專利名稱：智能電力綜合補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能電力綜合補償
直O(jiān)
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展尤其是電力電子技術(shù)的發(fā)展，大量的現(xiàn)代電力電子設(shè)備等非線性負荷用電設(shè)備接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)供電質(zhì)量受到嚴重影響，電網(wǎng)的無功含量大增，注入電網(wǎng)中的諧波也隨之增加，引起了電壓及電流的波形畸變。與此同時各種高端精密設(shè)備的應(yīng)用使得用戶對電能質(zhì)量的要求也越來越高。因此實時快速的無功補償和諧波治理對優(yōu)化電網(wǎng)潮流分布、提高電能質(zhì)量及滿足用戶需求具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的低壓無功補償投切電容器組TSC裝置(晶閘管)可實現(xiàn)電容器快速無觸點投切，但諧波的存在會使電容器與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波電流放大導致電容器損壞或晶閘管燒損，該問題在低壓配電系統(tǒng)中頻繁發(fā)生。而供電系統(tǒng)常用的方法是采用接觸器手動投切電力濾波器來消除諧波，自動化水平極低，動作慢，無法做到適時投切。此種補償方式無法滿足補償連續(xù)變化無功功率，容易出現(xiàn)過補現(xiàn)象。傳統(tǒng)的SVG裝置采用的是兩電平控制，此控制方式響應(yīng)速度較慢，而且裝置產(chǎn)生的諧波較大，可靠性差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服上述缺陷，提供可以實現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)連續(xù)變化無功的完全補償，響應(yīng)速度快，產(chǎn)生的諧波小，可靠性高的智能電力綜合補償裝置。為達到上述目的，本實用新型提供的智能電力綜合補償裝置，包括主回路，所述主回路上設(shè)有三相開關(guān)、主接觸器、三相電抗器、三相電壓互感器、三相電流互感器、低壓無功補償投切電容器組即TSC和靜止無功發(fā)生器即SVG的功率模塊，還包括主控制器、TSC控制器和靜止無功發(fā)生器即SVG控制器，其中所述主控制器接于所述主回路三相開關(guān)之后并與所述三相電壓互感器和三相電流互感器分別相連，所述主控制器的控制信號分別接至所述TSC控制器和SVG控制器；所述TSC控制器連接有N組相互并聯(lián)的、固定容量的TSC，N為大1的整數(shù)，每一 TSC包括3個由反向并聯(lián)的兩個晶閘管構(gòu)成的晶閘管閥組與補償電容器串聯(lián)構(gòu)成的支路，3 個所述支路采用三角形連接，其連接點分別接至電網(wǎng)的三相中；所述SVG控制器與所述功率模塊相連，所述功率模塊經(jīng)所述三相電抗器、主接觸器和三相開關(guān)與所述主回路相連，所述功率模塊為三電平觸發(fā)逆變器，所述SVG的額定容量為所述TSC總?cè)萘康?/N。本實用新型智能電力綜合補償裝置，其中所述主控制器包括AD采樣芯片和與其依次相連的采樣CPU及主控CPU，主回路電壓和電流的采集信號傳輸給所述AD采樣芯片，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)采樣數(shù)據(jù)總線傳輸給所述采樣CPU，再由所述采樣CPU經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給所述主控CPU。其中所述TSC控制器包括光耦隔離電路和與其依次相連的DSP及驅(qū)動電路，所述主控CPU的輸出信號經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給所述DSP，經(jīng)過所述光耦電路進行隔離，再經(jīng)過所述驅(qū)動電路輸出驅(qū)動信號至所述TSC。本實用新型智能電力綜合補償裝置，其中所述SVG控制器包括另一 DSP和觸發(fā)電路，所述主控CPU將補償輸出信號傳輸給所述另一 DSP，所述另一 DSP輸出的電流信號經(jīng)所述觸發(fā)電路得到相對應(yīng)的PWM波形信號并輸出驅(qū)動信號至所述功率模塊。本實用新型智能電力綜合補償裝置，其中所述AD采樣芯片采用型號為MAX13M的芯片構(gòu)成，所述采樣CPU采用型號為TMS320F2812的芯片構(gòu)成，所述主控CPU采用型號為 TMS320C6713的芯片構(gòu)成，所述DSP采用型號為EPM7256AE的芯片構(gòu)成。本實用新型智能電力綜合補償裝置的優(yōu)點和積極效果在于由于系統(tǒng)是將N組 TSC并聯(lián)到接到電網(wǎng)上，并且將SVG的三項輸出接到主回路上。其中，功率模塊為三電平觸發(fā)逆變器，這樣可以使開關(guān)頻率更低、產(chǎn)生諧波電流更小、功率密度更高。SVG的額定容量為TSC總?cè)萘康?/N，當系統(tǒng)所需容量不是TSC單支路的整數(shù)倍的時候，SVG則由所獲得TSC 的控制參數(shù)實現(xiàn)分級無功補償，實現(xiàn)了由SVG控制參數(shù)實現(xiàn)各級之間剩余無功的補償。由于SVG本身具有諧波治理功能，可以抑制電網(wǎng)諧波，為TSC裝置提供更高的投切環(huán)境，取消了必須在電容電壓為零時進行投切的條件，可以實現(xiàn)在短時間內(nèi)進行重復(fù)投切，在負載中含有諧波電流的情況下實現(xiàn)了快速連續(xù)的無功補償和諧波治理，響應(yīng)速度快，可靠性高。下面將結(jié)合實施例參照附圖進行詳細說明。

圖1是本實用新型智能電力綜合補償裝置的總圖；圖2是AD采樣芯片的電路原理圖；圖3是采樣CPU的電路原理圖；圖4是主控CPU的電路原理圖；圖5是SVG控制器DSP的電路原理圖；圖6是SVG控制器觸發(fā)電路的電路原理圖；圖7是TSC控制器的電路原理圖。
具體實施方式
參照圖1，本實用新型智能電力綜合補償裝置采用低壓無功補償投切電容器組5， 即TSC，與低壓靜止無功發(fā)生器即SVG并聯(lián)的方式組成，包括主回路、TSC、SVG的功率模塊 4、主控制器1、TSC控制器2和SVG控制器3。主回路上設(shè)有三相開關(guān)、主接觸器、三相電抗器、三相電壓互感器和三相電流互感
ο功率模塊4經(jīng)三相電抗器、主接觸器和三相開關(guān)與主回路相連，功率模塊4為三電平觸發(fā)逆變器，SVG的額定容量為TSC總?cè)萘康?/N。固定容量的TSC為N組，N為大1的整數(shù)，各TSC相互并聯(lián)。每一 TSC包括3個由反向并聯(lián)的兩個晶閘管構(gòu)成的晶閘管閥組與補償電容器串聯(lián)構(gòu)成的支路，3個支路采用三角形連接，其連接點分別接至電網(wǎng)的三相中。主控制器1接于主回路三相開關(guān)之后并與三相電壓互感器和三相電流互感器分別相連，主控制器1的控制信號分別接至TSC控制器2和SVG控制器3。參照圖2、圖3和圖4，主控制器1包括AD采樣芯片U4和與其依次相連的采樣 CPU(芯片Ul)及主控CPU(芯片Jl)。由三相電壓互感器和三相電流互感器采集到的電壓、 電流采樣信號傳輸給AD采樣芯片U4，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)采樣數(shù)據(jù)總線傳輸給采樣CPU，再由采樣CPU經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給主控CPU進行計算分析。參照圖7，TSC控制器2包括光耦隔離電路和與其依次相連的DSP(芯片U3)及驅(qū)動電路，主控CPU將計算的結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給DSP，生成一定寬度的脈沖，經(jīng)過光耦電路進行隔離，再經(jīng)過驅(qū)動電路輸出驅(qū)動信號至TSC。采用數(shù)字電路產(chǎn)生脈沖，可以在過零時刻準確控制產(chǎn)生脈沖，且脈沖的寬度也可以通過計數(shù)器精確控制?；贒SP的數(shù)字控制系統(tǒng)不受環(huán)境影響，可靠性好。在上述電路中，AD采樣芯片U4采用型號為MAX13M的芯片構(gòu)成，采樣CPU采用型號為TMS320F2812的芯片Ul構(gòu)成，主控CPU采用型號為TMS320C6713的芯片Jl構(gòu)成，DSP 采用型號為EPM7256AE的芯片U3構(gòu)成。在本實用新型智能電力綜合補償裝置的實施例中，TSC的投切得到了很大的改進， TSC投入時刻的選取很重要，總的原則是，TSC投入電容的時刻，也就是晶閘管開通時刻，必須是電源電壓與電容器預(yù)先充電電壓相等的時刻。為了達到這個要求，本系統(tǒng)采用晶閘管與二極管反并聯(lián)方式，電容器投入前其電壓總是維持在電網(wǎng)電壓的峰值，一旦電容器電壓比電網(wǎng)電壓峰值有所降低，二極管都會將其電壓充電至電網(wǎng)峰值電壓。只要在電網(wǎng)電壓峰值時觸發(fā)晶閘管，就可避免電流沖擊。以晶閘管端電壓過零作為TSC投入時機，即在系統(tǒng)電壓和電容端電壓相等時進行投切動作。這樣，首次投切時沖擊電流同樣為零，晶閘管開通后，電容電壓隨系統(tǒng)電壓而變化，滿足零電壓切換的條件。該狀態(tài)一直持續(xù)至電源電壓達到峰值點，晶閘管由于電容電流下降到零而自然關(guān)斷，電容器已被充電到電源電壓的峰值點， 具備理想觸發(fā)導通的條件，此時，施加脈沖將實現(xiàn)無過渡過程的自然換相，取消了必須在電容電壓為零時進行投切的條件，實際上可以在短時間內(nèi)進行重復(fù)投切。參照圖5和圖6，SVG控制器3包括另一 DSP (芯片J6)和觸發(fā)電路，主控CPU將補償輸出信號傳輸給另一 DSP，另一 DSP根據(jù)計算出的電流值和裝置實際輸出的電流值得到相對應(yīng)的PWM波形，輸出信號再經(jīng)過芯片J6(74HC04)后傳給觸發(fā)電路，觸發(fā)電路根據(jù)接收的信號得到所需要的三電平PWM波形，并輸出驅(qū)動信號至功率模塊，從而達到控制輸出波形跟蹤計算得到的電流值的目的。SVG控制器3采用的三電平控制，對比與傳統(tǒng)的兩電平控制有很大的優(yōu)越性，此控制方式不但響應(yīng)速度快，而且裝置產(chǎn)生的諧波也小，可靠性高。本實用新型智能電力綜合補償裝置的控制過程如下系統(tǒng)通過采樣模塊將采集到的系統(tǒng)的參數(shù)傳給主控制器1，主控制器1通過計算分析，得到系統(tǒng)所需的無功以及諧波含量，并計算出所需要的開通TSC組數(shù)，通過TSC控制器2控制TSC的晶閘管的投切，于此同時，控制器會通過計算得到剩余的所需無功以及諧波含量，將所計算的補償量傳給SVG控制部分的DSP。SVG的額定容量為TSC總?cè)萘康?/N，當系統(tǒng)所需容量不是TSC單支路的整數(shù)倍的時候，SVG則由所獲得TSC的控制參數(shù)實現(xiàn)分級無功補償，實現(xiàn)由SVG控制參數(shù)實現(xiàn)各級之間剩余無功的補償。SVG控制部分的DSP經(jīng)過計算得到正確的PWM波形并輸出，控制功率模塊4產(chǎn)生無功，這樣就能很準確的補償系統(tǒng)所需的無功與諧波，由于SVG本身具有諧波治理功能，可以抑制電網(wǎng)諧波，為TSC裝置提供更高的投切環(huán)境，達到了預(yù)期的效果。本實用新型智能電力綜合補償裝置，TSC與SVG分別由獨立的DSP來控制，不但更加精確的控制裝置的補償容量和補償精度，而且節(jié)約了成本，使得裝置運行更加靈活，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的構(gòu)思和范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計方案前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍，本實用新型請求保護的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種智能電力綜合補償裝置，包括主回路，所述主回路上設(shè)有三相開關(guān)、主接觸器、 三相電抗器、三相電壓互感器、三相電流互感器、低壓無功補償投切電容器組即TSC(5)和靜止無功發(fā)生器即SVG的功率模塊(4)，其特征在于還包括主控制器(1)、TSC控制器(2) 和SVG控制器(3)，其中:所述主控制器(1)接于所述主回路三相開關(guān)之后并與所述三相電壓互感器和三相電流互感器分別相連，所述主控制器(1)的控制信號分別接至所述TSC控制器( 和SVG控制器⑶；所述TSC控制器( 連接有N組相互并聯(lián)的、固定容量的TSC ，N為大1的整數(shù)，每一 TSC(5)包括3個由反向并聯(lián)的兩個晶閘管構(gòu)成的晶閘管閥組與補償電容器串聯(lián)構(gòu)成的支路，3個所述支路采用三角形連接，其連接點分別接至電網(wǎng)的三相中；所述SVG控制器(3)與所述功率模塊⑷相連，所述功率模塊⑷經(jīng)所述三相電抗器、 主接觸器和三相開關(guān)與所述主回路相連，所述功率模塊(4)為三電平觸發(fā)逆變器，所述SVG 的額定容量為所述TSC總?cè)萘康?/N。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電力綜合補償裝置，其特征在于其中所述主控制器(1) 包括AD采樣芯片(U4)和與其依次相連的采樣CPU(Ul)及主控CPU(Jl)，主回路電壓和電流的采集信號傳輸給所述AD采樣芯片(U4)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)采樣數(shù)據(jù)總線傳輸給所述采樣 CPU(Ul)，再由所述采樣CPU(Ul)經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給所述主控CPU(Jl)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能電力綜合補償裝置，其特征在于其中所述TSC控制器( 包括光耦隔離電路和與其依次相連的DSP(TO)及驅(qū)動電路，所述主控CPU (Jl)的輸出信號經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給所述DSP (U3)，經(jīng)過所述光耦電路進行隔離，再經(jīng)過所述驅(qū)動電路輸出驅(qū)動信號至所述TSC(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能電力綜合補償裝置，其特征在于其中所述SVG控制器C3)包括另一 DSP(J6)和觸發(fā)電路，所述主控CPU(Jl)將補償輸出信號傳輸給所述另一 DSP(J6)，所述另一 DSP(J6)輸出的電流信號經(jīng)所述觸發(fā)電路得到相對應(yīng)的PWM波形信號并輸出驅(qū)動信號至所述功率模塊G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能電力綜合補償裝置，其特征在于其中所述AD采樣芯片 (U4)采用型號為MAX13M的芯片構(gòu)成，所述采樣CPU(Ul)采用型號為TMS320F2812的芯片構(gòu)成，所述主控CPU(Jl)采用型號為TMS320C6713的芯片構(gòu)成，所述DSP (U3)采用型號為 EPM7256AE的芯片構(gòu)成。
專利摘要一種智能電力綜合補償裝置，主回路設(shè)有TSC和SVG的功率模塊，還包括主控制器、TSC控制器和SVG控制器。固定容量的TSC為N(N＞1)組，各TSC相互并聯(lián)。每一TSC包括3個由反向并聯(lián)的兩個晶閘管構(gòu)成的晶閘管閥組與補償電容器串聯(lián)構(gòu)成的支路，3個支路采用三角形連接，其連接點分別接至電網(wǎng)的三相中。功率模塊為三電平觸發(fā)逆變器，SVG的額定容量為TSC總?cè)萘康?/N。其優(yōu)點是在無功補償容量不是TSC單支路整數(shù)倍時，SVG實現(xiàn)了各級之間剩余無功的補償，抑制了電網(wǎng)諧波，取消了必須在電容電壓為零時進行投切的條件，為TSC提供更好的投切環(huán)境，可在短時間內(nèi)重復(fù)投切，響應(yīng)速度快，可靠性高。功率模塊采用三電平觸發(fā)逆變器使開關(guān)頻率更低、產(chǎn)生諧波電流更小。
文檔編號H02J3/18GK202084939SQ20112016729
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者劉為云, 姜文東, 紀竹童 申請人:山東藍天電能科技有限公司