專利名稱：一種大容量靜止無功發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬大容量靜止無功補償技術領域，具體涉及一種大容量靜止無功發(fā)生器。
背景技術：
國內外文獻關于靜止無功發(fā)生器的報道均為采用多重電壓源逆變器型式，例1..A Multilevel Voltage-Source Inverter with Separate DC Sources forStatic Var Generation，F(xiàn)ang Zheng Peng，Senior Member，IEEE，Jih-Sheng Lai，Senior Member，IEEE，John W.McKeever，and James VanCoevering，Member，IEEE，例2.ASVG裝置的實驗研究與機理分析，孫元章等，電力系統(tǒng)自動化，第20卷1996第5期。此方案結構比較復雜，價格昂貴，甚至還會產生一定的電壓諧波。
在2003年，本實用新型人提出了“一種大容量可控電抗器”發(fā)明專利申請(申請?zhí)枮?3128112.5，申請日為2003年6月5日)。理論分析和實驗研究表明當α在(0-1)之間變化時，變壓器一次側AX對電網(wǎng)的等效阻抗在(0-Zm)之間可控變化。但它只能從電網(wǎng)中吸收感性無功功率，作為一種大容量的可控電器，而不能從電網(wǎng)中吸收容性無功功率。
上述對比文獻采用多個相同的電壓源逆變器串聯(lián)，其電位逐個抬高，高電位會影響逆變器系統(tǒng)安全；采用多重化技術使系統(tǒng)復雜，還會產生電壓諧波；采用GTO器件，響應速度慢。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一種大容量靜止無功發(fā)生器，其電力電子線路結構簡單，它可以采用較低電壓、較小電流的器件來滿足高壓、大電流靜止無功發(fā)生器的需要，不產生電流諧波，并且響應速度快。
本實用新型提供的一種大容量靜止無功發(fā)生器，包括電壓檢測單元、主控單元、電流信號給定單元、補償電流發(fā)生單元、變壓器；補償電流發(fā)生單元由N個相同的補償電流發(fā)生子單元構成，N≤500，其輸入端與電流信號給定單元的輸出端相連接，其輸出端與變壓器的二次側繞組相連接，變壓器的二次側設有N個繞組，各繞組的匝數(shù)相同，幾何尺寸相等，每個繞組與對應的補償電流發(fā)生單元中的子單元相連接；變壓器的一次繞組連接在電網(wǎng)母線上，其特征在于電壓檢測單元包括位于變壓器一次側母線上的電壓互感器，及與電壓互感器輸出端相連接的電壓檢測部件，該單元從母線電壓波形中檢測出電壓信號u1s，所述電壓檢測部件輸出電壓信號u1s到主控單元，主控單元根據(jù)電壓信號u1s和電網(wǎng)需本實用新型裝置吸收的無功功率SQ，輸出與電壓信號u1s頻率相同的基波電流信號i2s到電流給定單元；電流給定單元根據(jù)基波電流信號i2s，二次側繞組數(shù)N，輸出基波電流信號i2s/N到補償電流發(fā)生單元；補償電流發(fā)生單元向變壓器二次側N個繞組的每個繞組中注入大小相等、相位相同的基波補償電流 當需從電網(wǎng)吸收感性無功功率時，控制i2s使 滯后于190°電角度， 也滯后于190°電角度，當需從電網(wǎng)吸收容性無功功率時，控制i2s使 超前于190°電角度， 也超前于190°電角度；當補償電流在感性無功電流到容性無功電流之間可控連續(xù)變化時，其從電網(wǎng)吸收的無功功率在感性無功功率至容性無功功率之間可控連續(xù)變化，以實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
本實用新型具有以下技術特點(1)本實用新型在變壓器二次側設置N個繞組，每個繞組配置一個相同的補償電流發(fā)生子單元，共N個子單元，這N個子單元發(fā)生的基波補償電流大小相等、相位相同，均為 而且 與 同相位，I1≈I2w2/w1。能利用較低電壓、較小電流的器件制作適用于高壓、大電流工況下的靜止無功發(fā)生器。當需本實用新型裝置從電網(wǎng)吸收感性無功功率時，控制i2s使 滯后于190°電角度( 也滯后于190°電角度)，當需從電網(wǎng)吸收容性無功功率時，控制i2s使 超前于190°電角度( 也超前于190°電角度)。
(2)當負載呈容性時，本實用新型可以從電網(wǎng)吸收感性無功功率；當負載呈感性時，本實用新型可以從電網(wǎng)吸收容性無功功率，可以實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
(3)本實用新型將變壓器一次繞組并聯(lián)在電網(wǎng)上，在變壓器二次側N個繞組中注入大小相等、相位相同的基波補償電流 當補償電流在感性無功電流I2N到容性無功電流-I2N之間可控連續(xù)變化時，其從電網(wǎng)吸收的無功功率在感性無功功率U1I1N(≈U1I2N(w2/w1))至容性無功功率-U1I1N≈(-U1I2N(w2/w1))之間可控連續(xù)變化。
總之，本實用新型采用逆變器構成基波電流源，電力電子線路結構簡單。每個基波電流源與變壓器二次側一個繞組相聯(lián)接，構成一個小容量無功功率發(fā)生器。整個大容量靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)由N個相同的小容量無功功率發(fā)生器組成，相互獨立，不會產生電位逐個抬高現(xiàn)象，因此可以采用較低電壓、較小電流的器件來滿足高壓、大容量靜止無功功率發(fā)生器的需要；本實用新型不產生電流諧波，因此不引起電網(wǎng)電壓的畸變；可采用IGBT等器件，響應速度更快，更穩(wěn)定。
圖1為靜止無功發(fā)生器的結構示意圖；圖2為一種具體實施方式
的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。
如圖1所示，本實用新型所說的靜止無功發(fā)生器，主要由五個單元組成電壓檢測單元I、補償電流發(fā)生單元II、變壓器III、主控單元IV和電流信號給定單元V。
電壓檢測單元I包括位于變壓器III一次側兩端的電壓互感器2，及與電壓互感器2輸出端相連接的電壓檢測部件3。當電網(wǎng)電壓不含有諧波時，電壓檢測部件3可使用電阻元件，其兩端的電壓為檢測到的電壓信號。電壓檢測單元I檢測出變壓器一次側兩端的電壓信號u1s(為基波電壓)，并將u1s輸送到主控單元IV中。
主控單元IV根據(jù)電壓信號u1s和電網(wǎng)需本實用新型裝置吸收的無功功率SQ，輸出與電壓信號u1s頻率相同的基波電流信號i2s到電流給定單元V。
電流給定單元V根據(jù)基波電流信號i2s，二次側繞組數(shù)N，輸出基波電流信號i2s/N到補償電流發(fā)生單元II。
補償電流發(fā)生單元II由N(N≤500)個相同的補償電流發(fā)生子單元II’構成。補償電流發(fā)生單元II中的每個子單元II’根據(jù)收到的基波電流信號i2s/N產生基波電流 并自動跟蹤i2s/N；第k個子單元IIk′將其發(fā)生的電流 送到變壓器第k個二次繞組akxk中，k＝1，2，3，……N。子單元II′輸送到變壓器每個二次繞組的電流大小相等、相位相同，且為基波電流。在忽略較小的空載電流時，I2＝I1(w1/w2)， 與 同相位。 與變壓器一次側兩端電壓1保持固定相位關系當電網(wǎng)需本實用新型裝置吸收感性無功功率時，控制i2s使 滯后于190°的電角度( 也滯后于190°電角度)，當電網(wǎng)需本實用新型裝置吸收容性無功功率時，控制i2s使 超前于190°的電角度( 也超前于190°電角度)。補償電流發(fā)生子單元II’可以利用現(xiàn)有成熟的電流跟蹤技術來實現(xiàn)。
變壓器III，其二次側設有N個繞組akxk，k＝1，2，3，……N。，每個繞組的匝數(shù)均為w2，幾何尺寸相同。
本實用新型從電網(wǎng)吸收的無功功率SQ＝U1I1，在忽略變壓器一次側較小的空載電流時，SQ＝U1I2(w2/w1)。主控單元IV控制靜止無功發(fā)生器使得當補償電流在感性無功電流I2N到容性無功電流-I2N之間可控連續(xù)變化時，其從電網(wǎng)吸收的無功功率在感性無功功率U1I1N(≈U1I2N(w2/w1))至容性無功功率-U1I1N≈(-U1I2N(w2/w1))之間可控連續(xù)變化，可以實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
當負載呈容性時，本實用新型可以從電網(wǎng)吸收感性無功功率；當負載呈感性時，本實用新型可以從電網(wǎng)吸收容性無功功率，以提高負載的功率因數(shù)。
圖1是一種單相的靜止無功發(fā)生器，三套單相靜止無功發(fā)生器采用星形接法或三角形接法可以構成三相靜止無功發(fā)生器，這時三相變壓器可以采用三相心式結構，逆變器也可以采用三相逆變器。
當變壓器一次側電壓中含有較小諧波時，可以近似認為其是基波電壓；當變壓器一次側電壓中含有較大諧波時，為了削減這些諧波，可在圖1中的電壓檢測單元I的電壓檢測部件3中加入濾波電路，使電壓檢測部件3輸出一次側電壓的基波電壓信號。
上述靜止無功發(fā)生器可以并聯(lián)在電網(wǎng)上，此時主控單元IV用于根據(jù)電網(wǎng)的電壓U1、負載電流IL、負載的功率因數(shù)cos等信號決定本裝置應從電網(wǎng)吸收的無功功率。
該靜止無功發(fā)生器也可以串聯(lián)在電網(wǎng)母線上，作為串聯(lián)無功補償裝置使用。
當本實用新型從電網(wǎng)吸收感性無功功率且可控連續(xù)變化時，其作用就是一臺可控電抗器，因此可將其用在自動跟蹤補償消弧線圈中，作為可控電抗器。
圖2為一個實施例，補償電流發(fā)生子單元II’包括電流控制部分II’1和逆變器部分II’2。電流控制部分II’1采用三角波比較方式，包括反饋電流檢測部件7、運算放大器8(例如運算放大器TL074)、PI(即比例積分)調節(jié)器12、比較器9(例如比較器LM311)、三角波發(fā)生器10。逆變器部分II’2包括逆變器4、開關頻率濾波器LdCd和電流互感器TA2。
從電壓檢測單元I輸出的電壓信號u1s(為基波電壓)輸出到主控單元IV，主控單元IV根據(jù)u1s和電網(wǎng)需本本實用新型裝置吸收的無功功率SQ，輸出電流信號i2s(為基波電流)到電流信號給定單元V，電流信號給定單元V根據(jù)i2s產生給定電流信號i2s/N輸出到運算放大器8的“+”端子；反饋電流檢測部件7從電流互感器TA2接收電流i2/N的信號，產生反饋電流信號i1f，i1f被輸出到運算放大器8的“-”端子，運算放大器8對輸入信號i2s/N與i1f的差進行放大得到輸出信號ei，并將ei輸送到PI調節(jié)器12，由PI調節(jié)器12得到輸出信號epi，PI調節(jié)器12將輸出信號epi送到比較器9的“+”端子，三角波發(fā)生器10輸出固定頻率(例如為8kHz)的幅值一定的三角波電壓信號到比較器9的“-”端子，由比較器9輸出一系列幅值為+1(當epi大于三角波電壓部分)或0(當epi于三角波電壓部分)的寬度變化的脈沖信號，即驅動信號iPWM。驅動信號iPWM驅動逆變器4中的觸發(fā)電路，逆變器4輸出正弦波電流i2/N到變壓器的一個二次側繞組中，濾波器LdCd濾除開關頻率。控制i2s使變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率SQ在感性無功功率U1I2N(w2/w1)至容性無功功率-U1I2N(w2/w1)之間可控連續(xù)變化，可以實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
本領域一般技術人員可以根據(jù)上述公開的內容可以采用多種具體方式對本實用新型加以實現(xiàn)。
權利要求1.一種大容量的靜止無功發(fā)生器，包括電壓檢測單元、主控單元、電流信號給定單元、補償電流發(fā)生單元、變壓器；補償電流發(fā)生單元由N個相同的補償電流發(fā)生子單元構成，N≤500，其輸入端與電流信號給定單元的輸出端相連接，其輸出端與變壓器的二次側繞組相連接，N個子單元均產生大小相等、相位相同的基波補償電流i2/N；變壓器的二次側設有N個繞組，各繞組的匝數(shù)相同，幾何尺寸相等，每個繞組與對應的補償電流發(fā)生單元中的子單元相連接；變壓器的一次繞組連接在電網(wǎng)母線上，其特征在于電壓檢測單元(I)包括位于變壓器(III)一次側母線上的電壓互感器(2)，及與電壓 互感器(2)輸出端相連接的電壓檢測部件(3)，該單元從母線電壓波形中檢測出電壓信號u1s，所述電壓檢測部件(3)輸出的電壓信號u1s輸出到主控單元(IV)；主控單元(IV)根據(jù)電壓信號u1s和電網(wǎng)需本實用新型裝置吸收的無功功率SQ，輸出與電壓信號u1s頻率相同的基波電流信號i2s到電流給定單元(V)；電流給定單元(V)根據(jù)基波電流信號i2s，二次側繞組數(shù)N，輸出基波電流信號i2s/N到補償電流發(fā)生單元(II)；補償電流發(fā)生單元(II)跟蹤電流信號i2s/N，向變壓器二次側N個繞組的每個繞組中注入大小相等、相位相同的基波補償電流 當需從電網(wǎng)吸收感性無功功率時，控制i2s使 滯后于190°電角度， 也滯后于190°電角度，當需從電網(wǎng)吸收容性無功功率時，控制i2s使 超前于190°電角度， 也超前于190°電角度；當補償電流在感性無功電流到容性無功電流之間可控連續(xù)變化時，其從電網(wǎng)吸收的無功功率在感性無功功率至容性無功功率之間可控連續(xù)變化，以實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
2.根據(jù)權利要求1所述的大容量靜止無功發(fā)生器，其特征在于所述補償電流發(fā)生個子單元(II’)包括電流控制部分(II’1)和逆變器部分(II’2)；電流控制部分(II’1)采用三角波比較方式，包括反饋電流檢測部件(7)、運算放大器(8)、PI調節(jié)器(12)、比較器(9)、三角波發(fā)生器(10)；逆變器部分(II’2)包括逆變器(4)、開關頻率濾波器(LdCd)和電流互感器(TA2)；電流信號給定單元(V)根據(jù)i2s產生給定電流信號i2s/N輸出到運算放大器(8)的“+”端子；反饋電流檢測部件(7)從電流互感器(TA2)接收電流i2/N的信號，產生反饋電流信號i1f，i1f被輸出到運算放大器(8)的“-”端子，運算放大器(8)對輸入信號i2s/N與i1f差進行放大得到輸出信號ei，并將ei輸送到PI調節(jié)器(12)，由PI調節(jié)器(12)得到輸出信號epi、并送到比較器(9)的“+”端子，三角波發(fā)生器(10)輸出三角波電壓信號到比較器(9)的“-”端子，由比較器(9)輸出一系列幅值為+1或0的寬度變化的脈沖信號iPWM；驅動信號iPWM驅動逆變器(4)中的觸發(fā)電路，逆變器4輸出正弦波電流i2/N到變壓器的一個二次側繞組中，濾波器(LdCd)濾除開關頻率，控制i2s使變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率在感性無功功率U1I2N(w2/w1)至容性無功功率-U1I2N(w2/w1)之間可控連續(xù)變化，以實現(xiàn)動態(tài)無功補償。
專利摘要本實用新型公開了一種大容量靜止無功發(fā)生器，包括電壓檢測單元、主控單元、電流信號給定單元、補償電流發(fā)生單元、變壓器。變壓器一次繞組聯(lián)接在電網(wǎng)上，在變壓器二次側N個繞組中注入大小相等、相位相同的基波補償電流；當需從電網(wǎng)吸收感性無功功率時，控制i
文檔編號H02J3/18GK2739859SQ20042007614
公開日2005年11月9日 申請日期2004年7月31日 優(yōu)先權日2004年7月31日
發(fā)明者陳喬夫 申請人:華中科技大學