CN203278236U - 基于svg对12脉波整流变负荷的电能治理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，主要为了提供一种有效滤除系统的谐波和补偿系统的无功功率的电能治理装置。本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，包括低压SVG装置和投切电容器，其中所述低压SVG装置并联在所述12脉波整流变负荷两低压侧母线上，所述投切电容器与所述低压SVG装置并联。本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，体积小，成本低。

Description

基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置。 

背景技术

近年来，电力电子装置的广泛应用使电网系统的谐波污染和低功率因数问题日益严重，极大地影响了供电质量。因此，对电网谐波采取有效抑制并对无功功率进行补偿已经成为电力系统中一个重要课题。12脉波整流变负荷低压侧的电能质量治理，一般是在12脉波整流变负荷低压侧的两边各自并联一个低压SVC（TCR+FC）。采用在负荷低压侧两边各自并联一个低压SVC（TCR+FC）的方法，FC（无源滤波器）用来产生固定无功功率和滤除固定次数谐波，TCR（晶闸管控制电抗器）用来产生动态无功功率，并且TCR还产生无用的谐波，需FC来滤除。由于负荷低压侧有5次、7次、11次和13次谐波，要滤除11次和13次谐波，FC需要5次、7次、11次和13次滤波支路，四个滤波支路增多不仅增大电能质量治理装置的体积，还增加电能质量治理装置的成本。随着科学技术的发展，这种传统的第二代电能质量治理装置逐渐被第三代电能质量治理装置所替代，即在12脉波整流变负荷低压侧的两边各自并联一个低压SVG装置＋FC。在负荷低压侧两边各自并联一个低压SVG装置＋FC，低压SVG装置用来产生动态无功功率，FC用来产生固定无功功率和滤除固定次数谐波。由于负荷低压侧有5次、7次、11次和13次谐波，要滤除11次和13次谐波，FC至少要包括5次、7次和11次滤波支路，有时甚至还要13次滤波支路，滤波支路增多不仅增大电能质量治理装置的体积，还增加电能质量治理装置的成本。 

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种有效滤除系统的谐波和补偿系统的无功功率，同时减小了电能质量治理装置的体积，降低成本的基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置。 

为达到上述目的，本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置包括低压SVG装置和投切电容器，其中所述低压SVG装置并联在所述12脉波整流变负荷两低压侧母线上，所述投切电容器与所述低压SVG装置并联，所述SVG控制器基于瞬时功率理论的谐波电流检测方法得到所述整流变负荷的无功电流和谐波电流，基于所述的无功电流和谐波电流控制所述低压SVG装置产生对所述12脉波整流变负荷进行治理所需的无功功率和谐波电流，并控制所述投切电容器的投切，产生所述12脉波整流变负荷需要的无功功率。 

具体地，所述低压SVG装置采用三单相桥型的电路结构，每一相为一个H桥电路，H桥电路包括4个IGBT管、薄膜电容和放电电阻，其中所述三单相桥型电路为星形连接。 

进一步地，所述的投切电容器采用晶闸管投切电容器，电容器C1、C2、C3串联电抗器L1、L2、L3，晶闸管投切电容器的主接线为三角形接法中的角外接法。 

进一步地，所述的低压SVG装置产生无功功率并控制晶闸管投切电容器共同补偿负荷所需的无功功率，低压SVG装置还选择性的产生11次和13次谐波电流来滤除负荷的11次和13次谐波电流。 

本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，不仅能够补偿无功，还能有选择性的滤除谐波，不需要无源滤波器，减少了装置的体积，降低了装置的成本，提高了电能质量治理装置的性价比。 

附图说明

图1是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施例的结构示意图； 

图2是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施例的三单相桥型SVG的主电路结构图； 

图3是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施 例的投切电容器的主电路结构图； 

图4是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施例的基波电流正序分量检测原理图； 

图5是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施例的13次谐波电流正序分量检测原理图； 

图6是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施例的11次谐波电流负序分量检测原理图； 

图7是本实用新型基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置的实施例的低压SVG装置的滞环比较控制原理图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型做进一步的描述。 

如图1所示，本实施例基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，所述12脉波整流变负荷由一个整流变压器和两个三相桥式电路构成，整流变压器为三绕组变压器，两个三相桥式电路对称并分别与整流变压器的两个低压绕组连接；12脉波整流变负荷通过两个6脉波三相桥式电路的组合，实现12脉动的效果。 

12脉波整流变负荷可采用在整流变压器低压侧或高压侧进行电能质量治理，低压侧电能质量治理直接在低压侧抑制谐波电流和补偿无功功率，可减小整流变压器的损耗，增大整流变压器的输出效率。所以就经济成本而言，低压侧电能质量治理较为合理。 

本实施例基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，包括低压SVG装置和投切电容器，其中所述低压SVG装置并联在所述12脉波整流变负荷两低压侧母线上，所述投切电容器与所述低压SVG装置并联，所述SVG控制器基于瞬时功率理论的谐波电流检测方法得到所述整流变负荷的无功电流和谐波电流，基于所述的无功电流和谐波电流控制所述低压SVG装置产生对所述12 脉波整流变负荷进行治理所需的无功功率和谐波电流，并控制所述投切电容器的投切，产生所述12脉波整流变负荷需要的无功功率。 

如图2所示，所述的低压SVG装置，采用三单相桥型的电路结构，每一相为一个H桥电路，H桥电路是由4个IGBT管、薄膜电容和放电电阻等组成，三相为星形连接。 

如图3所示，所述的投切电容器采用晶闸管投切电容器（TSC），电容器串联电抗器，电抗器基波感抗选为容抗的12%，可抑制3次以上的谐波电流。晶闸管投切电容器的主接线为三角形接法中的角外接法，角外接法既是晶闸管阀处于电容器三角形的外部。低压SVG装置控制晶闸管投切电容器（TSC）的投切，采用晶闸管两端电压过流时触发晶闸管的控制方式。 

如图4所示，所述的负荷基波电流正序分量检测原理图，设三相电压为u_a、u_b和u_c，三相电压通过锁相环（PLL），得到与电压同步的信号ωt，从而得到sinωt和cosωt，基波正序分量的park变换矩阵T₁₊为：T₁₊=CC₃₂， 

其中 $C=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\ωt}& -\cos \mathrm{\ωt}\\ \cos \mathrm{\ωt}& \sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right],$ $C_{32}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right],$

设三相负荷电流为i_La、i_Lb和i_Lc，对三相负荷电流进行基波电流正序分量的park变换得到： 

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d+}\\ i_{q+}\end{array}\right]=T_{1+}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)& \sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \cos \left(\mathrm{\ωt}\right)& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

设置低通滤波器（LPF）对i_q+进行低通滤波，提取i_q+的直流量为

SVG运行时产生开关损耗和阻性损耗的能量由H桥的直流电容器来提供，为了保持H桥直流电压恒定，增加一个直流电压调节器，使SVG损耗所需能量从电力系统中汲取。在直流电压调节器中，设

为直流电压的给定值，u_di为某一个H桥的直流侧电容电压，直流电压的给定值

与APF三相直流侧电容电压 之和的平均值

相减，差值进行PID调节控制，输出量△i_d作为SVG从电网吸收的基波正序有功电流，维持各电容电压之和为定值。 

SVG要补偿负荷的无功功率，需补偿的基波无功电流对应于SVG自身损耗的能量由电网提供，需要的基波有功电流对应于△i_d，对

和△i_d进行基波正序分量的park反变换得到： $\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{fa}+}\\ i_{\mathrm{fb}+}\\ i_{\mathrm{fc}+}\end{array}\right]={T_{1+}}^{-1}\left[\frac{{\mathrm{\Δi}}_d}{i_{q+}}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)& \cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\\ \sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3}+)\end{array}\right]\left[\frac{{\mathrm{\Δi}}_d}{i_{q+}}\right]---\left(2\right)$

如图5所示，所述的13次谐波电流正序分量检测原理图，对负荷电流进行13次谐波电流正序分量的park变换得到： 

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d13+}\\ i_{q13+}\end{array}\right]T_{13+}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right]\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\sin \left(13\mathrm{\ωt}\right)& \sin (13\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \sin (13\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \cos \left(13\mathrm{\ωt}\right)& \cos (13\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (13\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right]---\left(3\right)$

设置低通滤波器（LPF）对i_d13+和i_q13+进行低通滤波，提取i_d13+的直流量为

提取i_q13+的直流量为对

和

进行13次谐波电流正序分量的park反变换得到： 

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{fa}13+}\\ i_{\mathrm{fb}13+}\\ i_{\mathrm{fc}13+}\end{array}\right]=T_{13+\left[\frac{\stackrel{\‾}{i_{d13+}}}{i_{q13+}}\right]}^{-1}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\sin \left(13\mathrm{\ωt}\right)& \cos \left(13\mathrm{\ωt}\right)\\ \sin (13\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (13\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (13\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (13\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\frac{\stackrel{\‾}{i_{d13+}}}{i_{d13+}}\right]---\left(4\right)$

如图6所示，所述的11次谐波电流负序分量检测原理图，对负荷电流进行11次谐波电流负序分量的park变换得到： 

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d11-}\\ i_{q11-}\end{array}\right]=T_{11-}\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\sin \left(11\mathrm{\ωt}\right)& \sin (11\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \sin (11\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \cos \left(11\mathrm{\ωt}\right)& \cos (11\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (11\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right]---\left(5\right)$

设置低通滤波器（LPF）对i_d11-和i_q11-进行低通滤波，提取i_d11-的直流量为

提取i_q11-的直流量为对

和

进行11次谐波电流负序分量的park反变 换得到： $\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{fa}11-}\\ i_{\mathrm{fb}11-}\\ i_{\mathrm{fc}11-}\end{array}\right]=T_{11-}^{-1}\left[\frac{\stackrel{\‾}{i_{d11-}}}{i_{q11-}}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{cc}\sin \left(11\mathrm{\ωt}\right)& \cos \left(11\mathrm{\ωt}\right)\\ \sin (11\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (11\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ \sin (11\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos (11\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right]\left[\frac{\stackrel{\‾}{i_{d11-}}}{i_{q11-}}\right]---\left(6\right)$

如图7所示，所述的SVG滞环比较控制原理图，设SVG实际的补偿电流为i_ca、i_cb和i_cc，理想的补偿电流为

、

和。理想的补偿电流由下式可得： 

$\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ca}}^{*}=i_{\mathrm{fa}+}+i_{\mathrm{fa}13+}+i_{\mathrm{fa}11-}\\ i_{\mathrm{cb}}^{*}=i_{\mathrm{fb}+}+i_{\mathrm{fb}13+}+i_{\mathrm{fb}11}-\\ i_{\mathrm{cc}}^{*}=i_{\mathrm{fc}+}+i_{\mathrm{fc}13+}+i_{\mathrm{fc}11}-\end{array}---\left(7\right)$

本实用新型采用滞环比较的控制方式，以APF的A相为例，参考的补偿电流

与实际的补偿电流i_ca进行比较，两者之差△i_ca作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生PWM信号，该PWM信号经驱动电路来控制开关的通断，从而控制补偿电流i_ca的变化。该方法的硬件电路简单、易实现，动态响应快，控制精度高。 

以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。 

Claims (4)

1.一种基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，其特征在于：包括低压SVG装置和投切电容器，其中所述低压SVG装置并联在所述12脉波整流变负荷两低压侧母线上，所述投切电容器与所述低压SVG装置并联，所述SVG控制器基于瞬时功率理论的谐波电流检测方法得到所述整流变负荷的无功电流和谐波电流，基于所述的无功电流和谐波电流控制所述低压SVG装置产生对所述12脉波整流变负荷进行治理所需的无功功率和谐波电流，并控制所述投切电容器的投切，产生所述12脉波整流变负荷需要的无功功率。 

2.根据权利要求1所述的基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，其特征在于：所述低压SVG装置采用三单相桥型的电路结构，每一相为一个H桥电路，H桥电路包括4个IGBT管、薄膜电容和放电电阻，其中所述三单相桥型电路为星形连接。 

3.根据权利要求1所述的基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，其特征在于：所述的投切电容器采用晶闸管投切电容器，电容器串联电抗器，晶闸管投切电容器的主接线为三角形接法中的角外接法。 

4.根据权利要求1所述的基于SVG对12脉波整流变负荷的电能治理装置，其特征在于：所述的低压SVG装置产生无功功率并控制晶闸管投切电容器共同补偿负荷所需的无功功率，低压SVG装置还选择性的产生11次和13次谐波电流来滤除负荷的11次和13次谐波电流。 

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