CN202260479U

CN202260479U - 基于svg装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置

Info

Publication number: CN202260479U
Application number: CN 201120241040
Authority: CN
Inventors: 王晓敏; 李旷; 郭自勇; 孙贤大
Original assignee: Rongxin Power Electronic Co Ltd
Current assignee: Liaoning Rongxin Xingye Electric Power Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-07-08

Abstract

本实用新型涉及一种基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，将SVG装置并联在低压侧母线上，采集的电网电流信号变化量经控制器进行滤波、移相、比例放大、运算处理，得到与电网负序电流大小相等方向相反的电流，使SVG装置的功率单元产生与电网负序电流相抵消的电流，达到治理负序的目的。该装置采用SVG全控型变流器件，能够有效解决三相电流不平衡、电网负序的问题，且响应速度快，跟踪精度高，可大大提高电网的稳定性和可靠性。

Description

基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置

技术领域

本实用新型涉及一种解决三相电流不平衡、治理负序的装置。

背景技术

由于电网中存在单相负荷(比如电气化铁路)和三相不对称负荷(比如电弧炉负荷)会给电网的运行和效率带来不良的影响，同时也会对接在该公用电网中的其他用电设备带来一些不良的影响甚至危害。三相不平衡会产生负序电流引起电网负序保护动作，影响供电安全。负序电流注入电机类负荷会造成电机轴振动，严重时会损坏电机。

目前，针对三相负序问题解决方法是在电网中加SVC，采用斯坦迈兹理论来解决。SVC是靠改变阻抗来实现的，对于一个单相负荷相当在另外两相分别加电感、电容。对于在两相或三相间变化(即不确定哪相负荷大)的单相负荷，其容性必须按三相中的最大值计算，而对于可变电感的容量是三相所需最大电感与最大电容之和。这种靠改变阻抗来调节电压的方式，其调节能力很弱。SVC补偿负序的能力只是其总容量的20-25％。这样投资料和占地都很大。其主要缺点如下：

1)其安装容量大，占地空间大，自身损耗大，通风散热困难。

2)自身产生谐波，需配置合适的滤波器来滤波。

3)SVC的主控器件是晶闸管，其响应速度慢对于快速变化的负荷达不到理想的效果。

4)SVC输出受电网电压影响，其输出能力与电网电压平方成正比。

5)滤波器是靠改为谐波阻抗来滤波的，在系统中会产生串并联谐振，危害供电安全。

6)TCR的空芯电抗器对周围产生电磁干扰。

目前，在国内外采用全控型变流器件的静止无功发生器SVG(Static Var Generator)技术解决三相电流不平衡、治理负序还是个空白。因此，针对负序问题的SVG解决方案，具有很强的可实施性和可操作性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，该装置采用全控型变流器件，能够有效解决三相电流不平衡、电网负序的问题，且响应速度快，跟踪精度高，可大大提高电网的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，将SVG装置并联在低压侧母线上，SVG装置的功率单元采用全控型变流器件，全控型变流器件通过控制器控制。

所述的全控型变流器件为降压型两电平功率单元并联型SVG结构、或降压型三电平功率单元并联型SVG结构。

所述的全控型变流器件为降压型Δ型链式SVG结构。

所述的全控型变流器件为降压型MMC型SVG结构、或降压型多重化SVG结构。

所述的全控型变流器件为非降压型器件串联型两电平SVG结构、或非降压型器件串联型三电平SVG结构。

所述的全控型变流器件为直挂式Δ型链式SVG结构、或直挂式MMC型SVG结构。

所述的控制器包括多个信号处理子单元和主控子单元，每个信号处理子单元；包括滤波模块、移相模块、比例放大模块、运算模块，主控子单元完成对全控型变流器件的控制；

所述的滤波模块包括低通、高通滤波器和电网电流信号分别进行滤波的带通滤波器，用来将电网电流信号变化量即负序电流信号经过低通、高通滤波器滤掉低频、高频，再经过带通滤波器进行处理，得到负序分量；

所述的移相模块用来接收滤波单元输出的负序电流信号，将负序电流信号进行相位矫正；

所述的比例模块用来将移相处理的负序电流信号进行比例放大处理；

所述的运算模块用来将移相、比例处理后的负序电流信号进行加权求和处理得到综合控制量；将此控制量通过函数运算变为全控型变流装置的控制信号。

所述的全控型变流器件所采用半导体开关器件可为IGBT、GTO、IGCT、或IEGT全控型开关器件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)响应速度快

基于全控型器件变流装置的显著特点就是响应速度快。其主要原因是，可以根据需要对全控型器件(GTO、IGBT、IGCT、IEGT等)的开关状态进行任意控制。而且，器件的开关频率或等效开关频率往往较高，一般每个工频周期的开关次数可以从几次到几十次。因此，基于全控型器件变流装置的系统响应速度比SVC快几倍。

2)控制精度高

基于全控型器件变流装置的可以采用脉宽调制或脉冲击移相等方式进行控制，加上其开关频率较高，就可以在每个开关周期对系统输出进行调节。此外，系统还可以采用比较复杂的算法和控制方法，使得系统的跟踪精度大大提高。也就是说，基于全控型器件变流装置可以对系统的无功、谐波、负序等电能质量问题同时进行综合治理。

3)不受系统电压影响

SVC是由晶闸管控制电抗器和FC组成，FC输出无功与电网电压平方成正比。当电网电压变化较大，在电压波峰时FC的基本电流增加，滤波效果降低，电容器会出现基波过电压或谐波过电流过电压的问题。而基于全控型器件变流装置是一种有源的解决方法，其输出补偿电流与电网电压几乎无关。治理负序的效果不受影响。

附图说明

图1是基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置主接线图；

图2是基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置控制原理图；

图3是采用间接电流控制方法(电压法)时的SVG控制框图；

图4是采用直接电流控制方法(电流法)时的SVG控制框图；

图5是降压型两电平功率单元并联型SVG结构示意图；

图6是降压型三电平功率单元并联型SVG结构示意图；

图7是降压型Δ型链式SVG结构示意图；

图8是降压型MMC型SVG结构示意图；

图9是降压型多重化SVG结构示意图；

图10是非降压型器件串联型两电平SVG结构示意图；

图11是非降压型器件串联型三电平SVG结构示意图；

图12是直挂式Δ型链式SVG结构示意图；

图13是直挂式MMC型SVG结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本实用新型的具体实施方式。

见图1，一种基于全控型变流装置SVG的解决三相电流不平衡、治理负序的装置，将SVG装置并联在低压侧母线上，采集的电网电流信号变化量经控制器进行滤波、移相、比例放大、运算处理，得到与电网负序电流大小相等方向相反的电流，使SVG装置的功率单元产生与电网负序电流相抵消的电流，达到治理负序的目的。

根据用户的需要，可在35kV母线上，增设FC电感电容装置，或不加FC抵消装置。

见图2，控制器包括多个信号处理子单元和主控子单元，每个信号处理子单元；包括滤波模块、移相模块、比例放大模块、运算模块，主控子单元完成对全控型变流器件的控制；

一种基于全控型变流装置SVG的解决三相电流不平衡、治理负序的方法，控制方法包括以下步骤：

1)检测电网电流信号，将模拟的电流信号(5A、1A)转化成数字信号送给控制器；

2)滤波；将电网电流信号变化量经过低通高通滤波器滤掉高、低频，再经过带通滤波器中的带通滤波器进行带通滤波，得到电网负序电流信号；

3)相位矫正；上述电流信号再分别过各自的移相模块矫正相位；

4)比例放大；矫正相位后的信号再经过比例放大模块进行增益比例放大；

5)运算处理；经矫正相位、比例放大的的所得负序电流，得出综合控制量；

6)上述综合控制量经函数变为IGBT触发时刻。控制器以PT信号为同步信号控制IGBT触发时刻，使得SVG装置中产生与电网中负序大小相等方向相反的电流信号与原电网中的负序电流抵消，达到消除负序目的。

本实施例中，全控型变流器件为IGBT，还可为IGBT、GTO、IGCT、IEGT或其它全控型开关器件。

SVG装置包括降压型和直挂式两种类型，FC部分属于可选部分。

此外，图中的一支IGBT可以是单支开关器件，也可以是多支IGBT的串联或并联。

图3是采用间接电流控制方法(电压法)时的SVG控制框图。

图4是采用直接电流控制方法(电流法)时的SVG控制框图。

下面结合附图叙述SVG装置的具体结构类型。

图5是降压型两电平功率单元并联型SVG结构示意图；功率单元每相由两只反并联开关器件IGBT1组成，二极管D1整流，整个功率模块形成两电平变流器功能。

降压型两电平功率单元并联型SVG是由采用两电平变流器的功率单元并联，然后通过变压器T1升至高压并联于电网上。降压型两电平功率单元并联型SVG主要由功率单元、控制单元、降压变压器组成。

图6是降压型三电平功率单元并联型SVG结构示意图；功率单元每相由四只反并联开关器件IGBT2组成，二极管D2钳位，整个功率模块形成三电平变流器功能。

降压型三电平功率单元并联型SVG是由采用二极管D2钳位的三电平变流器的功率单元并联，然后通过变压器T2升至高压并联于电网上。降压型三电平功率单元并联型SVG主要由功率单元、控制单元、降压变压器组成。

图7是降压型Δ型链式SVG结构示意图；单项功率单元A1每相由四只反并联开关器件IGBT3组成，二极管D3整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。

降压型Δ型链式SVG是由单项功率单元A1串联到一定电压等级，三相Δ接后通过变压器T3升至高压并联于电网上。降压型Δ型链式SVG主要由功率单元、控制单元、降压变压器组成。

图8是降压型MMC型SVG结构示意图；模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter)的简称是MMC型变流器。MMC型变流器与三相桥式变流器类似。每个桥臂由IGBT5组成的多个单相半桥A3串联组成，每个桥臂中点经电抗器L1后接入降压变压器T5二次侧。

图9是降压型多重化SVG结构示意图；降压型多重化SVG由多个变压器T1、T2……Tn组成，其中，所有变流器10可以共用一个或多个直流电容C，也可以单独配置电容，电容的作用是给变流器提供正常工作所需的直流电压。变流器10通常由具有公共直流母线的三个单相H桥构成，每个H桥的输出接至变压器的低压侧。在各个变压器的高压侧，对应的各相串联后并入系统。此外，为消去变流器产生的低次谐波对电网造成的影响，通常采用变压器原副边移相的方法，如Y/Y连接，或Y/Δ连接。

图10是非降压型器件串联型两电平SVG结构示意图；非降压型器件串联型两电平SVG是由功率器件IGBT6先串联形成高压功率单元A4，然后这些功率器件串联的高压功率单元A4再构成两电平输出接入电网。非降压型器件串联型两电平SVG主要由功率器件串联单元、控制单元、接入电抗器组成。

图11是非降压型器件串联型三电平SVG结构示意图；非降压型器件串联型三电平SVG是由功率器件IGBT7先串联形成高压功率单元A5，然后这些功率器件串联的高压功率单元A5再构成三电平输出接入电网。非降压型器件串联型三电平SVG主要由功率器件串联单元、控制单元、接入电抗器组成。

图12是直挂式Δ型链式SVG结构示意图；单项功率单元A6每相由四只反并联开关器件IGBT8组成，二极管D9整流，整个功率模块形成三电平变流器功能。

直挂式Δ型链式SVG是由单项功率单元A6直接串联到高电压等级，三相Δ接后直接接入电网。直挂式Δ型链式SVG主要由功率单元、控制单元、接入电抗器组成。

图13是直挂式MMC型SVG结构示意图。MMC型变流器的每个桥臂由多个单相半桥A8串联组成，每个桥臂中点经电抗器L2直接接入电网，不需降压变压器。

Claims

1.一种基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，将SVG装置并联在低压侧母线上，SVG装置的功率单元采用全控型变流器件，全控型变流器件通过控制器控制。

2.根据权利要求1所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的全控型变流器件为降压型两电平功率单元并联型SVG结构、或降压型三电平功率单元并联型SVG结构。

3.根据权利要求1所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的全控型变流器件为降压型Δ型链式SVG结构。

4.根据权利要求1所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的全控型变流器件为降压型MMC型SVG结构、或降压型多重化SVG结构。

5.根据权利要求1所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的全控型变流器件为非降压型器件串联型两电平SVG结构、或非降压型器件串联型三电平SVG结构。

6.根据权利要求1所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的全控型变流器件为直挂式Δ型链式SVG结构、或直挂式MMC型SVG结构。

7.根据权利要求1所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的控制器包括多个信号处理子单元和主控子单元，每个信号处理子单元；包括滤波模块、移相模块、比例放大模块、运算模块，主控子单元完成对全控型变流器件的控制；

8.根据权利要求1-6中的任意一项所述的基于SVG装置解决三相电流不平衡、治理负序的装置，其特征在于，所述的全控型变流器件所采用半导体开关器件可为IGBT、GTO、IGCT、或IEGT全控型开关器件。