CN201341025Y - 配电网有源滤波及无功补偿装置 - Google Patents

配电网有源滤波及无功补偿装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种配电网有源滤波及无功补偿装置，包括将电流互感器和电压霍尔传感器一次线连接在电网母线上，电流互感器和电压霍尔传感器的二次线通过数据采集电路连接到控制和运算电路；由8只绝缘栅双极型功率管组成桥式变流器，8只绝缘栅双极型功率管分别连接控制电路；电解电容器组成变流器的直流侧且与变流器的正负母线并联后与电抗器串连，将电抗器并联在电网母线上。本实用新型可检测系统电流，分离出其基波和无功成分，输出与系统谐波和无功成分反相的电流，从而达到滤除谐波补偿无功的目的。系统电流的电流谐波总畸变率小于5％，补偿后系统功率因数大于0.99，响应时间小于125us；提高电能质量。

Description

配电网有源滤波及无功补偿装置
技术领域
本实用新型涉及一种带有无功补偿功能的有源电力滤波装置，属于改善电能质量的电力电子领域。
背景技术
随着电力电子技术的广泛应用和发展，电力系统中的非线性负载日益增多，如整流器、变频器、家用电器及计算机等。这些非线性负载会产生谐波电流并注入到电网中，使电网中的电压波形产生畸变，从而造成电网的谐波污染。另外，冲击性、波动性负载，如电弧炉、焊接设备等在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日益严重，危害电网的安全运行。
针对谐波污染传统方法是采用LC滤波装置。但这种方法的主要缺陷是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定次谐波，补偿效果不理想。
在电力系统网络中不仅大多数负荷要消耗无功功率，而且大多数各级变压器、线路电抗等网络组件也要消耗无功功率。电力系统中网络组件和负荷需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。如果这些所需要的无功功率由发电机提供并经过长距离输送，显然是不合理也是不可能的；而这些所需要的无功功率不能及时得到补偿，电力系统的安全运行以及用电设备的安全就会受到影响。
目前普遍的无功补偿装置是并联电容器。但是并联电容器组是离散量，无法做无功功率的连续补偿，而且在系统中存在谐波时，还有可能发生并联谐振，使谐波放大，电容器因此烧毁的事故也时有发生。
谐波问题和无功功率问题是电力系统和电力用户的两个重要问题，另外，电压波动、闪变、三相不平衡等电力系统常见问题危害电网的安全运行，给电力用户造成直接的经济损失。
发明内容
本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种配电网有源滤波及无功补偿装置，可以补偿谐波和无功功率，改善电能质量。
本实用新型采用的技术方案是：包括将电流互感器和电压霍尔传感器一次线连接在电网母线上，电流互感器和电压霍尔传感器的二次线通过数据采集电路连接到控制和运算电路；由8只绝缘栅双极型功率管组成桥式变流器，8只绝缘栅双极型功率管分别连接控制电路；电解电容器组成变流器的直流侧且与变流器的正负母线并联后与电抗器串连，将电抗器并联在电网母线上。
本实用新型的有益效果是：
1、可检测系统电流，分离出其基波和无功成分，输出与系统谐波和无功成分反相的电流，从而达到滤除谐波补偿无功的目的。
2、有源滤波器补偿后系统电流的电流谐波总畸变率小于5％，补偿后系统功率因数大于0.99，显示本实用新型投入电网时三相电网电流变化的动态过程，其响应时间小于125us，并且过渡过程平稳可靠。
3、可以动态实时地滤除配电网中2到60次谐波，可瞬时连续吞吐系统无功功率，提高电能质量，保证电力用户用电安全，节约能源，带来直接的经济社会效益。
附图说明
图1是本实用新型的结构连接示意图；
图2是图1中控制和运算电路4的组成和外接示意图；
图中：1.变流器；2.电解电容器；3.电抗器；4.控制和运算电路；5.数据采集电路；6.电流互感器；7.电压霍尔传感器；10.驱动电路；11.继电保护电路；12.模数转换电路；13.人机交互电路；14.双DSP运算电路。
具体实施方式
如图1，本实用新型由电流互感器6、电压霍尔传感器7、电解电容器2、由8只绝缘栅双极型功率管和续流二极管构成四桥臂H结构组成的桥式变流器1、电抗器3、数据采集电路5及控制和运算电路4构成。由电解电容器2组成变流器1的直流侧，变流器1由直流电容器2组供电，变流器1通过PI控制方法调节直流直流电容器2两端电压。一般来说直流电压越高，可补偿的谐波次数越高，本实用新型选取850V作为直流侧电压。电解电容器2与变流器1的正负母线并联；再与电抗器3串连，构成装置主电路并联在电网母线上。电流互感器6和电压霍尔传感器7的二次线连接在数据采集电路5与控制和运算电路4上，一次侧连接在电网母线上。变流器1作为主要执行部件，各桥臂通过PWM控制方法将直流电压脉冲加在电抗器3上，从而得到补偿电流。
如图2，控制和运算电路4由双DSP运算电路14以及分别连接双DSP运算电路14的模数转换电路12、驱动电路10、继电保护电路11以及人机交互电路13组成。数据采集电路5采集系统电流、系统电压和装置输出电流这三组信号，经过模数转换电路12将其转化为数字信号后，送入双DSP构成的双DSP运算电路14，该双DSP运算电路14将输入数据根据瞬时无功理论将电流谐波和无功分量分离出来，再根据无差拍控制策略输出PWM波(脉宽调制)到驱动电路10。驱动电路10连接到变流器1的8只绝缘栅双极型功率管的门极上，驱动8只绝缘栅双极型功率管的通断。继电保护电路11控制外部开关的开通和关断，由双DSP运算电路14控制。人机交互电路13是本实用新型的操作界面，可以设置参数、控制本实用新型的启动。
在每个开关周期控制和运算电路4都会把输出电流信号与指令信号作比较，将误差量叠加到下个开关周期的指令电流中，保证补偿精度。
本实用新型的PWM控制方法采用无差拍控制算法，这种方法计算量较大，但其开关频率固定、动态响应快的特点适用于并网逆变器的数字控制，其硬件基础是高性能的双DSP(数字信号处理器)。与模拟控制相比，数字化控制具有控制灵活、易改变控制算法和硬件调试方便等优点。这种方法的原理是在每一个开关周期的开始时刻，采样逆变器并网侧产生的电流i，并且预测出下一周期开始时刻逆变器并网侧的电流参考值j，由差值j-i计算出开关器件的开关时间，使i在下一周期开始时刻等于j，根据该值得出需要的占空比，进而计算出脉冲宽度。

Claims (2)

1、一种配电网有源滤波及无功补偿装置，包括将电流互感器(6)和电压霍尔传感器(7)一次线连接在电网母线上，其特征在于：电流互感器(6)和电压霍尔传感器(7)的二次线通过数据采集电路(5)连接到控制和运算电路(4)；由8只绝缘栅双极型功率管组成桥式变流器(1)，8只绝缘栅双极型功率管分别连接到控制和运算电路(4)；电解电容器(2)组成变流器(1)的直流侧且与变流器(1)的正负母线并联后与电抗器(3)串连，将电抗器(3)并联在电网母线上。
2、根据权利要求1所述的一种配电网有源滤波及无功补偿装置，其特征在于：所述控制和运算电路(4)由DSP运算电路(14)以及分别连接双DSP运算电路(14)的驱动电路(10)、继电保护电路(11)、模数转换电路(12)、人机交互电路(13)组成。
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