CN205092585U - 一种低压台区电能质量治理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压台区电能质量治理装置，包括变压器和控制回路，所述变压器为ZigZag变压器，所述控制回路包括：逆变器，采样电路，PWM调制器，保护电路，滤波器。本实用新型的低压台区电能质量治理装置，通过变压器和控制回路的设置，就可以有效的检测到外部线路的零序电流，有效的对零序电流进行及时的补偿，以滤除零序电流。

Description

一种低压台区电能质量治理装置

技术领域

本实用新型涉及一种电能治理装置，更具体的说是涉及一种低压台区电能质量治理装置。

背景技术

近十多年来，随着电力电子技术的迅速发展，地区配电系统中大功率电力电子装置日益增多，在提高了地区工业装置的效率和自动化水平的同时也带来了其配电系统的无功问题。由于感性负载的存在，地区配电网中电流与电压产生相位差，从而产生无功功率，造成功率因数偏低。此外，还在配电网中引起另一类问题即三相不平衡问题。其原因在于地区配电网以传统的三相四线制配电变压器接线居多，且变压器容量小于100kVA占全局变压器数量50%左右，而这些小容量的变压器易受到季节性单相负荷的影响，（如单相炒茶机等），继而引起配电网低压单相负荷不能人工完全均分，分配的负荷实际运行率差异过大，且单相用户的不可控增容等，这都不可避免造成低压配电网的三相不平衡问题。

这种三相负荷不平衡现象将必然导致中性线电流增加，由于其大小相等方向相反，在中性线上叠加会产生中性线过载、过热、以及产生电磁干扰、影响供电电压波形、绝缘层破坏、降低功率因数、降低变压器及电器设备的使用寿命等问题，最终严重影响地区电压合格率指标。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种可以滤除零序电流、提高低压台区三相平衡度的低压台区电能质量治理装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种低压台区电能质量治理装置，包括变压器和控制回路，所述变压器为ZigZag变压器，所述变压器耦接于外部线路，所述控制回路包括：

逆变器，耦接于外部线路，提供大容量直流电压源，并提供补偿的零序电流；

采样电路，耦接于变压器，采集变压器中不平衡零序电流，为补偿零序电流提供依据；

PWM波调制器，耦接于逆变器和采样电路，以根据采样电路采集的零序电流，将逆变器输出的电流进行PWM波调制，输出PWM电流作为补偿的交流零序电流；

保护电路，耦接于采样电路和逆变器与变压器之间，当采样电路采样到需要补偿电流超过阈值时，断开采样电路和逆变器与变压器之间的连接；

滤波器，耦接于变压器和外部线路之间，以滤除外部线路中的高频分量。

作为本实用新型的进一步改进，所述逆变器包括三角波发生电路、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极耦接，所述第一MOS管的源极与第三MOS管的漏极耦接，所述第三MOS管的源极与第四MOS管的源极耦接，所述第二MOS管的源极与第四MOS管的漏极耦接，所述第一MOS管的源极与第三MOS管的漏极之间的结点延伸出第一输出端，所述第二MOS关的源极与第四MOS管的漏极之间的结点延伸出第二输出端，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的漏极和源极之间均耦接有肖特基二极管，并且该肖特基二极管的阴极与漏极耦接，阳极与源极耦接，所述第二MOS管的漏极与第四MOS管的源极之间还耦接有电容，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管的栅极均与三角波发生电路耦接，所述三角波发生电路包括波形发生电路和增幅电路，所述波形发生电路包括555定时芯片，该芯片的4、8引脚耦接于电源，7引脚耦接有第一电阻后接电源，并且还耦接有第二电阻后耦接PWM调制器，2、6引脚短接后耦接于PWM调制器，1引脚接地，5引脚耦接有第二电容后接地，3引脚作为输出引脚，耦接有第三电容和第三电阻耦接于增幅电路，所述第三电阻还耦接有第四电容后接地。

作为本实用新型的进一步改进，所述增幅电路包括第一运算放大器、第四电阻和第五电阻，所述第一运算放大器的同相输入端耦接于第三电阻，反相输入端耦接于第四电阻后接地，还耦接于第五电阻后耦接于第一运算放大器的输出端。

作为本实用新型的进一步改进，所述采样电路包括第二运算放大器、第六电阻和互感器，所述互感器与变压器耦接，所述第二运算放大器的同相输入端耦接于其输出端后耦接于保护电路，所述第二运算放大器的反相输入端耦接于互感器的次级侧，并且还耦接于第六电阻。

作为本实用新型的进一步改进，所述保护电路包括DSP模块和A/D模块，所述DSP模块与A/D模块耦接后与采样电路耦接，所述DSP模块耦接于PWM调制器后耦接于逆变器进行补偿输出，所述DSP模块还耦接有开关管，该开关管具有第一端，耦接于DSP模块，第二端，耦接于电源，控制端，输入直流侧电压。

本实用新型具有以下有益效果，通过将变压器设置成ZigZag变压器，利用ZigZag变压器本身的特性，就可以有效的滤出外部线路里面的零序电流，然后通过采样电路的设置，就可以将变压器所滤出的零序电流进行采样，在采样电路采样到零序电流以后，然后通过PWM调制器与逆变器的配合作用，就可以有效的根据采样电路采集到的零序电流，调制出与该零序电流相适配的补偿电流，通过补偿电流的补偿就可以有效的滤除掉零序电流，有效的提高低压台区三相平衡度。

附图说明

图1为本实用新型的低压台区电能质量治理装置中逆变器的电路图；

图2为图1中三角波发生电路的电路图；

图3为本实用新型的低压台区电能质量治理装置中采样电路的电路图；

图4为本实用新型的低压台区电能质量治理装置中保护电路的电路图。

具体实施方式

参照图1至4所示，本实施例的一种低压台区电能质量治理装置，包括变压器1和控制回路2，所述变压器1为ZigZag变压器，所述变压器1耦接于外部线路，所述控制回路2包括：

逆变器21，耦接于外部线路，提供大容量直流电压源，并提供补偿的零序电流；

采样电路22，耦接于变压器1，采集变压器1中不平衡零序电流，为补偿零序电流提供依据；

PWM调制器23，耦接于逆变器21和采样电路22，以根据采样电路22采集的零序电流，将逆变器21输出的电流进行PWM波调制，输出PWM电流作为补偿的交流零序电流；

保护电路24，耦接于采样电路22和逆变器21与变压器1之间，当采样电路22采样到需要补偿电流超过阈值时，断开采样电路22和逆变器21与变压器1之间的连接；

滤波器25，耦接于变压器1和外部线路之间，以滤除外部线路中的高频分量，在使用治理装置的过程中，变压器1就会实时的将外部线路中的电流滤除其他电流，只留下零序电流流入到采样电路22中，此时逆变器21实时的将外部电源逆变成交流电，接着通过PWM调制器23的调制作用，输出补偿电流输入到外部电路中，这样就可以有效的对外部线路进行零序电流补偿作用，而通过保护电路24和滤波器25的设置，在需要补偿电流超过60A的时，以及外部线路中的高频分量流入到装置内的时候，就可以有效的保护装置不受损坏。

作为改进的一种具体实施方式，所述逆变器21包括三角波发生电路211、第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3和第四MOS管(T4)，所述第一MOS管(T1)的漏极与第二MOS管T2的漏极耦接，所述第一MOS管T1的源极与第三MOS管T3的漏极耦接，所述第三MOS管T1的源极与第四MOS管T4的源极耦接，所述第二MOS管T2的源极与第四MOS管T4的漏极耦接，所述第一MOS管T1的源极与第三MOS管T3的漏极之间的结点延伸出第一输出端，所述第二MOS关T2的源极与第四MOS管T4的漏极之间的结点延伸出第二输出端，所述第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3和第四MOS管T4的漏极和源极之间均耦接有肖特基二极管，并且该肖特基二极管的阴极与漏极耦接，阳极与源极耦接，所述第二MOS管T2的漏极与第四MOS管T4的源极之间还耦接有电容，所述第一MOS管T1、第二MOS管T2、第三MOS管T3和第四MOS管(T4)的栅极均与三角波发生电路211耦接，所述三角波发生电路211包括波形发生电路2111和增幅电路2112，所述波形发生电路2111包括555定时芯片U1，该芯片的4、8引脚耦接于电源，7引脚耦接有第一电阻R1后接电源，并且还耦接有相互串联的第二电阻R2后耦接PWM调制器23，2、6引脚短接后耦接于PWM调制器23，1引脚接地，5引脚耦接有第二电容C2后接地，3引脚作为输出引脚，耦接有第三电容C3和第三电阻R3耦接于增幅电路2112，所述第三电阻R3还耦接有第四电容C4后接地，通过第一MOS管T1、第一MOS管T2、第一MOS管T3和第一MOS管T4的设置，就可以有效的组成一种单相全桥逆变器，就可以有效的产生逆变而出的交流电了，而通过三角波发生电路211的设置，就能够很好的配合单相全桥逆变器产生用于补偿的交流电流了。

作为改进的一种具体实施方式，所述增幅电路包括第一运算放大器U2、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第一运算放大器U2的同相输入端耦接于第三电阻R3，反相输入端耦接于第四电阻R4后接地，还耦接于第五电阻R5后耦接于第一运算放大器U2的输出端，通过第一运算放大器U2以及第四电阻R4和第五电阻R5的设置，就可以有效的对三角波发生电路211输出的三角波的幅值进行增大作用，如此便能够更好的与单相全桥逆变器配合产生补偿的交流电流了。

作为改进的一种具体实施方式，所述采样电路22包括第二运算放大器(U3)、第六电阻R6和互感器L，所述互感器L与变压器1耦接，所述第二运算放大器U3的同相输入端耦接于其输出端后耦接于保护电路24，所述第二运算放大器U3的反相输入端耦接于互感器的次级侧，并且还耦接于第六电阻R6，通过互感器L和第二运算放大器U3的设置，就可以有效的通过互感器L感应到零序电流，而通过第二运算放大器U3就可以将互感器L的感应出的信号进行放大，如此便能够很好的起到采样零序电流的效果。

作为改进的一种具体实施方式，所述保护电路24包括DSP模块241和A/D模块242，所述DSP模块241与A/D模块242耦接后与采样电路22耦接，所述DSP模块241耦接于PWM调制器23后耦接于逆变器21进行补偿输出，所述DSP模块241还耦接有开关管Q，该开关管Q具有第一端，耦接于DSP模块241，第二端，耦接于电源，控制端，输入直流侧电压，而通过DSP模块241和A/D模块242的设置，在采样电路22采集到需要补偿的零序电流大于60A的时候，过流信号送到DSP模块241内，关断DSP模块241的输出，DSP模块241就会断开装置与外部线路，有效的保护了装置不受损坏，而当直流侧的电压过大的时候，DSP模块241同样会断开装置与外部线路，同样有效的保护了装置不受损坏。

综上所述，本实用新型的低压台区电能质量治理装置，通过变压器1和控制回路2的设置，就可以有效的采集出零序电流，并对零序电流进行补偿，如此便可以避免现有技术中出现的中性电流增加的问题，提高低压台区三相平衡度。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种低压台区电能质量治理装置，其特征在于：包括变压器（1）和控制回路（2），所述变压器（1）为ZigZag变压器，所述变压器（1）耦接于外部线路，所述控制回路（2）包括：

逆变器（21），耦接于外部线路，提供大容量直流电压源，并提供补偿的零序电流；

采样电路（22），耦接于变压器（1），采集变压器（1）中不平衡零序电流，为补偿零序电流提供依据；

PWM调制器（23），耦接于逆变器（21）和采样电路（22），以根据采样电路（22）采集的零序电流，将逆变器（21）输出的电流进行PWM波调制，输出PWM电流作为补偿的交流零序电流；

保护电路（24），耦接于采样电路（22）和逆变器（21）与变压器（1）之间，当采样电路（22）采样到需要补偿电流超过阈值时，断开采样电路（22）和逆变器（21）与变压器（1）之间的连接；

滤波器（25），耦接于变压器（1）和外部线路之间，以滤除外部线路中的高频分量。

2.根据权利要求1所述的低压台区电能质量治理装置，其特征在于：所述逆变器（21）包括三角波发生电路（211）、第一MOS管（T1）、第二MOS管（T2）、第三MOS管（T3）和第四MOS管(T4)，所述第一MOS管(T1)的漏极与第二MOS管（T2）的漏极耦接，所述第一MOS管（T1）的源极与第三MOS管（T3）的漏极耦接，所述第三MOS管（T3）的源极与第四MOS管（T4）的源极耦接，所述第二MOS管（T2）的源极与第四MOS管（T4）的漏极耦接，所述第一MOS管（T1）的源极与第三MOS管（T3）的漏极之间的结点延伸出第一输出端，所述第二MOS管（T2）的源极与第四MOS管（T4）的漏极之间的结点延伸出第二输出端，所述第一MOS管（T1）、第二MOS管（T2）、第三MOS管（T3）和第四MOS管(T4)的漏极和源极之间均耦接有肖特基二极管，并且该肖特基二极管的阴极与漏极耦接，阳极与源极耦接，所述第二MOS管（T2）的漏极与第四MOS管（T4）的源极之间还耦接有电容，所述第一MOS管（T1）、第二MOS管（T2）、第三MOS管（T3）和第四MOS管(T4)的栅极均与三角波发生电路（211）耦接，所述三角波发生电路（211）包括波形发生电路（2111）和增幅电路（2112），所述波形发生电路（2111）包括555定时芯片（U1），该芯片的4、8引脚耦接于电源，7引脚耦接有第一电阻（R1）后接电源，并且还耦接有第二电阻（R2）后耦接PWM调制器（23），2、6引脚短接后耦接于PWM调制器（23），1引脚接地，5引脚耦接有第二电容（C2）后接地，3引脚作为输出引脚，耦接有第三电容（C3）和第三电阻（R3）耦接于增幅电路（2112），所述第三电阻（R3）还耦接有第四电容（C4）后接地。

3.根据权利要求2所述的低压台区电能质量治理装置，其特征在于：所述增幅电路包括第一运算放大器（U2）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5），所述第一运算放大器（U2）的同相输入端耦接于第三电阻（R3），反相输入端耦接于第四电阻（R4）后接地，还耦接于第五电阻（R5）后耦接于第一运算放大器（U2）的输出端。

4.根据权利要求3所述的低压台区电能质量治理装置，其特征在于：所述采样电路（22）包括第二运算放大器(U3)、第六电阻（R6）和互感器（L），所述互感器（L）与变压器（1）耦接，所述第二运算放大器（U3）的同相输入端耦接于其输出端后耦接于保护电路（24），所述第二运算放大器（U3）的反相输入端耦接于互感器的次级侧，并且还耦接于第六电阻（R6）。

5.根据权利要求4所述的低压台区电能质量治理装置，其特征在于：所述保护电路（24）包括DSP模块（241）和A/D模块（242），所述DSP模块（241）与A/D模块（242）耦接后与采样电路（22）耦接，所述DSP模块（241）耦接于PWM调制器（23）后耦接于逆变器（21）进行补偿输出，所述DSP模块（241）还耦接有开关管（Q），该开关管（Q）具有第一端，耦接于DSP模块（241），第二端，耦接于电源，控制端，输入直流侧电压。