CN202103429U - 基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统和电能调节器 - Google Patents

基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统和电能调节器 Download PDF

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Abstract

本实用新型实施例提供一种基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统和电能调节器，该系统包括位于变电站端的综合控制器和位于各个负荷端的电能调节器，所述负荷和其电能调节器与变电站的共用母线相连；所述电能调节器包括按照顺序串联在一起的有源滤波器、动态无功补偿器和固定谐波消除无源滤波器，所述电能调节器与对应的负荷串联；所述电能调节器还包括DSP控制器，所述DSP控制器用于通过无线网络接收位于变电站端的综合控制器发出的指令，并综合检测到的本负荷端的谐波分量和无功功率，按照优化和协调算法控制动态无功补偿器和有源滤波器进行工作，并将控制结果传送回变电站端的综合控制器中。

Description

基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统和电能调节器
技术领域
本实用新型属于电力技术领域，尤其涉及一种基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统和电能调节器。
背景技术
变电站共用母线上通常带有很多种负荷，有的负荷距离变电站近，有的距离变电站远，此外还分为工业负荷和商业负荷。变电站的无功功率及谐波含量经常发生变化，需要对其进行合理的调节，否则会造成变电站崩溃。
目前对无功功率和谐波含量进行调节的方式主要有两种：第一种是集中控制，即在变电站端对总的无功功率和谐波含量进行补偿和滤除。但是各个负荷所在地的电能质量不一定高，这是因为有可能一些负荷无功功率高，而另一些负荷的无功功率低，两者之间相互抵销，导致总的无功功率达到平衡。第二种是分散控制，即在各个负荷端实现无功补偿和谐波消除，各个负荷之间相对独立，没有统一管理和协调控制，这就造成一个负荷的无功功率和谐波分量被另一个负荷的补偿装置进行补偿，相互之间存在耦合，最终使得变电站总的无功功率补偿和谐波分量的消除不能达到满意的效果。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统和电能调节器，能够实现变电站各负荷统一管理和协调控制，增强变电站供电的稳定性。
为实现上述目的，本实用新型的一个实施例提供一种基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统，包括：位于变电站端的综合控制器和位于各个负荷端的电能调节器，所述负荷和其电能调节器与变电站的共用母线相连；
所述电能调节器包括按照顺序串联在一起的有源滤波器、动态无功补偿器和固定谐波消除无源滤波器，所述电能调节器与对应的负荷串联；
所述电能调节器还包括DSP控制器，所述DSP控制器用于通过无线网络接收位于变电站端的综合控制器发出的指令，并综合检测到的本负荷端的谐波分量和无功功率，按照优化和协调算法控制动态无功补偿器和有源滤波器进行工作，并将控制结果传送回变电站端的综合控制器中。
优选地，所述有源滤波器为由六个绝缘栅双极型晶体管构成的三相六桥臂电路，其中每个绝缘栅双极型晶体管都反并联一个二极管，所述三相六桥臂电路的交流端通过三个电感分别连接到共用母线上，所述三相六桥臂电路的直流端连接到储能电容。
优选地，所述动态无功补偿器由四路电容器补偿通路构成，每路电容器补偿通路中串联连接有一个无触点开关和一个电力电容器。
优选地，所述无触点开关为由双向晶闸管构成的无触点开关。
优选地，每路电容器补偿通路中的电力电容器的容量按照2的倍数次递增。
优选地，所述固定谐波滤除无源滤波器包括三路无源滤波器，分别用于滤除本地的5次、7次和11次谐波分量。
优选地，每路无源滤波器包括串联的LC组合。
另一方面，本实用新型还提供一种电能调节器，位于负荷端，所述负荷和其电能调节器与变电站的共用母线相连，所述电能调节器包括按照顺序串联在一起的有源滤波器、动态无功补偿器和固定谐波消除无源滤波器，所述电能调节器与对应的负荷串联；
所述电能调节器还包括DSP控制器，所述DSP控制器用于通过无线网络接收位于变电站端的综合控制器发出的指令，并综合检测到的本负荷端的谐波分量和无功功率，按照优化和协调算法控制动态无功补偿器和有源滤波器进行工作，并将控制结果传送回变电站端的综合控制器中。
所述有源滤波器为由留个绝缘栅双极型晶体管构成的三相六桥臂电路，其中每个绝缘栅双极型晶体管都反并联一个二极管，所述三相六桥臂电路的交流端通过三个电感分别连接到共用母线上，所述三相六桥臂电路的直流端连接到储能电容。
所述动态无功补偿器由四路电容器补偿通路构成，每路电容器补偿通路中串联连接有一个无触点开关和一个电力电容器。
本实用新型实施例实现了变电站与不同负荷之间的主从控制方式和分布式结构，即实现了各个负荷的电能优化和监控，又使得各个负荷协调控制，增强了变电站供电的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统所基于的电网结构图；
图2是每个负荷端的电能调节器的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中变电站和各负荷之间的无功功率补偿的关系示意图；
图4是本实用新型实施例中在负荷1一端动态无功功率补偿的关系示意图；
图5是本实用新型实施例中变电站和各负荷之间谐波滤除的关系示意图；
图6是本实用新型实施例中在负荷1一端滤波消除的关系示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1是本实用新型提供的基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统所基于的电网结构图。如图1所示，本实用新型采用主从控制方式和分布式结构相结合的方案，各个负荷共用变电站的同一母线，其无功功率和谐波分量在共用母线上流动。变电站和各个负荷之间采用无线网络进行数据交换，可以实现变电站对各负荷的同一管理和协调控制，使得各个负荷之间相互解耦，互不干扰。
具体地，本实用新型中的电能调节系统包括位于变电站端的综合控制器和位于各个负荷端的电能调节器。其中各个负荷和其对应的电能调节器与变电站的共用母线相连。
每个负荷的电能调节器主要用于根据负荷本地的自身特点和要求，灵活控制相应的器件组合实现无功补偿和谐波滤除。图2示出了每个负荷端的电能调节器的结构示意图，在图2中以第k个负荷(记为负荷k)为例说明。
电能调节器包括按照顺序串联在一起的有源滤波器201、动态无功补偿器202和固定谐波消除无源滤波器203，每个负荷的电能调节器与相应的负荷串联。
此外，电能调节器还包括DSP控制器204，该DSP控制器204用于通过无线网络接收位于变电站端的综合控制器发出的指令，并综合检测到的本负荷端的谐波分量和无功功率，按照优化和协调算法控制动态无功补偿器202和有源滤波器201进行工作，在实际中，可以通过控制动态无功补偿器202的投切实现对动态无功补偿器202工作状态的控制，可以通过控制输送至有源滤波器201的脉冲大小控制有源滤波器201的工作状态。
以下详细说明本实用新型中的电能调节器内部各个器件的具体组成结构。
如图2所示，有源滤波器20为由六个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)组成的三相六桥臂电路，并且每个IGBT器件都反并联一个相应的二极管，在图2中，上述六个IGBT在图中分别记为T1、T2、T3、T4、T5、T6，与其反并联的二极管分别记为D1、D2、D3、D4、D5、D6。三相六桥臂电路的交流端通过三个电感(La、Lb和Lc)连接到共用母线上，而三相六桥臂电路的直流端连接在存储电容C上。有源滤波器210的主要功能是滤除本地负荷的高次谐波并改善输出波形。
动态无功补偿器202由四路电容器补偿通路构成，每路电容器补偿通路中串联连接有一个无触点开关和一个电力电容器，其中无触点开关优选为由双向晶闸管构成的无触点开关。在图2中，第一路电容器补偿通路中串联无触点开关K1和电力电容器C1，第二路电容器补偿通路中串联无触点开关K2和电力电容器C2，第三路电容器补偿通路中串联无触点开关K3和电力电容器C3，第四路电容器补偿通路中串联无触点开关K4和电力电容器C4。投切的顺序按照先投后切的原则。电力电容器C1-C4每路电容器的容量按照2的倍数次递增。动态无功补偿器202的功能是动态补偿本地负荷的无功功率。
固定谐波滤除无源滤波器203包括三路无源滤波器，每路滤波器包括串联的LC组合。在图2中，第一路滤波器由L5和C5组成，第二路滤波器由L7和C7组成，第三路滤波器由L11和C11组成。第一路至第三路滤波器分别用于滤出本地负荷的固定的5次、7次和11次谐波分量。同时，还具有无功补偿的动能。
DSP控制器204主要由信号检测、谐波分量和无功功率检测、PWM脉冲发生器、保护电路以及键盘和显示设备等装置组成。
以下不妨以具体的例子详细说明无功补偿和谐波滤出的过程。
对于无功补偿：
图3示出了变电站和各负荷之间的无功功率补偿的关系示意图。假设变电站需要提供无功功率总量为Q，且Q＝Q1+Q2+Q3，如果直接在变电站端实行集中补偿，则容量比较大，可靠性也比较差，因此实行分布式补偿，负荷1补偿Q1，负荷2补偿Q2，负荷3补偿Q3，同样可以向变电站补偿无功功率总量为Q。如果负荷3补偿装置出现故障，则变电站可以告知负荷4补偿无功功率Q3，保持总的无功功率为Q，增强了系统的稳定性。
图4为在负荷1一端动态无功功率补偿的关系示意图。假设Q1为3个单位量的无功功率，则DSP控制器可以动态无功补偿器的无触点开关K1，K2闭合，使C1和C2(其中，C2＝2*C1)连接到共用母线上，提供3个单位量的无功功率，而无触点开关K3，K4断开，不提供无功功率补偿。
对于谐波滤除：
图5示出了变电站和各负荷之间谐波滤除的关系示意图。假设变电站的谐波为ih＝ih1+ih2+ih3，则负荷1消除谐波电流ih1，负荷2消除谐波电流ih2，负荷3消除谐波电流ih3。
图6示出了负荷1一端滤波消除的关系示意图。假设ih1＝ihl5+ihl7+ihl11+ihh，则DSP控制器分配低次谐波电流ihl5、ihl7、ihl11由固定谐波消除装置进行滤除，而其它高次谐波ihh及剩余谐波由有源滤波器进行滤除，结合两者的优点，不仅可以使性价比提高，其波形质量也得到改善。
本实用新型另一个实施例还提供一种位于负荷端的电能调节器，该调节器与上文中的基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统中的电能调节器的功能和结构相同，这里不再赘述。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于变电站共用母线的负荷的电能调节系统，其特征在于，包括：位于变电站端的综合控制器和位于各个负荷端的电能调节器，所述负荷和其电能调节器与变电站的共用母线相连；
所述电能调节器包括按照顺序串联在一起的有源滤波器、动态无功补偿器和固定谐波消除无源滤波器，所述电能调节器与对应的负荷串联；
所述电能调节器还包括DSP控制器，所述DSP控制器用于通过无线网络接收位于变电站端的综合控制器发出的指令，并综合检测到的本负荷端的谐波分量和无功功率，按照优化和协调算法控制动态无功补偿器和有源滤波器进行工作，并将控制结果传送回变电站端的综合控制器中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述有源滤波器为由六个绝缘栅双极型晶体管构成的三相六桥臂电路，其中每个绝缘栅双极型晶体管都反并联一个二极管，所述三相六桥臂电路的交流端通过三个电感分别连接到共用母线上，所述三相六桥臂电路的直流端连接到储能电容。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动态无功补偿器由四路电容器补偿通路构成，每路电容器补偿通路中串联连接有一个无触点开关和一个电力电容器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述无触点开关为由双向晶闸管构成的无触点开关。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，每路电容器补偿通路中的电力电容器的容量按照2的倍数次递增。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定谐波滤除无源滤波器包括三路无源滤波器，分别用于滤除本地的5次、7次和11次谐波分量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，每路无源滤波器包括串联的LC组合。
8.一种电能调节器，其特征在于，位于负荷端，所述负荷和其电能调节器与变电站的共用母线相连，所述电能调节器包括按照顺序串联在一起的有源滤波器、动态无功补偿器和固定谐波消除无源滤波器，所述电能调节器与对应的负荷串联；
所述电能调节器还包括DSP控制器，所述DSP控制器用于通过无线网络接收位于变电站端的综合控制器发出的指令，并综合检测到的本负荷端的谐波分量和无功功率，按照优化和协调算法控制动态无功补偿器和有源滤波器进行工作，并将控制结果传送回变电站端的综合控制器中。
9.根据权利要求8所述的电能调节器，其特征在于，所述有源滤波器为由留个绝缘栅双极型晶体管构成的三相六桥臂电路，其中每个绝缘栅双极型晶体管都反并联一个二极管，所述三相六桥臂电路的交流端通过三个电感分别连接到共用母线上，所述三相六桥臂电路的直流端连接到储能电容。
10.根据权利要求8所述的电能调节器，其特征在于，所述动态无功补偿器由四路电容器补偿通路构成，每路电容器补偿通路中串联连接有一个无触点开关和一个电力电容器。
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