CN211830228U - 一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，涉及三相低压配电系统的补偿技术，包括低压配电网、电容分裂式静止补偿器、零序均压电感L₀、零序均压桥臂；所述零序均压桥臂连接于静止补偿器的正极母线p与负极母线n之间；零序均压电感L₀跨接于分裂电容C₁和分裂电容C₂的中点o₁与零序均压桥臂中点o₂之间；两个分裂电容C₁和C₂的中点o₁连接到低压配电网的中性点。本实用新型的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路解决了由零序补偿电流引起的两个分裂电容上电压的不均衡和波动问题。

Description

一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路

技术领域

本实用新型涉及三相低压配电系统补偿技术，具体涉及一种用于三相四线低压配电系统的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路。

背景技术

目前，在三相交流配电系统中，大多数用电设备不仅从电网取用有功功率来做功，同时从电网吸收大量无功功率以维持感性设备的正常运行。这些无功功率并不做功，但是通过电网在电源与用电设备之间来回交换，增大了流过电网的负荷电流，并因此在电网中产生了显著的电能损失，降低了电网的输配电效率。为此，电力标准要求电力用户就近通过无功补偿设备来补偿用电设备所需要的无功功率，减少对电源的无功需求，达到电网节能降耗的目的。

静止补偿器就是一种基于电力电子技术的新型先进的动态无功补偿设备，在低压配电系统中，静止补偿器分为三相三线式静止补偿器和三相四线式静止补偿器。三相三线式静止补偿器主要应用于以三相用电设备为主的工业用电场合，它不能补偿单相负荷产生的零序性质的无功功率。对于以单相用电设备为主的民用或商住建筑用电场合或单相用电设备占有一定比例的工业用电场合，为了补偿单相用电设备产生的零序无功功率，必须采用三相四线式静止补偿器。

电容分裂式静止补偿器是三相四线式静止补偿器的一种，但是补偿输出的零序电流会引起静止补偿器直流侧两个分裂电容上电压的严重不平衡和分裂电容电压的大幅波动，进而对补偿器的性能、分裂电容器的寿命等产生不良影响，并限制了电容分裂式静止补偿器的应用。

因此，很有必要提出一种电容分裂式静止补偿器直流侧两个分裂电容电压的均衡电路。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，能够解决由零序电流引起的两个分裂电容上电压的不均衡和波动问题。

本实用新型采用的技术方案为：一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，包括低压配电网、电容分裂式静止补偿器、零序均压电感L₀、零序均压桥臂；

所述零序均压桥臂连接于静止补偿器的正极母线p与负极母线n之间；

零序均压电感L₀跨接于分裂电容C₁和分裂电容C₂的中点o₁与零序均压桥臂中点o₂之间；

两个分裂电容C₁和C₂的中点o₁连接到低压配电网的中性点。

进一步地，所述电容分裂式静止补偿器采用三相二电平变流器拓扑，包括六个开关管T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆；其中开关管T₁、T₂串联，开关管T₃、T₄串联，开关管T₅、T₆串联；分别串联的三组开关管的中间端分别通过滤波电感L_a、L_b和L_c连接到三相电源。

更进一步地，所述零序均压桥臂包括两个开关管T₇、T₈，开关管T₇、T₈串联连接，并形成正极p、负极n和中点o₂。

本实用新型的优点：

本实用新型的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路包括低压配电网、电容分裂式静止补偿器、零序均压电感和零序均压桥臂，零序均压桥臂接在静止补偿器的正极母线（p）与负极母线（n），零序均压电感接于分裂电容中点（o₁）与零序均压桥臂中点（o₂）之间，同时分裂电容中点（o₁）连接到低压配电网的中性点。带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路具有四个桥臂分别独立控制、两分裂电容电压的偏差及波动均小、不平衡电流控制鲁棒性好等特点，应用前景良好。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的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。

图1是本实用新型实施例的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路原理图；

图2是本实用新型实施例的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路的分裂电容电压均衡控制方法原理图；

图3是无零序均压桥臂（或零序均压桥臂未投入运行）时的电容分裂式静止补偿器电路的控制效果仿真图；

图4是本实用新型实施例的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路的分裂电容电压均衡控制方法的控制效果仿真图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

参考图1，如图1所示，一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，包括低压配电网、电容分裂式静止补偿器、零序均压电感L₀、零序均压桥臂；

所述零序均压桥臂连接于静止补偿器的正极母线p与负极母线n之间；

零序均压电感L₀跨接于分裂电容C₁和分裂电容C₂的中点o₁与零序均压桥臂中点o₂之间；

两个分裂电容C₁和C₂的中点o₁连接到低压配电网的中性点。

本实用新型的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路包括低压配电网、电容分裂式静止补偿器、零序均压电感和零序均压桥臂，零序均压桥臂接在静止补偿器的正极母线（p）与负极母线（n），零序均压电感接于分裂电容中点（o₁）与零序均压桥臂中点（o₂）之间，同时分裂电容中点（o₁）连接到低压配电网的中性点。带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路具有四个桥臂分别独立控制、两分裂电容电压的偏差及波动均小、不平衡电流控制鲁棒性好等特点，应用前景良好。

所述电容分裂式静止补偿器电路采用三相二电平变流器拓扑，包括六个开关管T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆；其中开关管T₁、T₂串联，开关管T₃、T₄串联，开关管T₅、T₆串联；分别串联的三组开关管的中间端分别通过滤波电感L_a、L_b和L_c连接到三相电源。

所述零序均压桥臂包括两个开关管T₇、T₈，开关管T₇、T₈串联连接，并形成正极p、负极n和中点o₂。

所述电容分裂式静止补偿器和零序均压桥臂所用8个开关器件采用全控型电压开关器件，譬如IGBT、MOSFET等。

所述静止补偿器的三相补偿电流控制和零序均压桥臂的零序补偿电流控制均采用电流跟踪控制策略和双极性SPWM调制策略。

实施例2

参考图2，如图2所示，一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器的方法，即分裂电容电压均衡控制方法，通过控制零序均压桥臂，使得补偿器的零序电流完全由零序均压电感支路提供而与分裂电容电流无关，达到零序电流不再影响两个分裂电容电压的目的；具体包括以下步骤：

步骤1：由静止补偿器的三相补偿电流指令值通过求和得到三相四线静止补偿器中性线电流i _n的期望值：

其中，i _a.ref、i _b.ref和i _c.ref分别为补偿器A相、B相和C相补偿电流的指令值，i _n.exp为补偿器中性线电流的期望值；

同时，此中性线电流期望值作为零序均压电感电流i ₀的指令值：

；

其中，i _n.exp为补偿器中性线电流的期望值，i _0.ref为均压电感电流的指令值；

步骤2：零序均压电感电流指令值与实际检测得到的零序均压电感电流相减，得到零序电流补偿误差，并送给零序电流的跟踪控制环节；跟踪控制可采用比例积分控制（PI控制）、比例谐振控制（PR控制）或重复控制（RC）策略；跟踪控制环节的输出经过限幅器限幅之后输出给比较器；

步骤3：比较器将电流跟踪控制经限幅后的控制信号与双极性三角载波进行比较，输出0和1的PWM开关信号；当控制信号值大于三角载波信号值时，输出为1，否则输出为0；

步骤4：比较器输出的开关信号送给PWM驱动电路，形成可以直接施加到开关器件门极的驱动信号，控制开关器件的开通或关断；比较器输出的一路信号经PWM驱动后送给零序均压桥臂的上开关管T₇，比较器输出的另一路信号经反相器和PWM驱动后送给零序均压桥臂的下开关管T₈。

本实用新型的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路的均压控制方法，将电容分裂式静止补偿器的零序电流由零序均压桥臂来提供，从而使得分裂电容不再提供中性线中的零序电流，消除了原电容分裂式静止补偿器中零序电流补偿引起的电容电压大幅波动和两电容电压的不均衡。此外，即使零序均压电感电流的控制存在较大误差甚至零序均压桥臂退出运行，也不会显著影响静止补偿器的补偿性能或正常运行，整体系统稳定性好。

均压桥臂两个开关管的开关控制使得均压电感电流必然存在开关纹波或谐波分量，适当选择均压电感的电感值和均压桥臂的开关频率，均压电感中的谐波分量则可以忽略。此时，均压电感电流i ₀等于三相四线静止补偿器的中性线电流i _n。

按照图1和图2原理建立一套针对三相四线不平衡负荷无功功率补偿的静止补偿器仿真示例系统，低压配电网额定电压380V/50Hz，直流侧设定电压800V，静止补偿器的交流侧滤波电感1.0mH，直流侧分裂电容2200uF，零序均压电感1.0mH，SPWM调制用三角载波频率20kHz。设三相感性负荷在0.505秒之前是平衡的，在0.505秒时突增一个单相负荷变为不平衡负荷。图3为零序均压桥臂未投入运行时的仿真结果，图4为同样工况下零序均压桥臂投入运行后的仿真结果。图3和图4各分为上中下三个子波形图，上图为电网A相电压（u _a）及静止补偿器输出的三相四线电流（i _a,i _b,i _c,i _n），中图为静止补偿器中性线电流与零序均压电感电流之差（i _n-i ₀）及零序均压电感电流（i ₀），下图为直流电压（u _dc）和两个分裂电容电压（u _c1,u _c2）以及两个分裂电容电压之差（u _c1-u _c2）。

比较图3和图4可以表明本实用新型的应用效果。

图3表明，在0.505秒之前的平衡补偿阶段，由于静止补偿器中性线上的零序电流（i _n）为零，因而两个分裂电容电压（u _c1,u _c2）是平稳且相等的；然而，在0.505秒之后的不平衡补偿阶段，中性线上的工频零序电流（i _n）由两个分裂电容器支路提供，导致两个分裂电容电压（u _c1,u _c2）出现严重的工频波动，尤其是两个分裂电容电压波动的相位是相反的，使得两个分裂电容电压之差（u _c1-u _c2）更大。

图4表明，在0.505秒之前的平衡补偿阶段，由于静止补偿器中性线上的零序电流（i _n）为零，因而两个分裂电容电压（u _c1,u _c2）是平稳且相等的，这一阶段与图3是一致的；然而，在0.505秒之后的不平衡补偿阶段，中性线上的工频零序电流（i _n）完全由零序均压电感电流（i ₀）提供，中性线电流与均压电感电流之差（i _n-i ₀）基本为零，即两个分裂电容器支路不再提供零序补偿电流，使得两个分裂电容电压之差（u _c1-u _c2）趋于零，消除了零序不平衡补偿引起的分裂电容中点电位不平衡，达到了均压和减小电容电压波动的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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之内。

Claims (3)

1.一种带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，其特征在于，包括低压配电网、电容分裂式静止补偿器、零序均压电感L₀、零序均压桥臂；

所述零序均压桥臂连接于静止补偿器的正极母线p与负极母线n之间；

零序均压电感L₀跨接于分裂电容C₁和分裂电容C₂的中点o₁与零序均压桥臂中点o₂之间；

两个分裂电容C₁和C₂的中点o₁连接到低压配电网的中性点。

2.根据权利要求1所述的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，其特征在于，所述电容分裂式静止补偿器采用三相二电平变流器拓扑，包括六个开关管T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆；其中开关管T₁、T₂串联，开关管T₃、T₄串联，开关管T₅、T₆串联；分别串联的三组开关管的中间端分别通过滤波电感L_a、L_b和L_c连接到三相电源。

3.根据权利要求1所述的带零序均压桥臂的电容分裂式静止补偿器电路，其特征在于，所述零序均压桥臂包括两个开关管T₇、T₈，开关管T₇、T₈串联连接，并形成正极p、负极n和中点o2。

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