專利名稱：電能調(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能調(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于低壓三相四線制城市民用電網(wǎng)、部分工業(yè)電網(wǎng)以及農(nóng)用電網(wǎng)中，特別適合于改善由于諧波和三相負(fù)荷不平衡造成的電能質(zhì)量問(wèn)題。屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷可能因多種原因，導(dǎo)致不平衡，甚至不平衡度非常嚴(yán)重。三相負(fù)荷不平衡對(duì)低壓電網(wǎng)、配電變壓器、6 IOkV高壓線路均造成危害，對(duì)供電企業(yè)安全供電降低線損、用戶安全用電影響較大。三相不平衡是指三相的電壓或電流中含有負(fù)序以及零序分量，導(dǎo)致三相電壓或電流的有效值大小不等、相位不再是互差120度、零線電流過(guò)大等現(xiàn)象。不平衡的三相電壓或電流所能引起的危害主要有
(1)引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加發(fā)熱和振動(dòng)，危害其安全運(yùn)行和正常出力；
(2)引起以負(fù)序分量為啟動(dòng)原件的多種保護(hù)誤動(dòng)作，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅；
(3)降低系統(tǒng)容量利用率，增加系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗，降低電網(wǎng)能量傳輸效率；
(4)不平衡的三相負(fù)荷將使變壓器因?yàn)槟诚噙^(guò)熱而縮短壽命、加大損耗；
(5)配電網(wǎng)中中線一般較細(xì)，三相負(fù)荷不平衡時(shí)中線電流很大，中線發(fā)熱嚴(yán)重，可能引起火災(zāi)，甚至中線被燒斷。目前配電系統(tǒng)中的常規(guī)補(bǔ)償方式有 1)三相電容器補(bǔ)償方式
這種補(bǔ)償方式控制方法簡(jiǎn)單，只能應(yīng)用于三相負(fù)荷基本平衡的系統(tǒng)中，對(duì)于三相不平衡系統(tǒng)，由于各相無(wú)功功率不同因此不能夠?qū)崿F(xiàn)良好的補(bǔ)償。2 )單相電容器分相補(bǔ)償方式
采取無(wú)功大的相多投電容，無(wú)功小的相少投甚至不投電容的補(bǔ)償方式。其結(jié)果可以使三相不平衡系統(tǒng)的各相無(wú)功得到補(bǔ)償，而對(duì)于不平衡的有功電流是無(wú)能為力的。3)在相線與相線之間跨接電阻、電容或電感
電阻具有在相線與相線之間轉(zhuǎn)移無(wú)功的能力，而電容或電感具有在相線與相線之間轉(zhuǎn)移有功的能力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的克服上述不足，提供一種對(duì)于三相不平衡系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的補(bǔ)償、對(duì)于不平衡的有功電流得到補(bǔ)償?shù)碾娔苷{(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電能調(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主電路和控制系統(tǒng)，所述主電路采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，直流側(cè)為電容器，該結(jié)構(gòu)可以消除零序分量的諧波電流，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱控制；所述控制系統(tǒng)由兩部分組成，一是諧波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，二是補(bǔ)償電流或電壓系統(tǒng)。諧波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)諧波信號(hào)的檢測(cè)，補(bǔ)償電流或電壓系統(tǒng)是根據(jù)檢測(cè)出的諧波信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流或電壓，所述諧波信號(hào)的檢測(cè)采用基于瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波檢測(cè)方法。
基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的瞬時(shí)空間矢量法是目前FACTS中應(yīng)用最廣的一種檢測(cè)方法，最早是由日本學(xué)者H. Akagi于1984年提出的，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，現(xiàn)在主要包括
P、？法和、、、法。其中，P、？法適用于電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無(wú)畸變情況下諧波電流的檢測(cè)；
S、、法不僅在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)適用，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)也同樣有效。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、快速吞吐無(wú)功
該裝置可以快速無(wú)級(jí)差地連續(xù)吸收或者釋放無(wú)功功率，動(dòng)作時(shí)間為幾十毫秒，使得電網(wǎng)功率因數(shù)為1。傳統(tǒng)的電容器組投切裝置由于受到放電時(shí)間的限制，不能有效的補(bǔ)償快速變化的無(wú)功功率，而且電容器都是分組投切，因此它的補(bǔ)償精度受到級(jí)差的限制，補(bǔ)償效果不好。另外電容器只能釋放無(wú)功，不能吸納無(wú)功，因此在容性負(fù)荷場(chǎng)合不能達(dá)到減少電流、 降低線損的目的。2、補(bǔ)償電流諧波
該裝置可以補(bǔ)償2-31次電流諧波，使得電源潔凈，提高用戶的電能質(zhì)量。由于采用了瞬時(shí)電流檢測(cè)理論，可以有效地檢測(cè)并分離出需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦C波，這樣就可以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)電流諧波補(bǔ)償。3、抑制電壓閃變
電網(wǎng)電壓在遇到大負(fù)荷開?；蛘哂龅焦收锨闆r時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫的電壓閃變，即電網(wǎng)電壓會(huì)突然跌落，持續(xù)時(shí)間很短，只有幾十到幾百個(gè)毫秒。人眼很難觀察到這個(gè)閃變對(duì)用電帶來(lái)的影響，但是有些精密加工企業(yè)的精密設(shè)備卻不能忍受這種電壓閃變，每次電壓閃變都可能導(dǎo)致生產(chǎn)出廢品，甚至使得某些機(jī)器出現(xiàn)重新啟動(dòng)的現(xiàn)象。該裝置動(dòng)作時(shí)間為幾十個(gè)毫秒，因此可以有效地抑制電網(wǎng)電壓的閃變。4、實(shí)現(xiàn)平衡供電
配電網(wǎng)負(fù)荷非常復(fù)雜，三相負(fù)荷都是相互獨(dú)立的，因此三相供電往往都是不平衡的。在嚴(yán)重的情況下有可能出現(xiàn)某相供電過(guò)載，線路或者變壓器的繼電保護(hù)或者過(guò)流保護(hù)動(dòng)作， 從而使得整個(gè)三相同時(shí)跳閘，影響其他兩相用戶的用電。該裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)相位之間的電能交換。盡管用戶的負(fù)荷不是三相平衡的，但是該裝置可以吸收變壓器三相送過(guò)來(lái)的電能，并進(jìn)行重新交換和分配給每相用戶使用，使得變壓器送出的是平衡功率。5、補(bǔ)償零序電流
由于該裝置采用了三相四線制結(jié)構(gòu)，因此它可以補(bǔ)償零序電流，提高用戶的電壓質(zhì)量。

圖1為本發(fā)明的基于P、0運(yùn)算方式的諧波檢測(cè)方法原理信號(hào)檢測(cè)的原理圖。圖2為本發(fā)明的基于、Λ運(yùn)算方式的諧波檢測(cè)方法原理圖。圖3為本發(fā)明三相四線制APFV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。具體實(shí)施例方式
參見圖1、圖2和圖3，圖1為本發(fā)明的基于、■？運(yùn)算方式的諧波檢測(cè)方法原理信號(hào)檢
測(cè)的原理圖。圖2為本發(fā)明的基于運(yùn)算方式的諧波檢測(cè)方法原理圖。圖3為本發(fā)明三相四線制APFV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。由圖1、圖2和圖3可以看出，本發(fā)明電能調(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括主電路和控制系統(tǒng)，所述主電路采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，直流側(cè)為電容器，該結(jié)構(gòu)可以消除零序分量的諧波電流，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱控制；所述控制系統(tǒng)由兩部分組成，一是對(duì)于諧波信號(hào)的檢測(cè)，二是根據(jù)檢測(cè)出的諧波信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流或電壓，所述諧波信號(hào)的檢測(cè)采用基于瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波檢測(cè)方法。補(bǔ)償電流的產(chǎn)生
常用的補(bǔ)償電流的產(chǎn)生方法是滯環(huán)比較控制。滯環(huán)比較控制是將補(bǔ)償電流參考值與逆變器實(shí)際電流輸出值之差輸入到具有滯環(huán)特性的比較器，通過(guò)比較器的輸出來(lái)控制開關(guān)的開合，從而達(dá)到逆變器輸出值實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償電流參考值。與三角載波線性控制相比，滯環(huán)比較控制具有開關(guān)損耗小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)的開關(guān)頻率、響應(yīng)速度及電流的跟蹤精度會(huì)受滯環(huán)帶寬影響。帶寬固定時(shí)，開關(guān)頻率會(huì)隨補(bǔ)償電流變化而變化，從而引起較大的脈動(dòng)電流和開關(guān)噪聲。本裝置采用的補(bǔ)償電流方法屬于滯環(huán)比較控制的改進(jìn)方法，是將補(bǔ)償電流參考值與逆變器實(shí)際電流輸出值之差通過(guò)比例積分環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的控制量輸出到脈沖發(fā)生器中， 使得逆變器輸出值實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償電流參考值。綜上所述，本APFV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所采用的方案為三相四線制系統(tǒng)，交流側(cè)采用三相變流器組，直流側(cè)采用電容的同步補(bǔ)償裝置，該裝置通過(guò)變壓器并聯(lián)接入被補(bǔ)償系統(tǒng)之間，以達(dá)到對(duì)負(fù)荷電流諧波和無(wú)功電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康??？刂葡到y(tǒng)的諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)為基于瞬時(shí)功率理論的諧波檢測(cè)方法，補(bǔ)償電流的產(chǎn)生方式為基于滯環(huán)比較的控制方法。
權(quán)利要求
1. 一種電能調(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括主電路和控制系統(tǒng)，所述主電路采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，直流側(cè)為電容器；所述控制系統(tǒng)由兩部分組成，一是諧波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，二是補(bǔ)償電流或電壓系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電能調(diào)節(jié)節(jié)電裝置三相電流平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主電路和控制系統(tǒng)，所述主電路采用三相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，直流側(cè)為電容器；所述控制系統(tǒng)由兩部分組成，一是諧波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，二是補(bǔ)償電流或電壓系統(tǒng)。本發(fā)明對(duì)于三相不平衡系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的補(bǔ)償，對(duì)于不平衡的有功電流得到補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102255315SQ201010174020
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者張建興, 胡永生 申請(qǐng)人:江蘇方程電力科技有限公司