CN208046239U - 一种带光伏发电的静止无功发生器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电网线路无功补偿技术领域，更具体地，涉及一种带光伏发电的静止无功发生器装置。包括检测模块、控制模块、IGBT‑IPM模块、通信模块、储能系统及后备电源、太阳能板和调压变压器，所述的检测模块、IGBT‑IPM模块和通信模块分别与控制模块电连接，所述的调节变压器和储能系统分别与IGBT‑IPM模块电连接，所述的后备电源和太阳能板分别与储能系统电连接，所述的后备电源与检测模块电连接。结构简单、安装方便、无线控制、远程调试、绿色环保、可靠性好、成本适中，能够改善电力系统无功分布的问题，一定程度上解决无功补偿发生器存在的不足之处。

Description

一种带光伏发电的静止无功发生器装置

技术领域

本实用新型涉及电网线路无功补偿技术领域，更具体地，涉及一种带光伏发电的静止无功发生器装置。

背景技术

配电网低电压问题是近年来随着国民经济发展而出现的问题，在经济不发达的地区较为常见。对于配电网低电压问题，可以选取无功补偿的治理手段，其中有传统的无功补偿（电容器和电抗器）、动态无功补偿（SVC和SVG）以及带无功调节能力的DG（分布式电源）等处理方法。

静止无功补偿发生器（SVG）是目前国内最先进的无功补偿装置，它依托电源模块直接在电力系统中调节无功功率。对于其电源模块，一般采用的是电网系统直接供电，经过整流装置输出直流至无功功率产生装置，通过逆变电路进而输出无功电流，其中整流装置相对复杂，供电电压会随着电网的波动而波动，稳定性不足。SVG能够运用控制运算模块，自动对无功电流输出进行控制，一般没有增加通信机实现远程人工控制，而且在我国倡导的绿色经济能源体系下，对清洁能源的利用性不强。

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，提供一种带光伏发电的静止无功发生器装置，结构简单、安装方便、无线控制、远程调试、绿色环保、可靠性好、成本适中，能够改善电力系统无功分布的问题，一定程度上解决无功补偿发生器存在的不足之处。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种带光伏发电的静止无功发生器装置，包括检测模块、控制模块、IGBT-IPM模块、通信模块、储能系统及后备电源、太阳能板和调压变压器，所述的检测模块、IGBT-IPM模块和通信模块分别与控制模块电连接，所述的调节变压器和储能系统分别与IGBT-IPM模块电连接，所述的后备电源和太阳能板分别与储能系统电连接，所述的后备电源与检测模块电连接。

进一步的，所述的检测模块引出两组各3条用于测量电流和电压的进线接入三相电路。采用电流A/D转化、电压A/D转化收集技术，进线通过装配PT与CT以测量，检测模块输入系统负荷点三相电压以及三相电流数据至控制模块，执行测量和传输数据的功能，同时有充电功能，其上存在2组进线连接电网，作为交流电源，通过线路连接为380V交流电源输入，为后备电源蓄电池充能，储备后备电源，防止光能存储不足导致无功补偿失效问题的发生。

进一步的，所述的通信模块上设有通讯信号输入端和通讯信号输出端，内含有多模通信芯片。既支持以太网、WIFI、4G等模式与远程主站通信，也支持RS485、RS232、USB及CAN等方式与本地其他设备相连，从而该模块能够实现远程观测、维护和控制的功能。

进一步的，所述的IGBT-IPM模块内设有驱动电路、保护电路、报警输出电路和制动电路。IGBT-IPM模块由储能系统供电，接收控制模块的输入驱动信号，经过内部的逆变电路，将直流转化为交流，连接调压变压器，输出无功电流，调节无功功率。

进一步的，所述的储能系统为第一直流蓄电池。直接输入直流，不需要外加将交流转化为直流的整流模块，储能系统主要电源是太阳能板，外加后备电源，保证装置的可靠性。储能系统输出端接直流电容器，维持直流电容两端的电压稳定，同时也为IPM逆变电路提供一个稳定的直流电压。太阳能板，是该装置电源的主要来源，根据需要调节的无功功率容量的要求，一般按3~5%的损耗率进行匹配，选配适合发电功率的太阳能板。

进一步的，所述的后备电源由第二直流蓄电池、开关和整流装置依次电连接组成，通过检测模块的进线，与电网系统间接连接进行蓄电，解决光能储蓄的不稳定性所可能导致的无功补偿装置电源不足的问题，电网运行过程中随时可以补充蓄电电能，保障装置无功补偿的可靠性，同时可以通过开关装置来自动投切该后备电源模块。

与现有技术相比，有益效果是：

本实用新型除了采用IGBT-IPM模块智能化实现SVG装置无功补偿功能之外，还增加通信模块便于远程维护和调试，同时采用清洁能源太阳能作为SVG装置的电源，减少了以系统交流电为电源所需的整流装置，既做到清洁能源，又简化了装置，便于安装，又增加了后备电源，保持无功发生器的可靠性，结构简单、安装方便、无线控制、远程调试、绿色环保、可靠性好，能够改善电力系统无功分布的问题。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为功能关系连接图；

图3为控制模块运行流程图；

图4为储能系统运行流程图。

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所示，一种带光伏发电的静止无功发生器装置，包括检测模块、控制模块、IGBT-IPM模块、通信模块、储能系统及后备电源、太阳能板和调压变压器，所述的检测模块、IGBT-IPM模块和通信模块分别与控制模块电连接，所述的调节变压器和储能系统分别与IGBT-IPM模块电连接，所述的后备电源和太阳能板分别与储能系统电连接，所述的后备电源与检测模块电连接。

检测模块引出两组各3条用于测量电流和电压的进线接入三相电路。采用电流A/D转化、电压A/D转化收集技术，进线通过装配PT与CT以测量，检测模块输入系统负荷点三相电压以及三相电流数据至控制模块，执行测量和传输数据的功能，同时有充电功能，其上存在2组进线连接电网，作为交流电源，通过线路连接为380V交流电源输入，为后备电源蓄电池充能，储备后备电源，防止光能存储不足导致无功补偿失效问题的发生。

通信模块上设有通讯信号输入端和通讯信号输出端，内含有多模通信芯片。既支持以太网、WIFI、4G等模式与远程主站通信，也支持RS485、RS232、USB及CAN等方式与本地其他设备相连，从而该模块能够实现远程观测、维护和控制的功能。

IGBT-IPM模块内设有驱动电路、保护电路、报警输出电路和制动电路。IGBT-IPM模块由储能系统供电，接收控制模块的输入驱动信号，经过内部的逆变电路，将直流转化为交流，连接调压变压器，输出无功电流，调节无功功率。

储能系统为第一直流蓄电池。直接输入直流，不需要外加将交流转化为直流的整流模块，储能系统主要电源是太阳能板，外加后备电源，保证装置的可靠性。储能系统输出端接直流电容器，维持直流电容两端的电压稳定，同时也为IPM逆变电路提供一个稳定的直流电压。太阳能板，是该装置电源的主要来源，根据需要调节的无功功率容量的要求，一般按3~5%的损耗率进行匹配，选配适合发电功率的太阳能板。

后备电源由第二直流蓄电池、开关和整流装置依次电连接组成，通过检测模块的进线，与电网系统间接连接进行蓄电，解决光能储蓄的不稳定性所可能导致的无功补偿装置电源不足的问题，电网运行过程中随时可以补充蓄电电能，保障装置无功补偿的可靠性，同时可以通过开关装置来自动投切该后备电源模块。

如图2所示为本系统的功能关系连接图，检测模块间接连接电网为后备电源进行蓄电，后备电源和太阳能板接入蓄能系统，为蓄能系统提供稳定的电能供应，通过蓄能系统直接为IGBT-IPM模块提供直流电源。通过检测模块对控制模块输入负荷原始数据，控制模块分析负荷信息并向IGBT-IPM模块输出驱动信号，向通信模块输出负荷分析数据，通过通信模块将数据信息传输至远程主站或本地设备，便于远程观测，并通过通信模块反馈输入远程控制信号对控制模块进行操控。IGBT-IPM模块输出无功电流，调节无功功率。

如图3所示的控制模块运行流程图，参照无功补偿容量计算系数表，系统自动预设输出Qset，其基本原理是运用迭代方式，不断修正补偿的无功功率Q与所设置的应当发出的无功功率Qset的差距，最终达到在误差（Qset*2%）运行范围内，理想的无功功率补偿。

通过测取负荷无功功率Q1，计算其与Qset的偏差，当误差的绝对值小于e（Qset*2%）时，认为装置输出无功功率已符合要求。当误差的绝对值大于e时，再计算实际要调节的无功功率Q0。

若Q0不在装置调节范围内，即按照其上限/下限功率进行调节，若Q0在装置调节范围内，则修正装置调节的无功功率，继续迭代，回到测量负荷无功功率的步骤上，重复测量运行。

如图4所示的储能系统运行流程图，首先确定各个电源的额定容量，储能额定电能容量E0根据IPM模块的无功调节容量上限Q*15h(小时)进行匹配，后备电源容量按照储能系统额定电能E0的30%进行匹配，太阳能板一般按3~5%的损耗率进行匹配。

该流程系统基于实时监测，通过对储能系统所储电能E的测量，来控制后备电源的投切，增强光伏系统的可靠性。

当储能系统电能E大于其额定电能容量E0*50%时，无需接入后备电源，同时后备电源不需要接通电网；当储能系统电能E小于其额定电能容量E0*50%时，系统会自动开启后备电源与电网的连接，对后备电源开始进行充电，储备后备电源电能。

当储能系统电能E小于额定电能容量E0*20%，此时系统会自动开启后备电源对储能系统的充电，直至储能系统电能大于20%，保障装置至少在光伏电源不足的情况下能够持续运行。通过不断循环检测，电能不足时进行投切控制，来确保装置的可靠性。

综上，本实用新型带光伏发电的静止无功发生器装置中检测模块负责收集电力系统负荷点三相电压、电流信息，控制运算模块负责分析出当前的电流信息（PF、S、Q）,然后输出补偿的驱动信号至IGBT-IPM模块。太阳能板进行光电转换，直接以直流形式储存在储能系统中，储能系统充当IPM模块的电源，此外还配备相应的直流后备电源，IGBT-IPM模块由IGBT电力电子逆变电路组成，接收到驱动信号之后会输出补偿电流，经过调压变压器，最后改变电力系统负荷的无功功率。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为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 (6)

1.一种带光伏发电的静止无功发生器装置，其特征在于，包括检测模块、控制模块、IGBT-IPM模块、通信模块、储能系统及后备电源、太阳能板和调压变压器，所述的检测模块、IGBT-IPM模块和通信模块分别与控制模块电连接，所述的调压变压器和储能系统分别与IGBT-IPM模块电连接，所述的后备电源和太阳能板分别与储能系统电连接，所述的后备电源与检测模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种带光伏发电的静止无功发生器装置，其特征在于，所述的检测模块引出两组各3条用于测量电流和电压的进线接入三相电路。

3.根据权利要求1所述的一种带光伏发电的静止无功发生器装置，其特征在于，所述的通信模块上设有通讯信号输入端和通讯信号输出端，内含有多模通信芯片。

4.根据权利要求1所述的一种带光伏发电的静止无功发生器装置，其特征在于，所述的IGBT-IPM模块内设有驱动电路、保护电路、报警输出电路和制动电路。

5.根据权利要求1所述的一种带光伏发电的静止无功发生器装置，其特征在于，所述的储能系统为第一直流蓄电池。

6.根据权利要求1所述的一种带光伏发电的静止无功发生器装置，其特征在于，所述的后备电源由第二直流蓄电池、开关和整流装置依次电连接组成。