CN208767793U - 一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置，包括IGBT驱动模块、IGBT开关组和电流互感器，电网通过电源线连接三相不平衡负载，电流互感器安装在电源线上，采集三相电流，IGBT驱动模块输入端连接控制器，输出端连接IGBT开关组，IGBT开关组包括A相IGBT开关、B相IGBT开关和C相IGBT开关，A相IGBT开关分别通过第一电感、第一开关连接A相电源线，B相IGBT开关分别通过第二电感、第二开关连接B相电源线，C相IGBT开关分别通过第三电感、第三开关连接C相电源线，本实用新型结构原理简单，能够实时平衡有功功率、实时补偿无功功率、提高功率因数、滤除配电变压器谐波、降低配变台区线损、防止配电变压器单相过负荷烧毁。

Description

一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置
技术领域
本实用新型涉及变压器技术领域，具体为一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置。
背景技术
理想的三相交流低压配网供电系统是三相电压频率相同、幅值相等，相位互差120°。在实际应用中，由于单相用户的不可控增容、大功率单相负荷的随机性接入及单相负荷的用电不同时性等客观原因，在配网中极易造成配电台区三相负荷分配不平衡，从而导致低压配网不平衡产生。此外，随着近年来居民生活水平迅速提高，家庭电器设备的大量普及运用，这些家庭电器大多采用单相电源，单相负荷激增。在单相负荷用电量极大增长的情况下，若不注意三相平衡，可能使低压电网的三相不平衡度很大，配电网实际运行状况很差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置,包括IGBT驱动模块、IGBT开关组和电流互感器，电网通过电源线连接三相不平衡负载，所述电流互感器安装在电源线上，采集三相电流，所述IGBT驱动模块输入端连接控制器，输出端连接IGBT开关组，所述IGBT开关组包括A相IGBT开关、B相IGBT开关和C相IGBT开关，所述A相IGBT开关分别通过第一电感、第一开关连接A相电源线，所述B相IGBT开关分别通过第二电感、第二开关连接B相电源线，所述C相IGBT开关分别通过第三电感、第三开关连接C相电源线。
优选的，所述IGBT驱动模块包括驱动芯片和场效应晶体管，所述驱动芯片INA端分别连接电阻A一端和电阻B一端，所述电阻A另一端连接控制器，所述电阻B另一端分别连接驱动芯片GND端、电容A一端，电容A另一端连接驱动芯片VCC端，所述驱动芯片NC1端、NC2端、INB端、OUTB端均悬空，所述驱动芯片OUTA端分别连接电阻E一端和电阻D一端，电阻D另一端连接二极管正极，所述二极管负极分别连接电阻E另一端、稳压管负极、电阻C一端和场效应晶体管栅极，所述稳压管正极、电阻C另一端和场效应晶体管漏极均接地。
优选的，所述IGBT开关组两端并联连接储能电容。
优选的，所述电流互感器型号采用LMZJ1-0.5。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构原理简单，能够实时平衡有功功率、实时补偿无功功率、提高功率因数、滤除配电变压器谐波、降低配变台区线损、防止配电变压器单相过负荷烧毁；通过基于电力电子构建三相变流器系统，通过检测负荷侧的三相电压和电流，计算出三相系统的正序、负序和零序电流分量，采用适当的控制方式，使变流器输出与负荷侧负序和零序电流相反的补偿电流，再注入到配网线路中从而实现对三相不平衡电流的治理。当变流器三相不平衡电流进行了补偿以后，在补偿点以后，三相线路电流还是处于不平衡状态，但对于配电变压器来说，其出线三相线路已经达到了平衡，因此配变变压器的中性线上电流几乎为零。对三相不平衡当采用PWM调制控制电路时还可实现对输入功率因数补偿及对谐波的治理等电能质量综合治理功能。基于电力电子的三相不平衡电流治理装置能够实时跟踪三相负荷变化进行动态补偿，补偿过程平滑，不会造成电压电流波形的突变，三相不平衡治理效果良好。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型电容储存能量示意图；
图3为本实用新型电容能量转移示意图；
图4为本实用新型IGBT驱动模块原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置,包括IGBT驱动模块1、IGBT开关组2和电流互感器3，电网4通过电源线连接三相不平衡负载5，所述电流互感器3安装在电源线上，采集三相电流，电流互感器3型号采用LMZJ1-0.5；所述IGBT驱动模块1输入端连接控制器6，输出端连接IGBT开关组2，IGBT开关组2两端并联连接储能电容20；所述IGBT开关组2包括A相IGBT开关7、B相IGBT开关8和C相IGBT开关9，所述A相IGBT开关7分别通过第一电感10、第一开关11连接A相电源线，所述B相IGBT开关8分别通过第二电感12、第二开关13连接B相电源线，所述C相IGBT开关9分别通过第三电感14、第三开关15连接C相电源线。
图1中可以看出该技术方案需要将不平衡治理装置通过连接电抗器并联接在负荷与配电变压器之间，装置直接从配网低压供电线路上取能进行不平衡电流补偿。其原理是通过CT实时检测电流信息，然后将采集信息发给DSP数字控制处理器分析，之后驱动功率电路、和利用内部储能电容将系统三相不平衡电流转移、均匀分配，使三相电流达到平衡状态，具体原理如下：假设A、B、C三相负载电流分别为：5A、10A、15A，这时候我们就认为此系统的三相电流出现了不平衡，三相电流完全平衡的状态应该是A、B、C三相电流全部为10A。
不平衡治理装置在运行时，会通过外接电流互感器(CT)实时检测系统电流，然后将CT采集到的电流信息发给内部控制器进行处理，经过控制器分析之后，不平衡治理装置就会发现系统的电流不平衡状态，同时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值。以图1-1为例，A相电流想达到平衡状态则需要增加5A的电流，B相电流正好为10A无需调整，C相电流想达到平衡状态则需要减少5A的电流。计算完成之后，控制器就会通过IGBT驱动电路来驱动IGBT动作，从而使得电流从系统C相流入不平衡治理装置5A，从不平衡治理装置内部流出5A到系统A相。从而使得A、B、C三相电流全部重新分配为10A，而系统的三相总电流保持不变。当然，这一系列的计算及控制动作都是在很短的时间内完成的，并且，在这一过程中不平衡治理装置只是起到一个重新分流的作用，只需消耗很小一部分的能量。
正如通常所说的电流值的大小是电流有效值一样，不平衡治理装置分流电流的大小也是在一定时间内的有效值。而实际上SPC补偿三相不平衡时开关器件的动作都是瞬时的。
在某一个瞬时，C相的IGBT动作，将C相的交流电整流为直流电之后储存在SPC内部的母线电容中，如图2所示。
而在另一个瞬时，A相的IGBT动作，不平衡治理装置内部的母线电容(A、B、C公用同一组母线电容)上的直流电进行逆变，然后释放到系统A相上，如图3所示。
不平衡治理装置的动作是瞬时的，而在某一段时间内其收发电流的有效值却是平衡的，因此可以将其动作的结果理解为分流作用，使得系统三相电流的有效值达到一个平衡状态。当系统三相电流都偏离平衡点时，补偿原理与以上所述的两相偏离平衡点的状况类似。其根本原则就是将某相多出来的电流存储到不平衡治理装置母线电容中，然后从母线电容取出电流补偿需要补偿的某相，这种补偿方式补偿过程平滑，不会因为补偿而造成电压电流波形的畸变。
如图4所示，IGBT驱动模块1包括驱动芯片16和场效应晶体管17，所述驱动芯片16INA端分别连接电阻A1a一端和电阻B2a一端，所述电阻A1a另一端连接控制器6，所述电阻B2a另一端分别连接驱动芯片16GND端、电容A1b一端，电容A1b另一端连接驱动芯片16VCC端，所述驱动芯片16NC1端、NC2端、INB端、OUTB端均悬空，所述驱动芯片16OUTA端分别连接电阻E5a一端和电阻D4a一端，电阻D4a另一端连接二极管17正极，所述二极管17负极分别连接电阻E5a另一端、稳压管18负极、电阻C3a一端和场效应晶体管19栅极，所述稳压管18正极、电阻C3a另一端和场效应晶体管19漏极均接地。该IGBT驱动模块能够降低IGBT关断时所产生的尖峰电压以保证IGBT不易因击穿而损坏。
综上所述，本实用新型结构原理简单，能够实时平衡有功功率、实时补偿无功功率、提高功率因数、滤除配电变压器谐波、降低配变台区线损、防止配电变压器单相过负荷烧毁；通过基于电力电子构建三相变流器系统，通过检测负荷侧的三相电压和电流，计算出三相系统的正序、负序和零序电流分量，采用适当的控制方式，使变流器输出与负荷侧负序和零序电流相反的补偿电流，再注入到配网线路中从而实现对三相不平衡电流的治理。当变流器三相不平衡电流进行了补偿以后，在补偿点以后，三相线路电流还是处于不平衡状态，但对于配电变压器来说，其出线三相线路已经达到了平衡，因此配变变压器的中性线上电流几乎为零。对三相不平衡当采用PWM调制控制电路时还可实现对输入功率因数补偿及对谐波的治理等电能质量综合治理功能。基于电力电子的三相不平衡电流治理装置能够实时跟踪三相负荷变化进行动态补偿，补偿过程平滑，不会造成电压电流波形的突变，三相不平衡治理效果良好。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置,包括IGBT驱动模块(1)、IGBT开关组(2)和电流互感器(3)，其特征在于：电网(4)通过电源线连接三相不平衡负载(5)，所述电流互感器(3)安装在电源线上，采集三相电流，所述IGBT驱动模块(1)输入端连接控制器(6)，输出端连接IGBT开关组(2)，所述IGBT开关组(2)包括A相IGBT开关(7)、B相IGBT开关(8)和C相IGBT开关(9)，所述A相IGBT开关(7)分别通过第一电感(10)、第一开关(11)连接A相电源线，所述B相IGBT开关(8)分别通过第二电感(12)、第二开关(13)连接B相电源线，所述C相IGBT开关(9)分别通过第三电感(14)、第三开关(15)连接C相电源线。
2.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置，其特征在于：所述IGBT驱动模块(1)包括驱动芯片(16)和场效应晶体管(19)，所述驱动芯片(16)INA端分别连接电阻A(1a)一端和电阻B(2a)一端，所述电阻A(1a)另一端连接控制器(6)，所述电阻B(2a)另一端分别连接驱动芯片(16)GND端、电容A(1b)一端，电容A(1b)另一端连接驱动芯片(16)VCC端，所述驱动芯片(16)NC1端、NC2端、INB端、OUTB端均悬空，所述驱动芯片(16)OUTA端分别连接电阻E(5a)一端和电阻D(4a)一端，电阻D(4a)另一端连接二极管(17)正极，所述二极管(17)负极分别连接电阻E(5a)另一端、稳压管(18)负极、电阻C(3a)一端和场效应晶体管(19)栅极，所述稳压管(18)正极、电阻C(3a)另一端和场效应晶体管(19)漏极均接地。
3.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置，其特征在于：所述IGBT开关组(2)两端并联连接储能电容(20)。
4.根据权利要求1所述的一种基于电力电子变流器的配电变压器有功功率均衡装置，其特征在于：所述电流互感器(3)型号采用LMZJ1-0.5。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI700880B (zh) * 2019-09-12 2020-08-01 陳正一 應用於並聯主動式電力濾波器的選擇性諧波電流補償方法及其切換開關電路
TWI820941B (zh) * 2022-09-30 2023-11-01 行政院原子能委員會核能研究所 基於三相功率調節系統之柴油發電機不平衡電流補償策略

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