CN207459737U - 一种三相不平衡自动调节装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种三相不平衡自动调节装置。一种三相不平衡自动调节装置，其中，包括滤波模块、直流储能模块、三相PWM变流器、驱动模块、主控器以及人机交互接口，滤波模块的原边与电网相连接，副边与三相PWM变流器的交流侧连接，直流储能模块与三相PWM变流器的直流侧连接，驱动模块一端与三相PWM变流器连接，另一端与主控器连接，主控器通过采集装置分别与直流储能模块、三相PWM变流器交流侧、该调节装置安装点电网侧线路及该调节装置安装点负载侧线路连接，人机交互接口与主控器连接。本实用新型可以补偿三相电流不平衡问题，同时还能调节功率因数，抑制谐波，一机多用，避免了相互干扰问题，在空间受限的场合增加了安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三相不平衡自动调节装置。
背景技术
电能是社会经济发展的重要物质保证，随着国民经济和科学技术的发展，低压配网中大量单相非线性和冲击性负荷（如空调、LED灯、电磁炉等）接入电网，所产生的电能质量问题严重威胁着整个电网和各供用电设备的安全稳定运行。目前我国最新的五项电能质量国家标准包括:供电电压偏差、电压波动和闪变、电力系统频率偏差、三相电压不平衡、公用电网间谐波。
在低压配电网中，由于存在大量单相负荷和负荷用电的随机性，三相电流不平衡运行是不可避免的。随着负荷种类、用电量的增加，以及单相负荷、非线性负荷和冲击性负荷比例的增大，低压配电侧三相电流不平衡问题愈发严重，已成为低压配电网运行中亟待解决的突出问题。低压配电网若长期处于三相电流不平衡运行将给低压配电网经济运行和安全稳定运行带来不小的负面影响。
伴随着电力用户对电能质量的要求越来越高，对于电能质量治理设备而言往往需要对三相电流不平衡、无功和谐波同时进行补偿。采用无源装置治理谐波和补偿无功是目前应用的主流，但无源补偿只能考虑除特定次数的谐波，易与电网发生谐振，体积大，损耗大，无功功率只能分级补偿，不仅补偿速度慢、冲击大、补偿精度低，还容易发生过补和欠补，智能性很差，且采用无源设备不能有效的补偿三相电流不平衡。在低压配电网中，三相电流不平衡、功率因数过低、谐波过大的电能质量问题会同时存在，需要不同类型的治理和控制手段加以解决。
实用新型内容
本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种三相不平衡自动调节装置。本实用新型采用多目标混合控制方法，可以补偿三相电流不平衡问题，同时还能调节功率因数，抑制谐波，一机多用，避免了相互干扰问题，在空间受限的场合增加了安全性，同时，多目标混合控制方式可根据具体工况，灵活在线配置不平衡补偿、无功补偿和谐波补偿的容量，充分利用了设备容量，综合治理低压配电网的电能质量问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种三相不平衡自动调节装置，其中，包括滤波模块、直流储能模块、三相PWM变流器、驱动模块、主控器以及人机交互接口，所述滤波模块用于滤除高频开关纹波电流，所述滤波模块的原边与电网相连接，副边与所述三相PWM变流器的交流侧连接，所述直流储能模块与所述三相PWM变流器的直流侧连接，所述驱动模块一端与所述三相PWM变流器连接，另一端与所述主控器连接，所述主控器通过采集装置分别与所述直流储能模块、三相PWM变流器交流侧、该调节装置安装点电网侧线路及该调节装置安装点负载侧线路连接，所述人机交互接口与所述主控器连接。主控器采集三相PWM变流器的输出电流值、直流储能模块的直流电压值以及该调节装置安装点处电网侧三相电压、该调节装置安装点处负载侧三相电流值，分析处理后，根据电压空间矢量调制技术发送驱动指令给驱动模块，同时，还将采集的电压电流值发送给人机交互接口，并接收人机交互接口下发的指令，驱动模块接收主控器发出的控制信号，驱动三相PWM变流器产生所需补偿电流波形。
进一步的，人机交互接口可采用工控机、工控屏等方式实现，方便操作人员对整个系统的监视与控制。
进一步的，所述三相PWM变流器采用三相全控桥拓扑形式，所述三相PWM变流器由绝缘栅双极晶体管(IGBT) 构成。
进一步的，所述直流储能模块用于储存经IGBT产生的直流能量。
进一步的，所述驱动模块接收所述主控器根据电压空间矢量调制技术发送的驱动指令，驱动三相PWM变流器的IGBT产生补偿电流波形。同时，驱动模块兼顾对三相PWM变流器的IGBT的保护功能。
本实用新型还提供上述三相不平衡自动调节装置的控制方法，其中，包括如下步骤：
S1. 主控器采集电网电压信号、需补偿负载的电流信号、三相PWM变流器输出的电流信号和直流储能模块的直流电压信号；
S2. 计算电网电压的锁相环角度，需补偿负载电流的负序分量、零序分量、无功分量和谐波分量；
S3. 提取三相不平衡自动装置的负序分量限流值、零序分量限流值、无功分量限流值和谐波分量限流值；
S4. 判断三相电流不平衡度是否超过设定的门槛值，若超过，则主控器根据负载侧三相电流不平衡情况发送相应指令给驱动模块来驱动三相PWM变流器进行动态补偿，在不超过负序分量限流值及零序分量限流值的范围内，使低压配电网侧三相电流不平衡度低于设定的目标值；
S5. 判断功率因数是否低于设定的门槛值，若低于设定值，则主控器根据负载侧无功功率情况发送相应指令给驱动模块来驱动三相PWM变流器进行动态补偿，在不超过无功分量限流值的范围内，使低压配电网侧功率因数高于设定的目标值；
S6. 判断谐波含量是否高于设定的门槛值，若高于设定值，则主控器根据负载侧谐波电流情况发送相应指令给驱动模块来驱动三相PWM变流器进行动态补偿，在不超过谐波分量限流值的范围内，使低压配电网侧谐波含量低于设定的目标值。
进一步的，所述步骤S4中，以负载电流的负序分量和零序分量作为给定值，调节装置的负序分量和零序分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID闭环控制，实现对负载的三相电流不平衡补偿，且补偿目标为使三相电流不平衡率低于设定目标值。
进一步的，所述步骤S5中，以负载电流的无功分量作为给定值，调节装置的无功分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID闭环控制，实现对负载的无功补偿，且补偿目标为使功率因数高于设定的目标值。
进一步的，所述步骤S6中，以负载电流的谐波分量作为给定值，调节装置的谐波分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID闭环控制，实现对负载的谐波补偿，且补偿目标为使谐波含量低于设定的目标值。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型在有源补偿基础上，专门设计了一种的针对低压配网三相电流不平衡问题进行有源补偿治理的装置。在容量范围内，该装置采用了多目标混合控制方式，在进行三相电流不平衡治理的同时，还可以同时治理功率因数过低、抑制电网谐波，实现了一机多用，减少了二次投入费用和设备之间互相干扰的问题。
附图说明
图1是本实用新型调节装置的工作原理示意图。
图2是本实用新型调节装置的结构示意图。
图3是本实用新型调节装置控制方法的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1和图2所示，一种三相不平衡自动调节装置，其中，包括滤波模块、直流储能模块、三相PWM变流器、驱动模块、主控器以及人机交互接口，所述滤波模块用于滤除高频开关纹波电流，所述滤波模块的原边与电网相连接，副边与所述三相PWM变流器的交流侧连接，所述直流储能模块与所述三相PWM变流器的直流侧连接，所述驱动模块一端与所述三相PWM变流器连接，另一端与所述主控器连接，所述主控器通过采集装置分别与所述直流储能模块、三相PWM变流器交流侧、该调节装置安装点电网侧线路及该调节装置安装点负载侧线路连接，所述人机交互接口与所述主控器连接。主控器采集三相PWM变流器的输出电流值、直流储能模块的直流电压值以及该调节装置安装点处电网侧三相电压、该调节装置安装点处负载侧三相电流值，分析处理后，根据电压空间矢量调制技术发送驱动指令给驱动模块，同时，还将采集的电压电流值发送给人机交互接口，并接收人机交互接口下发的指令，驱动模块接收主控器发出的控制信号，驱动三相PWM变流器产生所需补偿电流波形。
本实施例中，人机交互接口可采用工控机、工控屏等方式实现，方便操作人员对整个系统的监视与控制。
本实施例中，所述三相PWM变流器采用三相全控桥拓扑形式，所述三相PWM变流器由绝缘栅双极晶体管(IGBT) 构成。
本实施例中，所述直流储能模块用于储存经IGBT产生的直流能量。
本实施例中，所述驱动模块接收所述主控器根据电压空间矢量调制技术发送的驱动指令，驱动三相PWM变流器的IGBT产生补偿电流波形。同时，驱动模块兼顾对三相PWM变流器的IGBT的保护功能。
如图3所示，上述三相不平衡自动调节装置的控制方法包括如下步骤：
S1. 主控器采集电网电压信号、需补偿负载的电流信号、三相PWM变流器输出的电流信号和直流储能模块的直流电压信号。
S2. 计算电网电压的锁相环角度，需补偿负载电流的负序分量、零序分量、无功分量和谐波分量。
S3. 提取三相不平衡自动装置的负序分量限流值、零序分量限流值、无功分量限流值和谐波分量限流值。
S4. 判断三相电流不平衡度是否超过设定的门槛值，若超过，则主控器根据负载侧三相电流不平衡情况发送相应指令给驱动模块来驱动三相PWM变流器进行动态补偿，在不超过负序分量限流值及零序分量限流值的范围内，使低压配电网侧三相电流不平衡度低于设定的目标值。具体的，以负载电流的负序分量和零序分量作为给定值，调节装置的负序分量和零序分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID闭环控制，实现对负载的三相电流不平衡补偿，且补偿目标为使三相电流不平衡率低于设定目标值。
S5. 判断功率因数是否低于设定的门槛值，若低于设定值，则主控器根据负载侧无功功率情况发送相应指令给驱动模块来驱动三相PWM变流器进行动态补偿，在不超过无功分量限流值的范围内，使低压配电网侧功率因数高于设定的目标值。具体的，以负载电流的无功分量作为给定值，调节装置的无功分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID闭环控制，实现对负载的无功补偿，且补偿目标为使功率因数高于设定的目标值。
S6. 判断谐波含量是否高于设定的门槛值，若高于设定值，则主控器根据负载侧谐波电流情况发送相应指令给驱动模块来驱动三相PWM变流器进行动态补偿，在不超过谐波分量限流值的范围内，使低压配电网侧谐波含量低于设定的目标值。具体的，以负载电流的谐波分量作为给定值，调节装置的谐波分量作为反馈值，在同步旋转坐标系下进行PID闭环控制，实现对负载的谐波补偿，且补偿目标为使谐波含量低于设定的目标值。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种三相不平衡自动调节装置，其特征在于，包括滤波模块、直流储能模块、三相PWM变流器、驱动模块、主控器以及人机交互接口，所述滤波模块的原边与电网相连接，副边与所述三相PWM变流器的交流侧连接，所述直流储能模块与所述三相PWM变流器的直流侧连接，所述驱动模块一端与所述三相PWM变流器连接，另一端与所述主控器连接，所述主控器通过采集装置分别与所述直流储能模块、三相PWM变流器交流侧、该调节装置安装点电网侧线路及该调节装置安装点负载侧线路连接，所述人机交互接口与所述主控器连接。
2. 根据权利要求1所述的一种三相不平衡自动调节装置，其特征在于，所述三相PWM变流器采用三相全控桥拓扑形式，所述三相PWM变流器由绝缘栅双极晶体管(IGBT) 构成。
3.根据权利要求2所述的一种三相不平衡自动调节装置，其特征在于，所述直流储能模块用于储存经IGBT产生的直流能量。
4.根据权利要求2所述的一种三相不平衡自动调节装置，其特征在于，所述驱动模块接收所述主控器根据电压空间矢量调制技术发送的驱动指令，驱动三相PWM变流器的IGBT产生补偿电流波形。
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