本發(fā)明涉及電網(wǎng)領域的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備。

背景技術：

電能質(zhì)量指的是電網(wǎng)中各點電壓或電流的幅值與波形符合標準的程度，它的優(yōu)劣直接關系到國民經(jīng)濟的總體效益，良好的電能質(zhì)量無疑對電氣設備的運行有利。

隨著居民生活改善與電力電子技術的發(fā)展，配網(wǎng)臺區(qū)中出現(xiàn)了大量大功率與非線性負荷，使臺區(qū)配網(wǎng)中存在大量諧波、負荷不平衡及無功問題。諧波、負荷不平衡及無功問題對配網(wǎng)系統(tǒng)運行的不利影響也已引起人們的廣泛重視，其危害主要體現(xiàn)在危害程度與影響電氣設備的性能指標兩個方面。

從危害程度來看，電能質(zhì)量問題的危害是破壞性的。如電容器和電纜線路投切時因諧波諧振而引起的過電壓，往往造成電氣設備的絕緣和機械損壞，從而影響電力系統(tǒng)的正常運行，繼電保護裝置因諧波和負序干擾引起誤動造成電網(wǎng)大面積停電，會造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至危害人身安全。

從電能質(zhì)量問題影響電氣設備的性能指標來看，如不正常的電壓和頻率偏差,會引起異步電機負荷的轉(zhuǎn)速和功率變化，導致傳動機械的效率降低；諧波電流在旋轉(zhuǎn)電機，輸電線路，變壓器等輸配電設備中通過，使這些設備因產(chǎn)生附加損耗而過熱，從而降低了這些設備的壽命或容量；居民電氣與照明設備受到過、欠壓影響導致不能正常工作甚至燒毀。

電能質(zhì)量問題已嚴重影響臺區(qū)配網(wǎng)的安全、可靠及經(jīng)濟性。因此，有必要研究電能質(zhì)量問題及相應治理措施與手段，有效改善配網(wǎng)臺區(qū)的電能質(zhì)量問題。

雖然現(xiàn)有各類無功補償、三相電流不平衡及諧波治理設備，能夠在一定程度上改善電能質(zhì)量，但是隨著居民用電設備類型與功率的快速變化與發(fā)展，現(xiàn)有電能質(zhì)量治理設備已無法適應配電臺區(qū)的發(fā)展變化需要，主要體現(xiàn)以下兩點：

第一，配網(wǎng)臺區(qū)電能質(zhì)量問題越發(fā)呈現(xiàn)復雜化，諧波、三相不平衡與無功等問題同時存在，單一的治理能力已不能解決臺區(qū)的電能質(zhì)量問題；

第二、居民電力電子設備的大面積應用，使諧波問題更加突出，傳統(tǒng)無功與三相不平衡治理設備無法正常工作甚至損壞。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備，其能夠在惡劣電能質(zhì)量環(huán)境下，實現(xiàn)電能質(zhì)量治理，并可同時治理諧波，三相不平衡電流和無功電流，為日后作為配網(wǎng)通用電能質(zhì)量治理設備的應用與普及奠定基礎。

實現(xiàn)上述目的的一種技術方案是：一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備，包括逆變電路和lc濾波電路，

所述逆變電路包括并聯(lián)設置的直流側(cè)、電容c0和交流側(cè)；

所述直流側(cè)是由三條儲能支路以及一條放電支路并聯(lián)而成的，每條所述儲能支路均由兩個儲能電容串聯(lián)而成，所述放電電路由兩個放電電阻串聯(lián)而成；

所述交流側(cè)由a相逆變支路、b相逆變支路和c相逆變支路并聯(lián)而成，所述a相逆變支路、所述b相逆變支路和所述c相逆變支路均由兩個igbt管串聯(lián)而成；

所述lc濾波電路包括a相濾波電路、b相濾波電路、c相濾波電路和n相濾波電路；

a相濾波電路、b相濾波電路、c相濾波電路均包括依次串聯(lián)的濾波電感、濾波電阻和濾波電容，所述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電感，一端對應連接由a相逆變支路、b相逆變支路和c相逆變支路，另外一端連接電網(wǎng)上對應的相線；

所述l相濾波電路包括一端同時連接所述直流側(cè)的三條儲能支路以及一條放電支路，另外一端同時連接述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電阻以及電網(wǎng)的l相線的l相濾波電感。

進一步的，所述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電感均通過對應的軟啟動電阻連接電網(wǎng)上對應的相線。

再進一步的，所述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電感與對應的軟啟動電阻之間均設有電抗器。

再進一步的，與所述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電感對應的軟啟動電阻連接電網(wǎng)的一端，以及l(fā)相濾波電感連接所述電網(wǎng)的一端均設有接地的避雷器。

進一步的，所述臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備位于箱體內(nèi)，所述箱體內(nèi)設有獨立的散熱風道，用于放置所述lc濾波電路，所述散熱風道配備散熱器。

再進一步的，所述散熱器采用軸流風機。

再進一步的，所述箱體內(nèi)壁敷設厚度不低于10mm的隔音層。

再進一步的，所述箱體包括箱本體和箱蓋，所述箱蓋的內(nèi)緣和所述箱本體頂部的外緣之間形成進風口，所述箱本體的底部形成出風口。

進一步的，所述臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備還包括對所述逆變電路上各個igbt管進行控制的控制器；所述控制器包括同步信號生成電路，直流側(cè)電壓控制電路，電流監(jiān)測及指令生成電路，以及與所述逆變電路上的各個逆變支路對應的電流跟隨控制電路。

再進一步的，所述控制器通過所述電流監(jiān)測及指令生成電路從負載電流中分離出諧波電流、基波無功電流及不平衡電流分量，只保留三相平衡的基波的有功分量，然后將其反極性作用后發(fā)出補償電流指令信號；

所述電流跟隨控制電路根據(jù)所述補償電流指令，計算出所述逆變電路交流側(cè)的各igbt管的觸發(fā)脈沖，該脈沖經(jīng)pwm驅(qū)動后作用于所述逆變電路交流側(cè)的各igbt管。

采用了本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備的技術方案，包括逆變電路和lc濾波電路，所述逆變電路包括并聯(lián)設置的直流側(cè)、電容c0和交流側(cè)；所述直流側(cè)是由三條儲能支路以及一條放電支路并聯(lián)而成的，每條所述儲能支路均由兩個儲能電容串聯(lián)而成，所述放電電路由兩個放電電阻串聯(lián)而成；所述交流側(cè)由a相逆變支路、b相逆變支路和c相逆變支路并聯(lián)而成，所述a相逆變支路、所述b相逆變支路和所述c相逆變支路均由兩個igbt管串聯(lián)而成；所述lc濾波電路包括a相濾波電路、b相濾波電路、c相濾波電路和n相濾波電路；a相濾波電路、b相濾波電路、c相濾波電路均包括依次串聯(lián)的濾波電感、濾波電阻和濾波電容，所述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電感，一端對應連接由a相逆變支路、b相逆變支路和c相逆變支路，另外一端連接電網(wǎng)上對應的相線；所述l相濾波電路包括一端同時連接所述直流側(cè)的三條儲能支路以及一條放電支路，另外一端同時連接述a相濾波電路、所述b相濾波電路和所述c相濾波電路上的濾波電阻以及電網(wǎng)的l相線的l相濾波電感。其技術效果是：其能夠在惡劣電能質(zhì)量環(huán)境下，實現(xiàn)電能質(zhì)量治理，并可同時治理諧波，三相不平衡電流和無功電流，為日后作為配網(wǎng)通用電能質(zhì)量治理設備的應用與普及奠定基礎。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備的結(jié)構示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備的控制器的結(jié)構示意圖。

圖3為本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備的箱體的示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對本發(fā)明的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結(jié)合附圖進行詳細地說明：

請參閱圖1，本發(fā)明一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備包括逆變電路1，以及將該逆變電路交流側(cè)與三相四線電網(wǎng)連接的lc濾波電路2。

其中逆變電路的直流側(cè)包括相互并聯(lián)設置的第一儲能支路，第二儲能支路、第三儲能支路以及放電支路。其中第一儲能支路由第一儲能電容c1和第四儲能電容c4串聯(lián)而成，第二儲能支路由第二儲能電容c2和第五儲能電容c5串聯(lián)而成，第三儲能支路由第三儲能電容c3和第六儲能電容c6串聯(lián)而成。放電支路由第一放電電阻r1和第二放電電阻r2串聯(lián)而成。

第一至第六儲能電容c1至c6用于實現(xiàn)該逆變電路的儲能以及與電網(wǎng)進行能量交換。

逆變電路1交流側(cè)包括a相逆變支路、b相逆變支路和c相逆變支路。其中，a相逆變支路是由第一igbt管和第四igbt管串聯(lián)而成的。b相逆變支路是由第二igbt管和第五igbt管串聯(lián)而成的。c相逆變支路是由第三igbt管和第六igbt管串聯(lián)而成的。

第一至第六igbt管用于實現(xiàn)三相電流、電壓的控制及與電網(wǎng)的能量交換；第一放電電阻r1和第二放電電阻r2保證停機狀態(tài)下將儲存在第一至第六儲能電容c1至c6中能量釋放，保證維檢修的安全。

該逆變電路交流側(cè)和逆變電路直流側(cè)之間，并聯(lián)有電容c0。

第一igbt管的正極、第二igbt管的正極、第三igbt管的正極，以及第一儲能電容c1的第一端部、第二儲能電容c2的第一端部、第三儲能電容c3的第一端部以及電容c0的第一端部構成逆變電路1的正極。

第四igbt管的負極、第五igbt管的負極、第六igbt管的負極，以及第四儲能電容c4的第二端部、第五儲能電容c5的第二端部、第六儲能電容c6的第二端部以及電容c0的第二端部構成逆變電路1的負極。

lc濾波電路2包括a相濾波電路、b相濾波電路、c相濾波電路和n相濾波電路。lc濾波電路2可濾除電網(wǎng)上的高頻載波。

a相濾波電路包括：依次串聯(lián)的a相濾波電感l(wèi)fa，a相濾波電阻rfa和a相濾波電容cfa。a相濾波電感l(wèi)fa的逆變端連接第一igbt管和第四igbt管的串聯(lián)點，a相濾波電感l(wèi)fa的電網(wǎng)端連接a相濾波電阻rfa的第一端部，a相濾波電阻rfa的第二端部連接a相濾波電容cfa的第一端部。

b相濾波電路包括：依次串聯(lián)的b相濾波電感l(wèi)fb，b相濾波電阻rfb和b相濾波電容cfb。b相濾波電感l(wèi)fb的逆變端連接第二igbt管和第五igbt管的串聯(lián)點，b相濾波電感l(wèi)fb的電網(wǎng)端連接b相濾波電阻rfb的第一端部，b相濾波電阻rfb的第二端部連接b相濾波電容cfb的第一端部。

c相濾波電路包括：依次串聯(lián)的c相濾波電感l(wèi)fc，c相濾波電阻rfc和c相濾波電容cfc。c相濾波電感l(wèi)fc的逆變端連接第三igbt管和第六igbt管的串聯(lián)點，c相濾波電感l(wèi)fc的電網(wǎng)端連接c相濾波電阻rfc的第一端部，c相濾波電阻rfc的第二端部連接c相濾波電容cfc的第一端部。

n相濾波電路包括n相濾波電感l(wèi)fn，n相濾波電感l(wèi)fn的逆變端連接第一放電電阻r1和第二放電電阻r2的串聯(lián)點，n相濾波電感l(wèi)fn的電網(wǎng)端與a相濾波電容cfa的第二端部，b相濾波電容cfb的第二端部，以及c相濾波電容cfc的第二端部同時短接。

a相濾波電感l(wèi)fa的電網(wǎng)端通過依次串聯(lián)的a相電抗器la和a相軟電阻ra的第二端部連接。b相濾波電感l(wèi)fb的電網(wǎng)端通過b相電抗器lb和b相軟電阻rb的第二端部連接。c相濾波電感l(wèi)fc的電網(wǎng)端通過c相電抗器lc和c相軟電阻rc的第二端部連接。

n相濾波電感l(wèi)fn的電網(wǎng)端連接電網(wǎng)的n相線。a相軟電阻ra的第一端部、b相軟電阻rb的第一端部和c相軟電阻的第一端部對應連接電網(wǎng)的a相線、b相線和c相線。這樣的設計可以保證本發(fā)明一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備不因上電瞬間產(chǎn)生的大電沖擊損壞。a相電抗器、b相電抗器和c相電抗器，用于實現(xiàn)本發(fā)明一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備的逆變功能。

同時，a相軟電阻ra的第一端部，b相軟電阻rb的第一端部和c相軟電阻的第一端部，以及n相濾波電感的電網(wǎng)端對應設有接地的a相避雷器fa，b相避雷器fb、c相避雷器fc和n相避雷器fn。其作用在于保護本發(fā)明一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備不因雷電或操作過電壓而損壞。

本發(fā)明一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備還包括控制器100，控制器100采用瞬時無功功率與快速傅里葉變換法相結(jié)合，并輔以自適應算法，實現(xiàn)滿足需要的基于d-q坐標的正、負、諧波進行同步檢測，即同時進行正序、負序無功電流、三相有功不平衡電流與諧波電流的檢測。

控制器100包括同步信號生成電路101，直流側(cè)電壓控制電路102，電流監(jiān)測及指令生成電路103和電流跟隨控制電路104。

同步信號生成電路101用于對來自電網(wǎng)負載端的電壓信號采集得到ea和eb信號，對ea和eb信號進行低通濾波、鎖相環(huán)控制，并進行派克變換，得到與電網(wǎng)負載端的電壓信號同步的同步信號；

電流監(jiān)測及指令生成電路103采集自電網(wǎng)負載端的瞬時電流il，并對瞬時電流進行瞬時無功正變換，得到瞬時有功電流ip和瞬時無功電流iq；瞬時有功電流ip對應基波電流，瞬時無功電流iq對應諧波電流，

直流側(cè)電壓控制電路102監(jiān)測逆變電路1直流側(cè)兩端的不平衡電壓，通過內(nèi)置的pi控制器，生成對電網(wǎng)負載端的瞬時電流il中的不平衡量進行補償?shù)挠泄ρa償電流△ip，瞬時有功電流ip經(jīng)過有功補償電流△ip補償后，電網(wǎng)負載端的瞬時電流il中的諧波電流、無功電流和不平衡電流均已濾除。對經(jīng)過有功補償電流△ip補償?shù)挠泄﹄娏鱥p進行瞬時無功反變換，生成補償電流指令

電流跟隨控制電路104對應逆變電路1交流側(cè)的一條逆變支路，接收補償電流指令以及交流側(cè)對應逆變支路相上兩個igbt管上的電流信號，分被記為ic1和ic2，對應得到兩個補償控制信號△ic1和△ic2，其中兩個補償控制信號△ic1和△ic2，通過對應的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，得到兩個模擬控制信號，最后通過對應的比較器，與內(nèi)置于電流跟隨控制電路104的三角波發(fā)生器發(fā)出的三角波信號進行比較，比較后生成的就是對應對兩個igbt管進行控制的pwm1驅(qū)動信號和pwm2驅(qū)動信號。

簡而言之,本發(fā)明一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備中的控制器100通過電流監(jiān)測及指令生成電路103從負載電流中分離出諧波電流、基波無功電流及不平衡電流分量，只保留三相平衡的基波的有功分量，從而達到消除諧波、與三相不平衡，同時進行無功補償?shù)哪康?。然后將其反極性作用后發(fā)出補償電流指令

電流跟隨控制電路104根據(jù)計算得出的補償電流指令計算出逆變電路1交流側(cè)的各igbt管的觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)pwm驅(qū)動后作用于逆變電路1交流側(cè)的各igbt管，從而達到消除諧波與三相不平衡，同時進行無功補償?shù)哪康摹?/p>

本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備，裝在箱體200內(nèi)，箱體200可通過安裝支架固定在桿上變壓器的下方，也可以通過安裝支架固定在地面上。同時為了監(jiān)控電網(wǎng)的運行狀態(tài)，現(xiàn)有配網(wǎng)臺區(qū)均會配置監(jiān)控系統(tǒng)，用以分析、統(tǒng)計臺區(qū)的運行狀態(tài)各種數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備并聯(lián)接入時需確保監(jiān)控系統(tǒng)檢測用的互感器，在變壓器和負載之間接入三相四線電網(wǎng)，否則將導致后臺監(jiān)控數(shù)據(jù)不能準確反映一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備理后的實際效果。

本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備，裝在箱體200內(nèi),箱體200按照以下原則合理設計風道結(jié)構，能達到理想的散熱效果：

第一，應引導氣流沖擊散熱器表面,造成擾動,從而形成紊流,以加強散熱效果。

第二，不應使氣流壓頭損失過大,流速下降過多,以免降低散熱效果。

因此，在實際的設計中,綜合權衡以上兩點，箱體200內(nèi)為lc濾波電路2配備了獨立的散熱風道，通過安裝在所述散熱風道內(nèi)的散熱器，將lc濾波電路2熱量導出，通過散熱風道的強制風冷帶走熱量，并且外部灰塵等不會對逆變電路1和lc濾波電路2的正常運行產(chǎn)生影響。

箱體200進行降噪設計，是因為其有很大可能距離周圍住戶較近。

在設計過程采用的降噪設計包括以下一些方面：

箱體200與逆變電路1，以及l(fā)c濾波電路2之間采用一體式框架，逆變電路1，以及l(fā)c濾波電路2、a相電抗器、b相電抗器、c相電抗器、a相軟啟動電阻ra、b相軟啟動電阻rb、c相軟啟動電阻rc、a相避雷器fa，b相避雷器fb、c相避雷器fc和n相避雷器fn在箱體200內(nèi)的安裝固定采均取隔振或減振措施，包括在其與箱體200之間安裝彈性物物體，如彈簧隔振器、橡皮、軟木、瀝青、毛氈等，以阻尼振動降低噪音的傳導。

同時在箱體200內(nèi)壁敷設厚度不低于10mm的隔音層，可有效降低箱體200內(nèi)部噪聲通過空間輻射到箱體200外部.

同時，箱體200內(nèi)的所述散熱器均配置軸流式風機，有效減少所述散熱器運行過程中產(chǎn)生的噪聲。

同時，箱體200的防護等級必須要達到ip44，以保證本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備正常運行時的強制風冷散熱要求。

箱體200包括箱本體201和箱蓋202，箱蓋202的內(nèi)緣和箱本體201頂部的外緣之間形成進風口203，箱本體201底部形成出風口204，箱體200形成了上下通風方式，滿足本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備正常工作時的通風量要求，其它位置采用完全防塵防水，可滿足到ip44等級的防護要求。

本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備同時滿足三相不平衡、無功、諧波與電壓治理功能，各治理功能可同時開啟進行復雜工況條件下的治理，對電力系統(tǒng)低電壓的改善有明顯效果。

本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：可同時、高效、動態(tài)、實時治理三相不平衡、低電壓、無功、諧波等問題，屬于有緣電能質(zhì)量治理設備，特別適用于解決復雜電能質(zhì)量問題；可有效解決電壓跌落與偏高問題；，滿負荷運行下最低噪音指數(shù)可低至48db；穩(wěn)定可靠地長時間運行，并且可適應工作在任何惡劣供電環(huán)境下；結(jié)構與型式便于現(xiàn)場快速靈活的安裝與調(diào)試，應用方便。

同時本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備還可有效減少在變壓器及線路上額外產(chǎn)生的損耗。因為其消除了無功電流和諧波電流產(chǎn)生的損耗。無功、三相不平衡及諧波產(chǎn)生額外損耗，會導致變壓器、線路及電氣設備上額外發(fā)熱，使變壓器及線路不能按照額定容量運行。本發(fā)明的一種臺區(qū)電能質(zhì)量治理設備可有效防止變壓器、線路及電氣設備高負荷條件下運行時，致使開關或設備過熱跳閘發(fā)生停電事故以及電氣絕緣加速老化。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權利要求書范圍內(nèi)。