配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置制造方法
【專利摘要】配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置。提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本，提高無(wú)功補(bǔ)償精確性的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置。所述配電變壓器的高壓側(cè)連接高壓電網(wǎng)、低壓側(cè)連接負(fù)載，所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置連接在所述配電變壓器和負(fù)載之間；所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置包括中央控制器、五電平兩橋臂逆變器和電流采集器，所述中央控制器通過(guò)所述電流采集器采集所述負(fù)載的三相電流數(shù)據(jù)、且通過(guò)所述五電平兩橋臂逆變器輸出與所述配電變壓器中的無(wú)功電流反相的電流信號(hào)，以抵消所述無(wú)功電流。本實(shí)用新型將五電平兩橋臂逆變器和傳統(tǒng)電容器結(jié)合，提高了自適應(yīng)補(bǔ)償裝置的容量，同時(shí)可以精確補(bǔ)償無(wú)功，成本相對(duì)比較低，適用于中低壓大功率場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及涉及一種中低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，特別涉及一種五電平兩橋臂配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，全社會(huì)的用電量不斷增加，同時(shí)也對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求。無(wú)功電流會(huì)增加流過(guò)配電變壓器和線路的電流，浪費(fèi)電能，惡化電能質(zhì)量，增加損耗和發(fā)熱，對(duì)配電變壓器和線路的絕緣不利，將大幅度降低配電變壓器和線路的壽命，增加成本。因此，提高電能質(zhì)量對(duì)全社會(huì)有著重要的意義。
[0003]傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置采用電容器分級(jí)投切，補(bǔ)償電流呈階梯狀，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，總是處于過(guò)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償狀態(tài)，很難精確補(bǔ)償。在裝置運(yùn)行過(guò)程中，需要進(jìn)行頻繁投切，這會(huì)影響電容器和功率開(kāi)關(guān)的使用壽命，增加損耗和成本。
[0004]現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償裝置采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，對(duì)三相三橋臂逆變器進(jìn)行控制，能夠?qū)o(wú)功進(jìn)行自適應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，但是受到功率開(kāi)關(guān)器件的限制，很難真正應(yīng)用于大功率場(chǎng)合；同時(shí)結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，使得成本大幅度增加。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，降低成本，提高無(wú)功補(bǔ)償精確性的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:所述配電變壓器的高壓側(cè)連接高壓電網(wǎng)、低壓側(cè)連接負(fù)載，所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置連接在所述配電變壓器和負(fù)載之間；
[0007]所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置包括中央控制器、五電平兩橋臂逆變器和電流采集器，
[0008]所述中央控制器包括DSP控制模塊和FPGA模塊；所述DSP控制模塊用于采集、處理數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)提取無(wú)功和產(chǎn)生控制信號(hào)；所述FPGA模塊用于產(chǎn)生功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述DSP控制模塊和FPGA模塊通過(guò)地址線通訊；
[0009]所述中央控制器通過(guò)所述電流采集器采集所述負(fù)載的三相電流數(shù)據(jù)、且通過(guò)所述五電平兩橋臂逆變器輸出與所述配電變壓器中的無(wú)功電流反相的電流信號(hào)，以抵消所述無(wú)功電流。
[0010]還包括電容器模塊，所述電容器模塊與所述中央控制器連接，且連接在所述五電平兩橋臂逆變器的輸出端；
[0011 ] 所述電容器模塊包括若干無(wú)功補(bǔ)償模塊，所述模塊由三個(gè)電容器、三個(gè)電抗器和六個(gè)功率開(kāi)關(guān)星形連接構(gòu)成。
[0012]所述五電平兩橋臂逆變器包括兩個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)等值電容，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個(gè)正向串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)和六個(gè)鉗位電壓的電力二極管；
[0013]所述配電變壓器的低壓側(cè)的三相分別與第一個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂、第二個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)電容的中點(diǎn)相連。
[0014]還包括人機(jī)交互界面，所述人機(jī)交互界面包括RS485接口和觸摸屏，所述觸摸屏通過(guò)RS485接口與DSP控制模塊通訊。
[0015]還包括語(yǔ)音報(bào)警模塊，所述語(yǔ)言報(bào)警模塊包括語(yǔ)音模塊和外接電路，所述語(yǔ)音模塊通過(guò)外接電路與DSP控制模塊相連。
[0016]所述中央控制器內(nèi)還設(shè)有數(shù)字滑動(dòng)平均濾波器。
[0017]本實(shí)用新型將五電平兩橋臂逆變器和傳統(tǒng)電容器結(jié)合，提高了自適應(yīng)補(bǔ)償裝置的容量，同時(shí)可以精確補(bǔ)償無(wú)功，成本相對(duì)比較低，適用于中低壓大功率場(chǎng)合。
[0018]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0019]1、采用五電平兩橋臂逆變器，減少了一個(gè)橋臂，大大降低了成本，同時(shí)也降低了五電平逆變器的復(fù)雜度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；
[0020]2、采用五電平兩橋臂逆變器和電容器協(xié)調(diào)工作，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量，高精度無(wú)功補(bǔ)償，同時(shí)可以減少電容器的頻繁投切，有利于提高使用壽命，適用于中低壓大功率場(chǎng)合；
[0021]3、采用觸摸屏作為人機(jī)交互界面，合理使用語(yǔ)音模塊報(bào)警，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，更加符合人性化設(shè)計(jì)要求；
[0022]4、采用數(shù)字滑動(dòng)平均濾波器(MA)代替數(shù)字低通濾波器(LPF)，能夠高精度提取無(wú)功電流，且具有良好的動(dòng)態(tài)性能，有利于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功，提高裝置的自適應(yīng)性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖，
[0024]圖2是本實(shí)用新型中五電平兩橋臂逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖，
[0025]圖3是本實(shí)用新型五電平兩橋臂逆變器中的功率開(kāi)關(guān)示意圖，
[0026]圖4為本實(shí)用新型中電容器模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中I是中央控制器，2是五電平兩橋臂逆變器，3是電容器模塊，4是人機(jī)交互界面，5是語(yǔ)音報(bào)警模塊，6是配電變壓器，7是負(fù)載，8是高壓電網(wǎng)，9是電流采集器。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本實(shí)用新型如圖1-4所示，所述配電變壓器6的高壓側(cè)連接高壓電網(wǎng)8、低壓側(cè)連接負(fù)載7，所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置連接在所述配電變壓器6和負(fù)載7之間；
[0029]所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置包括中央控制器1、五電平兩橋臂逆變器2和電流采集器9，
[0030]所述中央控制器包括DSP控制模塊和FPGA模塊；所述DSP控制模塊用于采集、處理數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)提取無(wú)功和產(chǎn)生控制信號(hào)；所述FPGA模塊用于產(chǎn)生功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述DSP控制模塊和FPGA模塊通過(guò)地址線通訊；
[0031]所述中央控制器I通過(guò)所述電流采集器9采集所述負(fù)載7的三相電流數(shù)據(jù)、且通過(guò)所述五電平兩橋臂逆變器2輸出與所述配電變壓器I中的無(wú)功電流反相的電流信號(hào)，以抵消所述無(wú)功電流。
[0032]還包括電容器模塊3，所述電容器模塊3與所述中央控制器I連接，且連接在所述五電平兩橋臂逆變器2的輸出端；
[0033]所述電容器模塊3包括若干無(wú)功補(bǔ)償模塊，所述模塊由三個(gè)電容器、三個(gè)電抗器和六個(gè)功率開(kāi)關(guān)星形連接構(gòu)成。
[0034]所述五電平兩橋臂逆變器2包括兩個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)等值電容，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個(gè)正向串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)和六個(gè)鉗位電壓的電力二極管；
[0035]所述配電變壓器6的低壓側(cè)的三相(A相、B相和C相)分別與第一個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂、第二個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)電容的中點(diǎn)相連。
[0036]還包括人機(jī)交互界面4，所述人機(jī)交互界面4包括RS485接口和觸摸屏，所述觸摸屏通過(guò)RS485接口與DSP控制模塊通訊。
[0037]還包括語(yǔ)音報(bào)警模塊5，所述語(yǔ)言報(bào)警模塊5包括語(yǔ)音模塊和外接電路，所述語(yǔ)音模塊通過(guò)外接電路與DSP控制模塊相連。
[0038]所述中央控制器I內(nèi)還設(shè)有數(shù)字滑動(dòng)平均濾波器。
[0039]本實(shí)用新型中配電變壓器6低壓側(cè)與低壓負(fù)載7相連接，高壓側(cè)與高壓電網(wǎng)8相連接。所述中央控制器I控制五電平兩橋臂逆變器2和電容器模塊3協(xié)調(diào)工作，負(fù)責(zé)與人機(jī)交互界面4通訊，控制語(yǔ)言報(bào)警模塊5報(bào)警。本實(shí)用新型中的自適應(yīng)補(bǔ)償裝置A相與配電變壓器6低壓側(cè)A相連接，B相與配電變壓器6低壓側(cè)B相連接，C相與配電變壓器6低壓側(cè)C相連接。
[0040]該自適應(yīng)補(bǔ)償裝置可以視為電流源，輸出與配電變壓器無(wú)功電流反相的電流信號(hào)，疊加到配電變 壓器低壓側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功的自適應(yīng)補(bǔ)償。
[0041]圖2是本實(shí)用新型五電平兩橋臂逆變器結(jié)構(gòu)示意圖，其包括兩個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)等值電容(Cl，C2, C3, C4)，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個(gè)正向串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)(VI，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8)和六個(gè)鉗位電壓的電力二極管(Dl, D2, D3, D4, D5, D6)。五電平兩橋臂逆變器的功率開(kāi)關(guān)如圖3所示。
[0042]配電變壓器6的低壓側(cè)的三相:A相與第一個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂的中點(diǎn)M相連，B相與第二個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂的中點(diǎn)N相連，C相與四個(gè)電容的中點(diǎn)P相連。
[0043]圖4是本實(shí)用新型電容器模塊結(jié)構(gòu)示意圖，其包括多個(gè)電容器無(wú)功補(bǔ)償模塊，每個(gè)模塊由三個(gè)電容器，三個(gè)電抗器和六個(gè)功率開(kāi)關(guān)星形連接構(gòu)成。
[0044]本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下:
[0045]( I)動(dòng)態(tài)提取無(wú)功。中央控制器I采集配電變壓器6低壓側(cè)三相電流，將三相電流進(jìn)行dqO坐標(biāo)變換，將得到的dqO坐標(biāo)下的無(wú)功分量通過(guò)數(shù)字滑動(dòng)平均濾波器，最后再經(jīng)過(guò)dqO坐標(biāo)反變換，得到需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功分量，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速提取無(wú)功分量。
[0046](2)協(xié)調(diào)五電平兩橋臂逆變器2和電容器模塊3配合工作。根據(jù)五電平兩橋臂逆變器和單個(gè)電容器模塊的容量，合理分配無(wú)功補(bǔ)償量。
[0047]針對(duì)電容器模塊3，中央控制器根據(jù)單個(gè)電容器模塊的容量，直接計(jì)算出電容器模塊的投切個(gè)數(shù)，產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，合理投切電容器，使得無(wú)功補(bǔ)償處于欠補(bǔ)償狀態(tài)。
[0048]針對(duì)五電平兩橋臂逆變器2，中央控制器將剩余無(wú)功電流作為指令電流，通過(guò)電流內(nèi)環(huán)作用，產(chǎn)生電壓調(diào)制波，與三角波進(jìn)行比較，得到五電平兩橋臂逆變器功率開(kāi)關(guān)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)五電平逆變器的控制，產(chǎn)生需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)剩余無(wú)功的補(bǔ)償。
[0049]五電平兩橋臂逆變器的第一個(gè)橋臂產(chǎn)生A相所需的補(bǔ)償電流，第二個(gè)橋臂產(chǎn)生B相所需的補(bǔ)償電流，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)四個(gè)電容的充放電來(lái)產(chǎn)生C相所需的補(bǔ)償電流。
[0050]這樣將電容器模塊3和五電平兩橋臂逆變器2產(chǎn)生的電流疊加，得到所需的補(bǔ)償電流，注入配電變壓器的低壓側(cè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的精確補(bǔ)償。
[0051]本實(shí)用新型通過(guò)五電平兩橋臂逆變器2和電容器模塊3的協(xié)調(diào)工作，就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功的精確補(bǔ)償；通過(guò)增加電容器模塊的個(gè)數(shù)可以提高容量。進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)高精度、大容量無(wú)功補(bǔ)償。
[0052]在實(shí)際應(yīng)用中，若無(wú)功電流為780A，電容器模塊3中單個(gè)無(wú)功補(bǔ)償模塊的補(bǔ)償電流為100A，設(shè)置7個(gè)無(wú)功補(bǔ)償模塊，總計(jì)補(bǔ)償700A，剩余的80A即可通過(guò)五電平兩橋臂逆變器2實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償。
[0053](3)觸摸屏作為人機(jī)交互界面4，通過(guò)RS485接口與中央控制器通訊。實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)、補(bǔ)償效果的顯示，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置的運(yùn)行情況和控制裝置的運(yùn)行狀態(tài)。
[0054](4)語(yǔ)音報(bào)警模塊5作為該裝置的一個(gè)輔助功能，通過(guò)外接電路與中央控制器相連。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，中央控制器I驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音模塊報(bào)警，提示工作人員及時(shí)處理故障，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。
[0055]本裝置人性化設(shè)計(jì)，操作容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于提高電能質(zhì)量，可以有效的提高配電變壓器的利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、大容量無(wú)功補(bǔ)償，適合于中低壓大功率場(chǎng)合。
[0056]本實(shí)用新型中的五電平兩橋臂逆變器2采用線電壓的工作模式改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)中五電平三橋臂逆變器所采用的相電壓的工作模式；(如圖2)由于AB相之間的電壓固定，通過(guò)調(diào)整AC相或BC相之間的電壓，獲取AB相與AC相之間的電壓差、或AB相與BC相之間的電壓差，由于差值可調(diào)，使得作用于A相電路上的電感La的電流可調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)五電平兩橋臂逆變器的無(wú)功電流可調(diào)，實(shí)現(xiàn)精確控制。
【權(quán)利要求】
1.配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置，所述配電變壓器(6)的高壓側(cè)連接高壓電網(wǎng)(8)、低壓側(cè)連接負(fù)載(7)，所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置連接在所述配電變壓器(6)和負(fù)載(7)之間； 其特征在于，所述自適應(yīng)補(bǔ)償裝置包括中央控制器(I )、五電平兩橋臂逆變器(2)和電流采集器(9)， 所述中央控制器包括DSP控制模塊和FPGA模塊；所述DSP控制模塊用于采集、處理數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)提取無(wú)功和產(chǎn)生控制信號(hào)；所述FPGA模塊用于產(chǎn)生功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述DSP控制模塊和FPGA模塊通過(guò)地址線通訊； 所述中央控制器(I)通過(guò)所述電流采集器(9 )采集所述負(fù)載(7 )的三相電流數(shù)據(jù)、且通過(guò)所述五電平兩橋臂逆變器(2 )輸出與所述配電變壓器(I)中的無(wú)功電流反相的電流信號(hào)，以抵消所述無(wú)功電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括電容器模塊(3 )，所述電容器模塊(3 )與所述中央控制器(I)連接，且連接在所述五電平兩橋臂逆變器(2)的輸出端； 所述電容器模塊(3 )包括若干無(wú)功補(bǔ)償模塊，所述模塊由三個(gè)電容器、三個(gè)電抗器和六個(gè)功率開(kāi)關(guān)星形連接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述五電平兩橋臂逆變器(2 )包括兩個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)等值電容，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個(gè)正向串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)和六個(gè)鉗位電壓的電力二極管；
所述配電變壓器(6 )的低壓側(cè)的三相分別與第一個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂、第二個(gè)五電平二極管鉗位式橋臂和四個(gè)電容的中點(diǎn)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括人機(jī)交互界面(4)，所述人機(jī)交互界面(4)包括RS485接口和觸摸屏，所述觸摸屏通過(guò)RS485接口與DSP控制模塊通訊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括語(yǔ)音報(bào)警模塊(5 )，所述語(yǔ)音報(bào)警模塊(5 )包括語(yǔ)音模塊和外接電路，所述語(yǔ)音模塊通過(guò)外接電路與DSP控制模塊相連。
6.根據(jù)權(quán)利要 求4所述的配電變壓器自適應(yīng)補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述中央控制器(O內(nèi)還設(shè)有數(shù)字滑動(dòng)平均濾波器。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK203607854SQ201320744331
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】張春燕, 朱偉, 黃 俊, 王靚, 譚風(fēng)雷, 王寶安 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司揚(yáng)州供電公司