CN211151547U - 混合补偿协调装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种混合补偿协调装置及系统。其中，混合补偿协调装置包括三相电信号采集模块、信号处理模块和；IGBT‑IPM模块。三相电信号采集模块，用于连接电网；信号处理模块，包括连接三相电信号采集模块的信号采集端口，以及控制信号输出端；IGBT‑IPM模块，包括控制信号输入端、投切控制端口和补偿电流控制端口；控制信号输入端用于连接信号处理模块的控制信号输出端；投切控制端口用于连接固定电容器；补偿电流控制端口用于连接静止无功发生器。本申请满足电网对无功补偿的需求，能够实现对固定电容器和静止无功发生器的混合补偿进行合理协调控制，具有较好的补偿效果、混合补偿方式灵活。

Description

混合补偿协调装置及系统

技术领域

本申请涉及电力技术领域，特别是涉及一种混合补偿协调装置及系统。

背景技术

配电网中，感性负荷的广泛应用产生了大量的无功需求，引起电网的功率因数下降、电网电压波动及闪变，电流产生谐波及畸变等问题，影响电网的正常运行，甚至可能危害到人们的生命财产安全。现阶段电网无功治理方面，FC(Fixed Capacitor bank，固定电容器)和SVG(Scalable Vector Graphics，静止无功发生器)是两种非常重要的无功补偿装置。静止无功发生器具有响应速度快、输出谐波低和运行效率高等优点，但受到电力电子器件容量限制，随着容量的增多，静止无功发生器的成本会成倍增长；而固定电容器虽然无功补偿容量较大、成本低，但只能进行分级补偿。静止无功发生器和固定电容器在快速补偿特性和经济性上存在互补的特点，可以将二者的优势结合起来进行混合补偿。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：静止无功发生器和固定电容器的混合补偿容易产生处理冲突，不利于电网的安全运行甚至会破坏电网稳定性。

实用新型内容

基于此，有必要针对静止无功发生器和固定电容器的混合补偿容易产生处理冲突的问题，提供一种混合补偿协调装置以及系统。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种混合补偿协调装置；

一种混合补偿协调装置，包括：

三相电信号采集模块，用于连接电网；

信号处理模块，包括连接三相电信号采集模块的信号采集端口，以及控制信号输出端；

IGBT-IPM模块，包括控制信号输入端、投切控制端口和补偿电流控制端口；控制信号输入端用于连接信号处理模块的控制信号输出端；投切控制端口用于连接固定电容器；补偿电流控制端口用于连接静止无功发生器。

在其中一个实施例中，还包括：

模数转换器，连接在三相电信号采集模块和信号处理模块之间。

在其中一个实施例中，还包括信号转换模块；

投切控制端口通过信号转换模块连接固定电容器；

补偿电流控制端口通过信号转换模块连接静止无功发生器。

在其中一个实施例中，信号转换模块通过RS485串口连接静止无功发生器；信号转换模块通过RS232串口连接固定电容器。

在其中一个实施例中，还包括通信模块；通信模块连接信号处理模块。

在其中一个实施例中，还包括光电隔离电路；光电隔离电路连接在信号处理模块和通信模块之间。

在其中一个实施例中，还包括显示模块；显示模块与信号处理模块连接。

在其中一个实施例中，还包括键盘控制模块；键盘控制模块与信号处理模块连接。

在其中一个实施例中，信号处理模块为DSP控制器。

另一方面，本申请实施例还提供了一种混合补偿协调系统，包括如上述的混合补偿协调装置、固定电容器以及静止无功发生器；混合补偿协调装置分别连接固定电容器和静止无功发生器。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

混合补偿协调装置，包括三相电信号采集模块、信号处理模块和IGBT-IPM模块。信号处理模块的信号采集端口连接三相电信号采集模块，信号处理模块的控制信号输出端口连接IGBT-IPM模块的控制信号输入端。IGBT-IPM模块的投切控制端口连接固定电容器，补偿电流控制端口连接静止无功发生器。基于上述结构，在信号处理模块和IGBT-IPM模块的配合下，分别通过投切控制端口控制固定电容器投切，通过补偿电流控制端口控制静止无功发生器产生补偿电流至电网，满足电网对无功补偿的需求，实现在电网中对固定电容器和静止无功发生器的混合补偿的协调控制，混合补偿方式灵活、协调控制能力强。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中混合补偿协调装置的第一示意性结构图；

图2为一个实施例中混合补偿协调装置的第二示意性结构图；

图3为一个实施例中混合补偿协调装置的第三示意性结构图；

图4为一个实施例中混合补偿协调装置的第四示意性结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例可运用于电力技术领域；现阶段电网无功治理方面，固定电容器和静止无功发生器是两种非常重要的无功补偿装置。固定电容器可有效补偿容性无功，成本低而静止无功发生器动态特性好，运行范围宽，可以将二者的优势结合起来进行混合补偿。然而，利用静止无功发生器和固定电容器进行混合的无功补偿时，二者的动作往往会产生控制矛盾，例如，固定电容器在进行容性补偿的同时，静止无功发生器却输出感性电流，将不利于电网的安全稳定运行甚至破坏电网稳定性。为此，本申请实施例提供了一种混合补偿协调装置。基于此，满足电网对无功补偿的需求，实现对固定电容器和静止无功发生器的混合补偿进行合理协调控制，具有较好的补偿效果、混合补偿方式灵活。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种混合补偿协调装置，包括：

三相电信号采集模块，用于连接电网；

信号处理模块，包括连接三相电信号采集模块的信号采集端口，以及控制信号输出端；

IGBT-IPM模块，包括控制信号输入端、投切控制端口和补偿电流控制端口；控制信号输入端用于连接信号处理模块的控制信号输出端；投切控制端口用于连接固定电容器；补偿电流控制端口用于连接静止无功发生器。

具体而言，混合补偿协调装置包括三相电信号采集模块、信号处理模块和IGBT-IPM模块。三相电信号采集模块，与电网连接，采集电网的三相电信号。信号处理模块通过信号采集端口连接三相电信号采集模块，通过控制信号输出端连接IGBT-IPM模块的控制信号输入端；IGBT-IPM模块通过投切控制端口连接各固定电容器，通过补偿电流控制端口连接各静止无功发生器。一般性地，各固定电容器、各静止无功发生器分别连接至电网。

具体地，三相电信号采集模块，获取电网的三相电流信号和/或三相电压信号。示例性地，三相电信号采集模块可为传感器。而IGBT-IPM模块，内设有IGBT单元、驱动电路、报警输出电路和保护电路等，具有体积小、可靠性高、价格低廉等优点。IGBT-IPM模块，通过智能功率模块控制功率开关器件的关断，以实现对混合补偿协调装置的控制。三相电信号采集模块，将采集到的三相电信号通过信号采集端口传输给信号处理模块。信号处理模块，根据获取到的三相电信号，通过控制信号输出端口准确地向IGBT-IPM模块输出对应的控制信号。IGBT-IPM模块根据接收到的控制信号通过投切控制端口驱动固定电容器进行投切操作，或通过补偿电流控制端口驱动静止无功发生器产生对应的无功补偿电流至电网，在满足对电网无功补偿的需求的前提下，实现了对电网中固定电容器和静止无功发生器进行混合无功补偿的有序控制，避免静止无功发生器和固定电容器的补偿动作发生冲突，补偿方式灵活、补偿效果好，且降低总体无功补偿设备成本。

可选地，信号处理模块可为DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)处理器或ARM(AdvancedRISC Machines，进阶精简指令集机器)处理器等。

在一个实施例中，如图2所示，混合补偿协调装置，还包括：

模数转换器，连接在三相电信号采集模块和信号处理模块之间。

具体而言，模数转换器，用于将采集到的电网的三相电流信号和/或三相电压信号转换为对应的数字信号、传输给信号处理模块的信号采集端口。

在一个示例中，基于上述结构，信号处理模块可根据数字化的三相电流信号和A相电压信号产生对应的控制信号，通过控制信号输出端将控制信号发送给IGBT-IPM模块。IGBT-IPM模块根据接收到的控制信号，驱动各固定电容器进行投切作业，并驱动各静止无功发生器产生对应的无功补偿电流。在信号处理模块与IGBT-IPM模块的配合下，实现了对固定电容器组和静止无功发生器的有序协调，从而对电网进行混合补偿，能够提高电网的功率因素，具有较好的补偿效果，改变了过往单独采用静止无功发生器或者固定电容器进行无功补偿的情况，增加补偿效益。

在一个示例中，基于上述结构，三相电信号采集模块可将采集到电网的实时三相电压信号，传输给模数转换器，由模数转换器进行模数转换；模数转换器将数字化的三相电压信号输出给信号处理模块的信号采集端口；信号处理模块根据实时的三相电压信号产生对应的控制信号、通过控制信号输出端输出给IGBT-IPM模块，控制IGBT-IPM模块驱动各静止无功发生器产生对应的无功以控制电网的电压，从而对电网中无功功率不足造成的电压过低或无功过多造成电压过高的情况进行控制，使相应的无功电压调节具有更好的调节效果。在一个实施例中，三相电信号采集模块，包括电流传感器和电压互感器；电流互感器、电压互感器分别连接电网；电流互感器用于采集电网的三相电流信号；电压互感器用于采集电网的三相电压信号。示例性地，电流互感器可为0.5级600/5A电流互感器或0.5级100/5A电流互感器，电压互感器可为0.5级电压互感器。

基于上述结构，混合补偿协调装置采用了独特的设计，整合了静止无功发生器与固定电容器组的混合式无功补偿系统，利用固定电容器固定补偿和静止无功发生器的连续动态补偿特性互相配合，实现大容量连续补偿，填补目前市场上的空白，改变了过往只有单一的SVG及FC的情况，有效控制电网中静止无功发生器和固定电容器的混合协调控制，增加补偿效益，优化补偿效果，避免静止无功发生器控制策略和固定电容器控制策略冲突，可以有效兼顾二者在输出特性上的优势。本混合补偿协调装置具有补偿方式灵活、补偿效果好、保护功能强、可靠性高等特点，满足用户对设备的实际需求，适应了现代电网对无功补偿设备的更高要求。

在一个实施例中，如图3所示，混合补偿协调装置还包括信号转换模块；

投切控制端口通过信号转换模块连接固定电容器；

补偿电流控制端口通过信号转换模块连接静止无功发生器。

具体而言，IGBT-IPM模块通过信号转换模块分别与固定电容器、静止无功发生器连接；信号转换模块用于实现多种通信接口之间的信号转换处理，实用性强。示例性地，信号转换模块可为MAX13085芯片，可以将IGBT-IPM模块输出的驱动信号转换成可供固定电容器或静止无功发生器识别的信号，该信号可以为差分信号、光信号、无线信号中的至少一种，例如：RS485、RS232、红外、蓝牙等通讯信号等。

在一个实施例中，信号转换模块通过RS485串口连接静止无功发生器；信号转换模块通过RS232串口连接固定电容器。

在一个实施例中，混合补偿协调装置还包括通信模块；通信模块连接信号处理模块。

具体而言，通信模块包含通信接口、总线接口、辅助监测单元，可与外围通信设备、集中控制器进行通信。示例性地，远方主站或监控平台可以通过通信模块连接信号处理模块。其中，远方主站可为设置在相关控制站的服务器等控制设备，通信模块可为蓝牙模块、WiFi模块、NFC模块、Zigbee模块或通信管理机中任意一种。远方主站通过上述通信模块对信号处理模块进行通信管理，以便相关工作人员可以通过上述远方主站获取信号处理模块的工作状态，从而实现远程监控和数据采集。在一个实施例中，混合补偿协调装置还包括系统电源；系统电源连接IGBT-IPM模块。系统电源输出对应的直流电源，分别供给IGBT-IPM模块、信号处理模块和通信模块。

在一个实施例中，混合补偿协调装置，还包括光电隔离电路；光电隔离电路连接在信号处理模块和通信模块之间。

具体而言，光电隔离电路连接在信号处理模块和通信模块之间，用于对输入和输出电路可以进行隔离，因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰。

在一个实施例中，混合补偿协调装置，还包括显示模块；显示模块与信号处理模块连接。

具体而言，显示模块与信号处理模块连接，通过显示模块可以向信号处理模块中输入控制参数、控制命令，同时还可以实时显示本混合补偿协调装置的工作状态。可选地，显示模块为为显示屏或触摸屏。

在一个实施例中，如图4所示，还包括键盘控制模块；键盘控制模块与所述信号处理模块连接。

具体而言，键盘控制模块是一种人机交互输入设备，用户通过键盘控制模块可以控制混合补偿协调装置。具体来说，键盘控制模块可以为机械键盘、数字键盘等。

在一个实施例中，信号处理模块为DSP控制器。

在一个实施例中，提供了一种混合补偿协调系统，包括如上述的混合补偿协调装置、固定电容器以及静止无功发生器；混合补偿协调装置分别连接固定电容器和静止无功发生器。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混合补偿协调装置，其特征在于，包括：

三相电信号采集模块，用于连接电网；

信号处理模块，包括连接所述三相电信号采集模块的信号采集端口，以及控制信号输出端；

IGBT-IPM模块，包括控制信号输入端、投切控制端口和补偿电流控制端口；所述控制信号输入端用于连接所述信号处理模块的控制信号输出端；所述投切控制端口用于连接固定电容器；所述补偿电流控制端口用于连接静止无功发生器。

2.根据权利要求1所述的混合补偿协调装置，其特征在于，还包括：

模数转换器，连接在所述三相电信号采集模块和所述信号处理模块之间。

3.根据权利要求1所述的混合补偿协调装置，其特征在于，还包括信号转换模块；

所述投切控制端口通过所述信号转换模块连接所述固定电容器；

所述补偿电流控制端口通过所述信号转换模块连接所述静止无功发生器。

4.根据权利要求3所述的混合补偿协调装置，其特征在于，所述信号转换模块通过RS485串口连接所述静止无功发生器；所述信号转换模块通过RS232串口连接所述固定电容器。

5.根据权利要求1所述的混合补偿协调装置，其特征在于，还包括通信模块；所述通信模块连接所述信号处理模块。

6.根据权利要求5所述的混合补偿协调装置，其特征在于，还包括光电隔离电路；所述光电隔离电路连接在所述信号处理模块和所述通信模块之间。

7.根据权利要求1所述的混合补偿协调装置，其特征在于，还包括显示模块；所述显示模块与所述信号处理模块连接。

8.根据权利要求1所述的混合补偿协调装置，其特征在于，还包括键盘控制模块；所述键盘控制模块与所述信号处理模块连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的混合补偿协调装置，其特征在于，所述信号处理模块为DSP控制器。

10.一种混合补偿协调系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的混合补偿协调装置、固定电容器以及静止无功发生器；所述混合补偿协调装置分别连接所述固定电容器和所述静止无功发生器。

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