CN209313449U - 三相不平衡混合补偿治理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种三相不平衡混合补偿治理系统，有源电力滤波器APF和智能电容器组并接在母线排上，且通过485转换模块连接；APF实时采样电网电压、负载电流、装置输出电流和内部输出电流，对负载有功及无功电流进行分析，得出负载不平衡电流补偿需量，APF优先提供瞬态实时补偿，当智能电容器组投入后，由智能电容器组提供稳态实时补偿，电流采样CT组及APF内部电流传感器组实时计算出APF需补偿的电流，APF调制输出电流补偿剩余部分不平衡电流。本实用新型的优点是实现了对三相不平衡电流进行连续调节，弥补了电容阶梯补偿的缺点；实时调节，响应速度快，精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及农村电网及偏远山区供电系统电能质量改善领域，特别涉及一种三相不平衡混合补偿治理系统。
背景技术
农村电网系统多为低压三相四线制供电、供电线路少而长、变压器容量有限，电网负荷多为单相负载、负荷分布不平均以及昼夜时段性差异，使得三相负载严重不平衡，N线电流较大。三相的不平衡影响了变压器的出力，并增加了损耗，严重时会烧毁配变压器，影响了电网系统供电质量以及电网供电的安全性。
目前，解决低压电网三相负载不平衡的现有技术如下：
1、采用有源电力电子技术，多是使用电力电子半导体器件IGBT实现换流，进而实现对三相不平衡的调节：
如专利申请号201510423382.3，名称为“三相电网相间不平衡治理电路、治理系统及治理方法”，是通过数字信号处理器检测负载三相不平衡电流，控制IGBT使逆变器输出一个大小相等、方向相反的不平衡电流叠加在系统上，使三相系统达到平衡；
如专利申请号201611073192.4，名称为“一种改善电能质量新方法”，是基于开关函数的交直流逆变器来补偿三相不平衡；
2、 采用无源电力电容器技术，多是使用三相电力电容器或者三个单相电容器构成的三相电力电容器来补偿：
如专利号为200510045751.6，名称为“高效补偿三相不平衡负荷和无功功率的装置”，是采用三角接法的补偿器件(电容或者电抗器)，或用同一组Y型接法的补偿器件，通过由功率控制器控制的单相开关实现既能把它们同时加在各相上，也能加在不同的各相与各相之间或者各相与零线之间，即能用做三相共补，也能用做单相补偿，也能实现有功功率的平衡；
如专利申请号为201410330635.8，名称为“一种有功功率平衡调节及无功补偿的装置”，无功共补智能电容器和 A、B、C 相分补无功补偿智能电容器，是通过设置AB线有功平衡调节智能电容器Cab、BC线有功平衡调节智能电容器Cbc、CA线有功平衡调节智能电容器 Cca，实现有功功率的平衡。
以上现有的有源补偿，很好地解决了系统谐振及阶梯补偿的问题，补偿精度高，但是价格高，为传统电容补偿装置的几倍。以上现有的无源阶梯补偿的效果差，存在过补偿及欠补偿的问题，无法实现线性补偿，对稳定负载补偿效果较好，波动性负载补偿效果差。可以得出，目前三相不平衡补偿技术在应用上还存在较多的技术问题。
3、 采用SVG+电容器补偿无功的混合方法：
如专利申请号为201710385617.3，名称为“混合补偿方法和混合补偿装置”，具有减小SVG工作量的优点，只涉及无功电流的补偿，无法提供有功不平衡补偿，且在电容器投切瞬间及系统电压波动时，无法提供实时精确补偿；
如专利申请号为201810184403.4，名称为“混合无功补偿装置及混合无功补偿装置的控制方法”，当有源补偿的容量达到额定容量时，开始对三相电网进行无源补偿。其优先使用有源进行补偿，当负载容量大于有源容量时，剩余补偿量由电容器进行阶梯补偿，该方法不能发挥有源补偿的动态性及无级补偿的特点。
4、 采用换相开关技术：
如专利号201510069424.8，名称为“一种配网低压侧智能电力负荷三相不平衡治理的方法”，是在单元楼处能自平衡的B型换相终端和A型换向终端构成的系统，通过切换用户实际使用负荷到负荷较轻的相上，实现三相负荷不平衡减小的目的。该方法换向时间长，存在短时电压骤降等问题，无法满足电网中敏感电器设备的用电要求。
以上是本申请需要着重改善的地方。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是要提供一种三相不平衡混合补偿治理系统，是为了解决有源补偿价格高昂及无源器件补偿精度差、存在阶梯补偿的技术问题，以及有源和无源混合补偿中使用的开环补偿，在电容投切时SVG不能及时响应的技术问题。
为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种三相不平衡混合补偿治理系统，包括有源电力滤波器APF、智能电容器组、485转换模块、负载电流采样CT组和装置电流采样CT组及APF内部电流传感器组，所述APF和智能电容器组并接在母线排上，且通过485转换模块连接；所述APF实时采样电网电压、负载电流、装置输出电流和内部输出电流，对负载有功及无功电流进行分析，得出负载不平衡电流补偿需量，APF优先提供瞬态实时补偿，当智能电容器组投入后，由智能电容器组提供稳态实时补偿，装置电流采样CT组及APF内部电流传感器组实时计算出APF需补偿的电流，APF调制输出电流补偿剩余部分不平衡电流。
所述智能电容器组，各组容量小于APF容量，各智能电容器之间通过通信线自动组网，并将组网信息上报给APF，接收APF发出的投切控制信号，实现对三相不平衡电流的转移补偿。
所述APF包括电流采样电路、电流提取模块、电流分配控制器、智能电容控制器和SPWM模块，所述电流提取模块对三相不平衡电流进行提取分析得到有功电流和无功电流，得出负载三相不平衡电流，电流分配控制器将智能电容器组需补偿的电流传递给智能电容控制器，智能电容控制器通过通信控制智能电容器组投切，APF检测到智能电容器组已补偿电流，自动调制输出电流，对未完全补偿的差值进行补偿。
所述智能电容控制器，通过通信实时读取智能电容器组的状态，并根据需求进行有功转移和无功补偿。
所述SPWM模块采用三电平调制方法或两电平调制方法，调制输出补偿电流。
所述负载电流采样CT组和装置电流采样CT组通过电流互感器实时采样负载侧三相电流，装置本身输出电流和内部电流传感器电流。
本实用新型的优越功效在于：
l、实现了对三相不平衡电流进行连续调节，弥补了电容阶梯补偿的缺点；
2、两组电流采样CT和一组APF内部电流传感器的补偿方式实现实时调节，响应速度快，精度高，可以达到15ms，解决一组和两组外部CT在补偿响应速度慢精度差的问题；
3、具有自动补偿功能，当一组电容器发生开路故障，其他组电容器可以替换使用，在容量范围内不影响补偿效果；
4、本实用新型按电流进行补偿，受系统电压波动影响较小，不容易和电网阻抗发生谐振，治理效果及实用性更佳；
5、因采用混合补偿，性价比高，能耗低。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型的电路原理框图；
图2和图3为本实用新型智能电容器组的两种拓扑示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
图1示出了本实用新型实施例的电路原理框图。如图1所示，本实用新型提供了一种三相不平衡混合补偿治理系统，包括有源电力滤波器APF、智能电容器组、485转换模块、负载电流采样CT组和装置电流采样CT组及APF内部电流传感器组，所述APF和智能电容器组并接在母线排上，且通过485转换模块连接。
所述APF包括电流采样电路、电流提取模块、电流分配控制器、智能电容控制器和SPWM模块，APF实时采样电网电压、负载电流、装置输出电流和内部输出电流，通过内部锁相环生产正弦和余弦量，而后通过傅立叶级数展开，得到负载电流中不平衡分量和装置已补偿的不平衡分量。
所述电流提取模块，实现对三相不平衡电流进行提取分析。假设三相负载电流为、和，三相电压为、和，三相电压经过锁相环生产一个与电网电压同相位和90度夹角，对负载电流按傅立叶级数展开，得出a相负载无功电流，a相负载有功电流。同理得到b相负载无功电流，B相负载有功电流，C相负载无功电流，C相负载有功电流。同理得到补偿电流、、、、、。所述电流分配控制器，根据所述电流提取模块，得到负载电流、、、、、，电流分配控制器将有功电流提取出来，求平均有功电流，则需要补偿的有功差值为：=-，=-，= -。将负载电流需求的、和传递给智能电容控制器，由智能电容器控制器控制智能电容的投切来转移有功电流。APF实时监测智能电容的补偿电流、和，并与负载实时需求电流、和相减得出、和，将此值输出到APF电流环控制器，控制APF输出相对应的电流。此方式通过一组电流采样CT来检测装置输出的电流及一组内部电流传感器检测APF输出电流，提供精确与迅速的响应，保证补偿的实时性和精确度。当负载出现三相不平衡电流，此时电流分配控制器将电流传递给智能电容控制器，同时检测智能电容补偿的三相不平衡电流，而因为智能电容控制器响应时间慢，并不能立刻进行补偿，此时APF先提供电流瞬态补偿。由于有装置电流采样CT组和内部电流传感器组，APF准确计算出需要的补偿量并进行实时补偿，当智能电容控制器投入智能电容进行有功转移时，APF检测到智能电容已补偿电流，自动调制输出电流，对未完全补偿的差值进行补偿。
如图1所示，所述智能电容器组，各组容量小于APF容量，各智能电容器C1、C2、C3之间通过通信线自动组网，并将组网信息上报给APF，接收APF发出的投切控制信号，根据信号投切电容实现有功转移和无功电流补偿。所述智能电容器组分两种类型，如图2所示，三相星形连接的分布电容，控制某相分布电容投入时，实现该相无功电流补偿，进而实现平衡无功电流的目的。如图3所示，三相角接共补电容，当A B相开关闭合时，有功电流从A相转移到B相，同理B C相开关闭合时，有功从B相转移到C相，C A相开关闭合时C相有功转移到A相。根据智能电容控制器的投切指令实现三相有功不平衡转移。
所述SPWM模块采用三电平调制方法或两电平调制方法，调制输出补偿电流。
所述485转换模块，接收APF发出的485指令，并转换为智能电容器组的控制命令，同时对智能电容器进行管理，实时更新智能电容器的容量及状态。485转换模块采用MCU方案实施，满足于APF通信及控制智能电容器的需求。
具体的，本实用新型APF为多个电流采样电路，使用隔离电流互感器将电流输入到放大器，通过放大器调理输入到AD采样芯片。电流提取模块把通过AD采样的负载电流和装置电流进行分析，提取有功电流和无功电流。SPWM模块发波输出到IGBT控制逆变器输出指定电流，智能电容器控制采用循环投切方式实施。
本实用新型实施所提供的三相不平衡混合补偿治理系统，控制APF和智能电容器进行三相不平衡治理，当智能电容器的容量充足时，APF同时提供谐波补偿功能。
以上所述仅为本实用新型的优先实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内之内。
Claims (6)
1.一种三相不平衡混合补偿治理系统，其特征在于：包括有源电力滤波器APF、智能电容器组、485转换模块、负载电流采样CT组和装置电流采样CT组及APF内部电流传感器组，所述APF和智能电容器组并接在母线排上，且通过485转换模块连接；所述APF实时采样电网电压、负载电流、装置输出电流和内部输出电流，对负载有功及无功电流进行分析，得出负载不平衡电流补偿需量，APF优先提供瞬态实时补偿，当智能电容器组投入后，由智能电容器组提供稳态实时补偿，装置电流采样CT组及APF内部电流传感器组实时计算出APF需补偿的电流，APF调制输出电流补偿剩余部分不平衡电流。
2.根据权利要求1所述的三相不平衡混合补偿治理系统，其特征在于：所述智能电容器组，各组容量小于APF容量，各智能电容器之间通过通信线自动组网，并将组网信息上报给APF，接收APF发出的投切控制信号，实现对三相不平衡电流的转移补偿。
3.根据权利要求1所述的三相不平衡混合补偿治理系统，其特征在于：所述APF包括电流采样电路、电流提取模块、电流分配控制器、智能电容控制器和SPWM模块，所述电流提取模块对三相不平衡电流进行提取分析得到有功电流和无功电流，得出负载三相不平衡电流，电流分配控制器将智能电容器组需补偿的电流传递给智能电容控制器，智能电容控制器通过通信控制智能电容器组投切，APF检测到智能电容器组已补偿电流，自动调制输出电流，对未完全补偿的差值进行补偿。
4.根据权利要求3所述的三相不平衡混合补偿治理系统，其特征在于：所述智能电容控制器，通过通信实时读取智能电容器组的状态，并根据需求进行有功转移和无功补偿。
5.根据权利要求3所述的三相不平衡混合补偿治理系统，其特征在于：所述SPWM模块采用三电平调制方法或两电平调制方法，调制输出补偿电流。
6.根据权利要求1所述的三相不平衡混合补偿治理系统，其特征在于：所述负载电流采样CT组和装置电流采样CT组通过电流互感器实时采样负载侧三相电流，装置本身输出电流和内部电流传感器电流。
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| CN112636371A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-04-09 | 广东正诚电气科技有限公司 | 一种混合型用电负荷三相不平衡调节系统 |
| CN113922387A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-01-11 | 贵州电网有限责任公司 | 一种基于模块化低压台区便携式无功补偿装置 |
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