数据分析和处理，完成就地大屏幕液晶显示，同时完成数据的远程通信控制以及接收和执行补偿器投入、退出操作指令等功能。MCU芯片采用32位以上的嵌入式ARM微控制器LPC2220芯片，操作系统采用嵌入式Linux系统。
驱动电路(22)采用3个SKHI26W模块，1个SKHI26W型IGBT驱动模块驱动2单元IGBT(23)。
通信控制单元(24)连接有串口232/485(28)和以太网(29)(TCP/IP协议)，均为即插即用接口，串口(28)、以太网(29)接口为数据远程通信和组成监控网提供方便。
显示器(25)采用大屏幕液晶显示器(LCD)，能够就地完成对上述电网电力参数和补偿器运行状态的显示。本实用新型的就地显示界面包括：电网和补偿器交流电压电流实时波形显示、电网和补偿器电力参数数据综合显示、电网谐波频谱和三相不平衡度显示等。
按键(26)采用带锁功能的机械式按钮，设有充电开关、放电开关、主接触器、主开关合闸和分闸操作按钮。
指示灯(27)可以提供电网和补偿器运行状态显示和故障的灯光报警。
显示器(25)、按键(26)和指示灯(27)连接于MCU(24)的I/O控制器。
保护电路设有电网和补偿器过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护继电器以及IGBT过流环流保护电路，进而可以确保电网、补偿器和IGBT等的安全。
本实用新型突破传统无功补偿概念，能实现电网无功、三相不平衡和谐波综合动态补偿，进而能全面有效改善电网的电能质量。

Claims (5)

1、一种新型低压三相静止无功同步补偿器，其组成包括主电路、控制电路、保护电路、充电电路、放电电路、有触点投切电路，其特征是主电路由三组两桥臂电压型逆变器、电抗器和高通滤波器组成，主电路通过主接触器、主开关接入电网，控制电路由4组采样电路、3组A/D转换器、数字信号处理器(20)、微控制器(24)、串口(28)与以太网口(29)通信接口、光电隔离电路(21)、驱动电路(22)、控制电源电路、显示器(25)以及指示灯(27)等组成，保护电路由过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、保护电源等电路组成，控制电路根据获得的电压电流信号，使用先进的瞬时无功功率理论算法检测出所需要的参考信号，使用先进的滞环控制算法产生PWM信号，并通过光电隔离电路输送到驱动电路实现对IGBT门极的触发控制，3组A/D转换器均采用高速6通道同时采样A/D转换芯片，数字信号处理器(20)采用高速浮点DSP芯片，DSP对采样电路获得的数字信号运算和处理，微控制器(24)采用嵌入式ARM微控制器，ARM微控制器通过DSP的HPI接口从DSP读取数据，进而做进一步分析和处理，并完成通信接口控制、显示器显示、指示灯电路通断、数据存储等操作，充电电路由充电接触器、充电电阻和指示灯组成，放电电路由放电开关、放电电阻和指示灯组成，有触点投切电路由主开关和按键、指示灯组成。
2、根据权利要求1所述低压三相静止无功同步补偿器，其特征是所述的IGBT采用SKM400GA124D器件。
3、根据权利要求1所述低压三相静止无功同步补偿器，其特征是所述的数字信号处理器采用TMS320C6711DGDPA芯片。
4、根据权利要求1所述低压三相静止无功同步补偿器，其特征是所述的A/D转换器采用AD8364芯片。
5、根据权利要求1所述低压三相静止无功同步补偿器，其特征是所述的微控制器采用嵌入式ARM微控制器LPC2220芯片，操作系统采用嵌入式Linux系统。
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