CN206790103U - 一种电压暂降／暂升治理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电压暂降/暂升治理装置，其技术特点是：包括三相信号采集及调整单元、三相DSP处理器、三相补偿电压暂变及谐波电路、三相可控硅、主控制器和直流储能单元；每相信号采集及调整单元连接到该相DSP处理器模块的输入端，每相DSP处理器模块的输出端与该相可控硅及该相补偿电压暂变及谐波电路相链接；主控制器与三相DSP处理器相连接，该主控制器通过AD/DC电路与直流储能单元相连接，该直流储能单元的输出端与三相补偿电压暂变及谐波电路相连接。本实用新型能够解决由非线性、不对称负载带来的无功、谐波电流以及不平衡问题，还可以为敏感负荷提供更优质的供电电压，从而使其免于受到系统电压暂降或暂升、谐波电压等带来的影响。

Description

一种电压暂降/暂升治理装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，尤其是一种电压暂降/暂升治理装置。

背景技术

随着工厂生产自动化程度的提高，生产设备对电压暂降、暂升问题变得越来越敏感，因此对电能质量的要求越来越高。然而，电能从发出到使用的整个过程中要跨越广阔的地理区域，在整个传输系统普遍遭遇闪电、暴雨、大风、施工、人员误操作等意外，引起短路故障导致的电压暂降现象，有些足以影响到敏感设备的正常运行。比起电压暂降、电压暂升的发生几率虽然很小，但是危害更加巨大，电压有效值的异常升高，会直接损坏设备。据统计，92％以上的电能质量事件为电压暂降和暂升，电压暂降已经被众多的国际研究机构确定为电力系统中最为普遍发生的事件。因此对敏感设备进行电压暂降、暂升保护显得尤为重要。

目前，治理配电网电压暂降、暂升的方法有：UPS不间断电源，但UPS能耗高，需要日常维护和定期更换储能电池，产生谐波，不适合工业和动态负载，长期使用存在可靠性等问题；SSTS固态切换开关，安装及定时维护条件苛刻，需要真正独立双回路供电，且允许瞬时切换，无任何能量储存，不适合非常敏感的负载；在线式的AVC，效率低，不能治理深度很深的电压暂降，并且安装困难。以上方法，不能从根本上解决问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、效率高、安全可靠性且安装使用方便的电压暂降/暂升治理装置。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电压暂降/暂升治理装置，包括三相信号采集及调整单元、三相DSP处理器、三相补偿电压暂变及谐波电路、三相可控硅、主控制器和直流储能单元；每相信号采集及调整单元分别通过A/D转换模块连接到该相DSP处理器模块的输入端，每相DSP处理器模块的输出端与该相可控硅及该相补偿电压暂变及谐波电路相链接；所述主控制器与三相DSP处理器相连接，该主控制器通过AD/DC电路与直流储能单元的输入端相连接，该直流储能单元的输出端与三相补偿电压暂变及谐波电路相连接。

所述DSP处理器模块由滤波计算控制单元、补偿电压计算控制单元和SCR控制单元构成，该滤波计算控制单元、补偿电压计算控制单元与补偿电压暂变及谐波电路相连接，该SCR控制单元与可控硅相连接。

所述补偿电压暂变及谐波电路包括串联逆变器、并联逆变器、串联变压器，所述串联逆变器、并联逆变器与直流储能单元相连接，该串联逆变器通过电感L1连接串联变压器，该并联逆变器通过电感L2连接负载，该串联变压器一端通过可控硅连接交流电源，该串联变压器另一端连接负载。

所述直流储能单元包括储能控制DSP模块、第一双向DC/DC变压器、第二双向DC/DC变压器、超级电容、锂电池和驱动模块；所述储能控制DSP模块一端与主控制器相连接，该储能控制DSP模块另一端通过驱动模块与第一双向DC/DC变压器、第二双向DC/DC变压器相连接，所述超级电容分别与第一双向DC/DC变压器、第二双向DC/DC变压器相连接，该第二双向DC/DC变压器与锂电池相连接，所述超级电容、锂电池分别通过电压采样电路连接储能控制DSP模块，第一双向DC/DC变压器及超级电容通过电流采样电路与储能控制DSP模块相连接，第一双向DC/DC变压器还分别与AC/DC电路、补偿电压暂变及谐波电路相连接。

主控制器还连接有人机界面模块。

所述串联逆变器、并联逆变器为IGBT逆变器；所述可控硅为SCR可控硅；所述主控制器为RISC控制器。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型将三相信号采集及调整单元、三相DSP处理器、三相补偿电压暂变及谐波电路、RISC主控制器及直流储能单元结合在一起，其采用有源器件并利用电力电子整流逆变技术进行电网电压暂降和暂升的补偿，其作为一个以逆变器为基础的动态系统，实现了配电网电压暂降、暂升的治理，并具有谐波补偿功能，其作为一种能有效解决非线性敏感负荷综合电能质量问题的补偿装置，用以保护敏感的工业和商业负载免受电压突变的干扰，能够对电网电压暂降和暂升作快速和精准地校正，并有连续的电压调节和负载电压补偿的功能。

2、本实用新型不仅能够解决由非线性、不对称负载带来的无功、谐波电流以及不平衡问题，同样可以为敏感负荷提供更为优质的供电电压，从而使其免于受到系统电压暂降或暂升、谐波电压以及闪变等带来的影响。

附图说明

图1为本实用新型的电路方框图；

图2为补偿电压暂变和谐波电路的原理框图；

图3为直流储能单元的原理框图；

图4为本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种电压暂降/暂升治理装置，如图1所示，包括A/B/C三相信号采集及调整单元、A/B/C三相DSP处理器、A/B/C三相补偿电压暂变及谐波电路、A/B/C三相可控硅、RISC主控制器和直流储能单元。每相信号采集及调整单元分别通过A/D转换模块连接到每相DSP处理器模块的输入端，每相DSP处理器模块均包括滤波计算控制单元、补偿电压计算控制单元和SCR控制单元，每相补偿电压暂变及谐波电路均与该相DSP处理器模块的滤波计算控制单元、补偿电压计算控制单元相连接，每相可控硅与该相DSP处理器模块的SCR控制单元相连接，所述RISC主控制器与三相DSP处理器相连接，该RISC主控制器通过三遥接口与三遥设备相连接，该RISC主控制器通过AD/DC电路与直流储能单元的输入端相连接，该直流储能单元的输出端与三相补偿电压暂变及谐波电路相连接。

如图2所示，每相补偿电压暂变及谐波电路均由串联逆变器、并联逆变器、串联变压器以及旁路开关组成。串联逆变器、并联逆变器均为IGBT逆变器。串联逆变器、并联逆变器均与直流储能单元相连接，串联逆变器通过电感L1连接串联变压器，并联逆变器通过电感L2连接负载，串联变压器一端通过SCR可控硅连接交流电源，串联变压器另一端连接负载。本电路采用“左串右并”的连接形式，即工作时，并联逆变器接于负荷侧，主要用于补偿谐波电流、无功电流和不平衡电流，串联逆变器接于系统侧，具有维持负载公共联接点处电压幅值、抑制电压暂升、暂降的功能。补偿电压暂变及谐波电路实现了电压暂降、暂升的持久以及连续的补偿，提高了装置补偿的可靠性，避免了电压暂阵(暂升)补偿过程中谐波的对电网的污染和对负载的影响。具体工作流程如下：当电网电压在正常范围内,本电压暂降/暂升治理装置为预备状态，控制晶闸管为导通状态，串联逆变器不工作，如电网无谐波时，并联逆变器亦不工作，直流储能单元为满电状态或充电状态，如有谐波，并联逆变器开始工作，输出谐波补偿电流，此时输出电压即为电网电压；当电网电压发生电压暂降、暂升时，如果电压过高，本电压暂降/暂升治理装置立刻控制晶闸管为关断状态，电网电压完全与负载隔断，直流储能单元经过串联逆变器逆变放电，再通过注入串联变压器，向负载输出预先设定的电压，如果电压没有异常过高，晶闸管为导通状态，串联逆变器通过注入串联变压器而产生补偿电压，从而避免了由于电压暂降所导致的对负载的危害，而此时并联逆变器根据谐波情况而决定其工作状态。当电网电压恢复到正常值时，串联逆变器停止工作，同时控制晶闸管为导通状态，输出电压恢复为电网电压，如有电网存在谐波，并联逆变器开始工作，输出谐波补偿电流，如电网无谐波，并联逆变器亦不工作，直流储能单元为充电状态，为下一次的电压暂降做准备。

如图3所示，直流储能单元包括储能控制DSP模块、双向DC/DC变压器A、双向DC/DC变压器B、超级电容、锂电池和驱动模块。所述储能控制DSP模块一方面与RISC主控制器相连接，另一方面通过驱动模块与双向DC/DC变压器(斩波器)A、双向DC/DC变压器(斩波器)B相连接，所述超级电容分别与双向DC/DC变压器A、双向DC/DC变压器B相连接，双向DC/DC变压器B与锂电池相连接，所述超级电容、锂电池分别通过电压采样电路连接储能控制DSP模块，双向DC/DC变压器A及超级电容通过电流采样电路与储能控制DSP模块相连接，双向DC/DC变压器A还分别与AC/DC电路及补偿电压暂变及谐波电路的IGBT逆变器相连接。双向斩波器DC/DC(A)、双向斩波器DC/DC(B)、AC/DC电路由储能控制DSP模块和RISC主控制器协同控制，进行储能系统的释能、蓄能控制，同时还负责锂电池、超级电容器的充放电管理以及储能系统出口电压的精确控制。

本直流储能单元采用锂电池和超级电容混合储能系统。超级电容器是一种新型储能器件，其兼有常规电容器功率密度大、充电电池能量密度高的优点，可快速充放电且寿命长，表现出卓越的储能优势。但目前超级电容器的能量密度偏低，实现大容量储能较为困难，若将超级电容器与锂电池混合使用，使锂电池能量密度大和超级电容器功率密度大、循环寿命长的特点相结合，将会大大提高储能系统的性能。超级电容器与锂电池并联使用，能增大储能系统的功率，降低锂电池内部损耗，延长放电时间，增加使用寿命，还可缩小储能装置的体积。此种混合储能方式具有较高的充放电效率以及良好的稳定性，当交流电源供电出现电压大幅度暂降、暂升以及较长时间电压波动时，为电压暂降/暂升治理装置提供了有利的能量保障，使该装置不会因为直流储能不足而使补偿功能失效。本混合储能系统通过并联方式接入逆变器和充电端的直流侧，当对电网电压进行治理补偿时，逆变器开始工作，混合储能系统输出端直接并联接入逆变器输入端中，当电网电能量质量良好时，逆变器停止工作，混合储能系统输出端经双向逆变器接入充电回路。

本实用新型的工作过程如图4所示，A/B/C三相信号采集及调整单元同步采集电网A、B、C三相的电能参数和逆变器及混合储能单元状态，三相电能参数经A/D转换后数据进入每相DSP处理器模块；RISC主控制器根据逆变器及其直流储能的状态，对锂电和超级电容混合储能单元进行充电管理；DSP处理器根据数据同步完成电压暂降、暂升补偿、谐波治理所需的PWM控制信号并驱动相应的逆变器的IGBT输出补偿电压或电流，并根据电网电压状态控制SRC可控硅，即当电网电压出现异常高压(超过电压补偿能力)时将SRC关断，将负载与电网交流电源断开，保护负载不受破坏，此时负载供电完全由该装置的逆变器提供，DSP处理器模块根据负载所需电压输出PWM信号并驱动IGBT输出负载适用的稳定交流电。一旦电网异常高压结束，DSP处理器控制SRC可控硅导通。该新型装置适用于配网系统、采用先进的三电平整流、逆变的控制技术，快速跟踪、治理电网的电压暂降、暂升、谐波情况达到最优的治理效果、系统稳定无谐振，平滑调节，效果优异。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种电压暂降/暂升治理装置，其特征在于：包括三相信号采集及调整单元、三相DSP处理器、三相补偿电压暂变及谐波电路、三相可控硅、主控制器和直流储能单元；每相信号采集及调整单元分别通过A/D转换模块连接到该相DSP处理器模块的输入端，每相DSP处理器模块的输出端与该相可控硅及该相补偿电压暂变及谐波电路相链接；所述主控制器与三相DSP处理器相连接，该主控制器通过AD/DC电路与直流储能单元的输入端相连接，该直流储能单元的输出端与三相补偿电压暂变及谐波电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种电压暂降/暂升治理装置，其特征在于：所述DSP处理器模块由滤波计算控制单元、补偿电压计算控制单元和SCR控制单元构成，该滤波计算控制单元、补偿电压计算控制单元与补偿电压暂变及谐波电路相连接，该SCR控制单元与可控硅相连接。

3.根据权利要求1所述的一种电压暂降/暂升治理装置，其特征在于：所述补偿电压暂变及谐波电路包括串联逆变器、并联逆变器、串联变压器，所述串联逆变器、并联逆变器与直流储能单元相连接，该串联逆变器通过电感L1连接串联变压器，该并联逆变器通过电感L2连接负载，该串联变压器一端通过可控硅连接交流电源，该串联变压器另一端连接负载。

4.根据权利要求1所述的一种电压暂降/暂升治理装置，其特征在于：所述直流储能单元包括储能控制DSP模块、第一双向DC/DC变压器、第二双向DC/DC变压器、超级电容、锂电池和驱动模块；所述储能控制DSP模块一端与主控制器相连接，该储能控制DSP模块另一端通过驱动模块与第一双向DC/DC变压器、第二双向DC/DC变压器相连接，所述超级电容分别与第一双向DC/DC变压器、第二双向DC/DC变压器相连接，该第二双向DC/DC变压器与锂电池相连接，所述超级电容、锂电池分别通过电压采样电路连接储能控制DSP模块，第一双向DC/DC变压器及超级电容通过电流采样电路与储能控制DSP模块相连接，第一双向DC/DC变压器还分别与AC/DC电路、补偿电压暂变及谐波电路相连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种电压暂降/暂升治理装置，其特征在于：主控制器还连接有人机界面模块。

6.根据权利要求3所述的一种电压暂降/暂升治理装置，其特征在于：所述串联逆变器、并联逆变器为IGBT逆变器；所述可控硅为SCR可控硅；所述主控制器为RISC控制器。