本實(shí)用新型涉及一用于提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高和家用電器的普及，低壓用戶、特別是住宅用戶的用電量逐年大幅增長，然而廠礦單位、住宅小區(qū)、商店等配電線路更新改造速度相對(duì)滯后，導(dǎo)致線路末端電壓遠(yuǎn)低于允許范圍，同時(shí)電壓波動(dòng)很大，低壓電網(wǎng)普遍頻繁出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象，洗衣機(jī)、空調(diào)器、電視機(jī)等非照明負(fù)荷難以正常工作，并對(duì)電器設(shè)備造成巨大危害。同時(shí)，由于新增電氣負(fù)荷大量采用電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電力電子裝置，對(duì)無功功率需求很大，并產(chǎn)生大量高次諧波電流，因而導(dǎo)致低壓線路損耗顯著增大，整個(gè)低壓電網(wǎng)的功率因數(shù)低，供電電壓波動(dòng)大，供電合格率低。

解決上述問題的最佳方案是，遵從就地補(bǔ)償、就地治理的原則，在低壓配電網(wǎng)上，直接加裝無功補(bǔ)償、諧波治理及電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。為低壓電網(wǎng)加裝無功補(bǔ)償、諧波治理及電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，可實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)供電電壓，使其穩(wěn)定于標(biāo)準(zhǔn)值，可向用電設(shè)備直接提供無功，大幅度降低低壓配電網(wǎng)的線路損耗，使無功就地達(dá)到平衡，提高配電網(wǎng)實(shí)際輸電容量；濾除低壓配電網(wǎng)的用戶設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流，消除諧波電流在線路產(chǎn)生的損耗及對(duì)其他用電設(shè)備產(chǎn)生的干擾；提高10/0.4kV變壓器運(yùn)行安全性；大幅度改善由于高壓線路雷擊、瞬間短路、過負(fù)荷等原因造成的電壓閃變等異常情況，保護(hù)用電設(shè)備的安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種供電質(zhì)量優(yōu)化裝置，其具有成本低，可靠性高，維護(hù)方便，可提高電網(wǎng)功率因數(shù)、濾除電網(wǎng)諧波、調(diào)節(jié)并穩(wěn)定電網(wǎng)供電電壓。

本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種供電質(zhì)量優(yōu)化裝置，其包括：

一個(gè)交流電源輸入，包含一號(hào)端口和二號(hào)端口；

一個(gè)變壓器，所述變壓器副邊的一端與交流電源一號(hào)端口連接，變壓器副邊的另一端作為本實(shí)用新型裝置的輸出端；

一個(gè)單相可逆倍壓電路，用于調(diào)節(jié)交流側(cè)電流及直流電壓；

一個(gè)輸入電抗器，其一端與與所述交流電源輸出端口連接，其另一端與所述單相可逆倍壓電路的交流側(cè)聯(lián)接，用于限制、平滑交流電源電流；

一個(gè)直流濾波電路，其正、負(fù)端分別與所述單相可逆倍壓電路的直流側(cè)連接，其中點(diǎn)與所述交流電源的二號(hào)端口及所述變壓器原邊的一端連接，用于實(shí)現(xiàn)電壓濾波功能；

一個(gè)單相逆變電路，其直流側(cè)與所述直流濾波電路的直流側(cè)連接，用于實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，其交流?cè)與所述變壓器原邊的一端連接，從而將所述單相逆變電路的輸出交流電耦合并變壓至副邊繞組；

一個(gè)旁路開關(guān)，與所述變壓器的原邊或副邊連接，用于本實(shí)用新型裝置待機(jī)或故障時(shí)的保護(hù)；

一個(gè)交流電壓傳感器，其輸入端分別與所述交流電源的兩個(gè)端口連接，用于檢測交流電源的電壓；

一個(gè)直流電壓傳感器電路，其輸入端與所述直流濾波電路連接，用于檢測直流電壓；

一個(gè)電流傳感器，與所述交流電源的一個(gè)輸入端口連接，或者與本裝置的輸出端連接，用于檢測交流電源或本裝置輸出端的電流；

一個(gè)控制單元，與所述交流電壓傳感器、直流電壓傳感器電路、電流傳感器連接，并采集交流電源電壓、直流電壓、交流電流信號(hào)；所述控制單元還與所述單相可逆倍壓電路、單相逆變電路相連接，以控制其工作狀態(tài)；所述控制單元還與所述旁路開關(guān)聯(lián)接，控制其的通斷。

上述交流電源輸入，是220V電壓等級(jí)或400V電壓等級(jí)的單相交流電源輸入。

上述單相可逆倍壓電路，是包含有兩只或兩組IGBT等半導(dǎo)體功率開關(guān)器件構(gòu)成的一個(gè)橋臂。

上述的直流濾波電路，是包含有兩只或兩組、由電解電容器或薄膜電容器或超級(jí)電容器聯(lián)接成的電路。

上述的單相逆變電路，是包含有兩只或兩組IGBT等半導(dǎo)體功率開關(guān)器件構(gòu)成的一個(gè)橋臂。

本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的一種供電質(zhì)量優(yōu)化裝置，還包括一組并聯(lián)于所述變壓器副邊繞組的低通濾波電路，所述低通濾波電路包含有交流濾波電容器。

上述的控制單元包含有微控制器(CPU)芯片，所述微控制器存儲(chǔ)有可執(zhí)行代碼及數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所述單相可逆倍壓電路、單相逆變電路、旁路開關(guān)的控制。控制單元可以由PLC(可編程邏輯控制器)、單板機(jī)或通用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，具備模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)輸入輸出功能的這類產(chǎn)品都可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明控制單元的功能。

本實(shí)用新型所述的旁路開關(guān)，是由接觸器、或者斷路器、或者可控硅構(gòu)成的。

本發(fā)明中的單相可逆倍壓電路可調(diào)節(jié)交流側(cè)電流，通過控制單元控制，可使其輸出超前或滯后于交流輸入電壓的電流，從而對(duì)輸入供電的功率因數(shù)進(jìn)行修正，達(dá)到較高的功率因數(shù)。同時(shí)，如果輸入供電中含有高次諧波電流，通過控制單元控制，使其輸出一個(gè)反向的高次諧波，從而抵消供電含有的高次諧波電流，達(dá)到濾除電網(wǎng)諧波的功能。

本發(fā)明的變壓器輸出電壓與交流輸入電壓疊加，通過控制單相逆變電路的輸出電壓，就可以調(diào)節(jié)變壓器輸出電壓，從而調(diào)節(jié)總的輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的功能。由于本裝置的輸出是與輸入電壓疊加，其輸出功率只是負(fù)擔(dān)輸入電壓與最終輸出電壓差額的部分，因此不需要和供電負(fù)載一樣的容量，因而具有容量小、體積小，造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。

不同于傳統(tǒng)電動(dòng)調(diào)壓器、投切變壓器繞組、或有載調(diào)壓的穩(wěn)壓方式，本發(fā)明的裝置不通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)或投切裝置進(jìn)行調(diào)壓，因此不存在機(jī)械磨損等問題，可靠性高，壽命長，且維護(hù)更簡單，同時(shí)，沒有這些機(jī)械裝置，也減低了造價(jià)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型供電質(zhì)量優(yōu)化裝置的電氣結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實(shí)用新型供電質(zhì)量優(yōu)化裝置的一個(gè)實(shí)施例圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本實(shí)用新型供電質(zhì)量優(yōu)化裝置實(shí)施及工作過程。

如圖1所示，是供電質(zhì)量優(yōu)化裝置的電氣結(jié)構(gòu)圖。其中交流電源由一號(hào)端口1及二號(hào)端口2接入，一號(hào)端口與變壓器8的副邊繞組的一端口連接，變壓器8副邊繞組的另一端口作為本實(shí)用新型裝置的輸出端口。電抗器3與單相可逆倍壓電路4的交流側(cè)連接，二號(hào)端口與直流濾波電路5的中點(diǎn)連接，單相可逆倍壓電路4的直流側(cè)與直流濾波電路5的正、負(fù)端連接。輸入交流電經(jīng)單相可逆倍壓電路4調(diào)制后，再經(jīng)直流濾波電路5濾波，變?yōu)橹绷麟?。其中，直流濾波電路5中的電容容量及電壓可以視裝置容量及工作電壓選擇，其電容電壓不應(yīng)低于供電電壓，電容應(yīng)有足夠大的容量，以保持直流電壓紋波比例不超過20％。其中電抗器3用于限制、平滑交流電源電流，其電感值越大，電流紋波越小，單造價(jià)越高，綜合情況 下，其值的選擇應(yīng)使輸入電流紋波電流比例不超過50％。

單相逆變電路6的直流側(cè)與直流濾波電路5的正、負(fù)端連接。單相逆變電路6的交流側(cè)連接變壓器8的原邊一端，變壓器8的原邊另一端與直流濾波電路5的中點(diǎn)連接。單相逆變電路6輸出一個(gè)經(jīng)PWM調(diào)制后的電壓，施加于變壓器8的原邊繞組，該電壓經(jīng)變壓器8變壓后，與一號(hào)端口串聯(lián)連接，從而起到調(diào)整輸出電壓的作用。

變壓器8的副邊繞組同時(shí)并聯(lián)一個(gè)旁路開關(guān)7，作為故障及檢修時(shí)的旁路通路。

控制單元11與單相可逆倍壓電路4及單相逆變電路6連接，用于控制其中半導(dǎo)體開關(guān)器件的通、斷狀態(tài)，同時(shí)檢測其工作正常與否。

控制單元11同時(shí)與交流電壓傳感器10、直流電壓傳感器電路12、電流傳感器9連接，用于檢測本實(shí)用新型裝置的輸入交流電源電壓、電流及直流濾波電路5的電壓。

圖2是本實(shí)用新型供電質(zhì)量優(yōu)化裝置的一個(gè)實(shí)施例圖，其交流電源出入可接入220V交流電，其中單相可逆倍壓電路4由兩只串聯(lián)的IGBT單相橋14組成，其交流側(cè)與輸出端口連接，而單相逆變電路6由兩只串聯(lián)的IGBT單相橋15構(gòu)成，其交流側(cè)與變壓器原邊連接。

低通濾波電路16與旁路開關(guān)7并聯(lián)，用于濾除變壓器副邊的高頻脈動(dòng)電流，其中電容值越大，則裝置輸出的紋波電壓越小，在實(shí)際應(yīng)用中，以紋波電壓不超過4％為好。