CN201584790U - 一种低压动态无功补偿装置 - Google Patents

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吴祥兴
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Abstract

一种低压动态无功补偿装置，包括：电压传感器，将电力系统和主电路中电容器的电压转化为信号电压；电流传感器，用于将负载、主电路中电容器和电网的电流转化为信号电流；信号采集电路，用于处理信号电压和信号电流；主电路，用于对电网投入电容器；数字控制电路，接收信号采集电路输出的电压信号、电流信号和主电路中电容器的电压信号，输出投切驱动信号；驱动电路，根据数字控制电路输出的投切驱动信号来控制主电路与电网之间投入或断开的切换；本实用新型能实现无功的平滑无级调节和克服无功过补或欠缺的优点。

Description

一种低压动态无功补偿装置
技术领域
本实用新型涉及一种低压动态无功补偿装置，具体涉及一种采用DSP控制的全数字化低压动态无功补偿装置。
背景技术
在电力系统中，无功功率是影响电压稳定的一个重要因素，它关系到整个电力系统能否安全稳定地运行，无功补偿是保证电力系统高效可靠运行的有效措施之一。
目前，电力系统无功补偿主要采用以下几种方式：同步调相机，同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表，它不仅能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也能进行动态补偿。并补装置，并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置，但电容补偿只能补偿固定的无功，尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化，但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节，不能实现无功的平滑无级的调节。
并联电抗器，目前所用电抗器的容量多是固定的，除吸收系统容性负荷外，用以抑制过电压。以上几种方式在电力系统中已经有多年的应用经验，并取得了一定效果。但是，在实际的无功补偿工作中也存在一些问题：电压调节方式的补偿设备带来的问题。有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的，这有助于保证用户的电能质量，但对电力系统而言却并不可取。因为虽然线路电压的波动主要由无功量变化引起的，但线路的电压水平是由系统情况决定的。当线路电压基准偏高或偏低时，无功的投切量可能与实际需求相去甚远，出现无功过补或欠补。且现有技术由于对电网的无功检测时间较长，无法对无功变化进行快速跟踪，加上电容电压的影响，使得电容的投切无法对无功功率进行快速的补偿，而且在投切瞬间容易产生较大的电流冲击。这样就限制了无功补偿的应用，特别是电焊机、电动机启动、精密电子仪器设备等应用领域。
发明内容
本实用新型提供一种低压动态无功补偿装置，目的是要解决现有技术不能实现无功的平滑无级调节和出现无功过补或欠缺的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种低压动态无功补偿装置，包括：
主电路，用于对电网投入电容；
电压传感器，将电网和主电路中电容器的电压转化为信号电压；
电流传感器，用于将负载、主电路中电容器和电网的电流转化为信号电流；
信号采集电路，用于处理电压传感器的信号电压和电流传感器的信号电流，并输出电压信号和电流信号；
数字控制电路，接收信号采集电路输出的电压信号、电流信号和主电路中电容器的电压信号，输出投切驱动信号；
驱动电路，根据数字控制电路输出的投切驱动信号来控制主电路中电容器的投入或断开的切换。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述主电路包括至少一个电路单元，该电路单元由第一支路、第二支路和第三支路按三角形接法连接构成，其中每个支路均由电感、两个反向并联的可控硅组和电容器依次串联组成，第一支路与第二支路的接点、第二支路与第三支路的接点和第三支路与第一支路的接点均作为该电路单元的接入端口。
2、上述方案中，还包括辅助电源为所述装置提供电源。
3、上述方案中，还包括辅助电源为所述装置提供电源，还包括串联的交流电源变压器，变压器位于所述电压传感器和电流传感器的输入端。
本实用新型的优点是：该低压动态无功补偿装置，先通过采样和A/D转换将电网的模拟电压和电流信号采集到数字控制电路中，然后计算出负载的有功和无功功率，然后根据无功补偿控制策略通过驱动电路来控制电容器组的快速投切。实现无电流冲击的电容投切而不必对电容放电，并能使无功检测和投切在一个工频周期之内完成，因此可以实现快速频繁投切，从而适应负载变化较快的电焊机、电动机启动、精密电子仪器设备等应用领域。具有响应速度快，投切无冲击，成本低，运行时不产生谐波，自身能耗小，仅相当于整个系统补偿容量1％左右，节电效果十分明显等优点。
附图说明
附图1为本实用新型低压动态无功补偿装置结构图；
附图2为主电路中电路单元结构图；
附图3为电压与电流检测图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
实施例：一种低压动态无功补偿装置，包括：
主电路109，用于对电网投入电容，主电路109包括至少一个电路单元，该电路单元由第一支路、第二支路和第三支路按三角形接法连接构成，其中每个支路均由电感201、两个反向并联的可控硅组202和电容器203依次串联组成，第一支路与第二支路的接点、第二支路与第三支路的接点和第三支路与第一支路的接点均作为该电路单元的接入端口；
电压传感器103，将电网和主电路109中电容器203的电压转化为信号电压；
电流传感器104，用于将负载、主电路109中电容器203和电网的电流转化为信号电流；
信号采集电路105，用于处理电压传感器103的信号电压和电流传感器104的信号电流，并输出电压信号和电流信号；
数字控制电路106，接收信号采集电路105输出的电压信号、电流信号和主电路109中电容器203的电压信号，输出投切驱动信号；
驱动电路108，根据数字控制电路106输出的投切驱动信号来控制主电路中电容器的投入或断开的切换。
辅助电源107为所述装置提供电源。
串联的交流电源101和变压器102，该变压器102位于所述电压传感器103和电流传感器104的输入端。
本实施例上述内容具体解释如下，图1中的主电路109由多个单元组成，每个单元的结构如图2所示，图2为三角形对称结构每个支路由电感201，反向并联的可控硅202，电容器203组成。控制系统根据电网无功补偿的需要通过反向并联的可控硅202来投切不同的电容器203，从而达到无功补偿的目的。
图1中的信号传递由箭头表示，电网的电压和电流信号111，由信号采集电路105传递给数字控制电路106；主电路中的电容器203上的电压信号112由主电路传感器经过转换发送给数字控制电路106；数字控制电路106给出大的投切驱动信号113发送给驱动电路108。
首先电网的电压和电流信号111经过采集和转换传递给数字控制电路106。在数字控制电路106中的DSP106即数字控制电路106将所采集的三相电压和电流信号由三相ABC坐标系转换到两相α-β坐标系，并合成电网电压矢量和电流矢量
Figure G2009203504300D00042
见图3。电网电压矢量角频率ωs进行旋转。通过瞬时无功理论可以计算出当前时刻的有功功率和无功功率，以及功率因数角
Figure G2009203504300D00044
得到无功功率后DSP106即数字控制电路106根据控制策略决定是否投切电容，以及需要投切的电容容量。这个计算过程是在一个控制周期内完成的，由于DSP的计算速度较高，通常的控制周期可以设定在200μs以下，因此可以认为无功功率的计算时在瞬时完成的。快速准确地检测系统的无功参数，是进行快速进行动态无功补偿的前提条件，因此本实用新型的控制算法可以实现1个工频周期内的快速无功补偿。
动态无功补偿装置的控制原则是当判断出要投入一组电容器时，检测选择合适的投入时刻，使得投入时不会产生冲击电流。假设需要投入某组电容，这时就要通过电容器电压信号112得到该时刻电容电压。假设该时刻电容上电压矢量为
Figure G2009203504300D00045
而电网电压矢量为
Figure G2009203504300D00046
见图3。为了投入A相电容器就需要等电网上的A相电压与A相电容上电压相等时才能投入A相电容。当前时刻的A相电网电压UA大于A相电容电压UAC，见图3。因此需要等电网电压矢量转过θ角时到达位置这时电网电压矢量与电容电压矢量在三相ABC坐标系下A轴上的投影相等，这时DSP发出投入驱动信号触发A相支路双向可控硅将A相电容投入这时冲击电流就会很小。同样的方法可以依次将B、C两相电容也投入。
电容器的切除策略是：只在电流过零时刻切除，防止产生过电压。如前所述，当DSP106计算出投入的电容容量过大，或者需要补偿的无功降低时，需要切除相应的电容器。DSP发出切除信号，通过驱动电路108将双向可控硅的驱动信号禁止，当双向可控硅电流过零点时自动关断。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低压动态无功补偿装置，其特征在于：包括：
主电路(109)，用于对电网投入电容；
电压传感器(103)，将电网和主电路(109)中电容器(203)的电压转化为信号电压；
电流传感器(104)，用于将负载、主电路(109)中电容器(203)和电网的电流转化为信号电流；
信号采集电路(105)，用于处理电压传感器(103)的信号电压和电流传感器(104)的信号电流，并输出电压信号和电流信号；
数字控制电路(106)，接收信号采集电路(105)输出的电压信号、电流信号和主电路(109)中电容器(203)的电压信号，输出投切驱动信号；
驱动电路(108)，根据数字控制电路(106)输出的投切驱动信号来控制主电路中电容器的投入或断开的切换。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述主电路(109)包括至少一个电路单元，该电路单元由第一支路、第二支路和第三支路按三角形接法连接构成，其中每个支路均由电感(201)、两个反向并联的可控硅组(202)和电容器(203)依次串联组成，第一支路与第二支路的接点、第二支路与第三支路的接点和第三支路与第一支路的接点均作为该电路单元的接入端口。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括辅助电源(107)为所述装置提供电源。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括串联的交流电源(101)和变压器(102)，该变压器(102)位于所述电压传感器(103)和电流传感器(104)的输入端。
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