本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量管理的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電能質(zhì)量綜合治理裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，我國(guó)農(nóng)村的低壓配電網(wǎng)規(guī)模、線路長(zhǎng)度、以及400V/220V低壓線路都是和廣大用戶零距離接觸。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和家電下鄉(xiāng)政策的發(fā)展，各種大功率家用電器出現(xiàn)在農(nóng)民的家中，農(nóng)村的用電量迅速增加。

農(nóng)村配送區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)以下的運(yùn)行狀況：農(nóng)村農(nóng)民工的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和流動(dòng)性，造成農(nóng)村電網(wǎng)的大負(fù)荷波動(dòng)；遠(yuǎn)離變電站、重負(fù)荷的終端電壓較低，當(dāng)變電站的電壓調(diào)節(jié)、電壓過(guò)高時(shí)，輕負(fù)荷過(guò)高，就會(huì)燒毀設(shè)備；某些區(qū)域有許多小水電站，雨季400V線路電壓太高，嚴(yán)重的相電壓可以達(dá)到295v，這可能會(huì)導(dǎo)致用戶設(shè)備損壞；在低壓三相四線制供電系統(tǒng)中，由于用戶的單相負(fù)載或單相和三相負(fù)荷和負(fù)荷結(jié)構(gòu)，大小的時(shí)間和功率是不同的，因此，三相負(fù)載不平衡的情況存在，提高變壓器的功率損耗的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀配電變壓器；非線性負(fù)載的快速增長(zhǎng)使得諧波問(wèn)題出現(xiàn)，這對(duì)低壓電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的安全運(yùn)行構(gòu)成了巨大的威脅。

隨著上述運(yùn)行狀況的出現(xiàn)，低壓配電網(wǎng)存在著功率因數(shù)低、三相不平衡、電壓不合格、諧波等問(wèn)題，影響了供電質(zhì)量。目前，一般管理裝置功能單一，體積大，調(diào)節(jié)精度差，不能解決電能質(zhì)量問(wèn)題，影響設(shè)備的安全性，都是單獨(dú)地采用低壓有源電力濾波器來(lái)治理諧波、采用低壓靜止無(wú)功發(fā)生器來(lái)治理無(wú)功補(bǔ)償、采用低電壓治理裝置來(lái)治理低電壓，缺少一種綜合性的能夠起到治理諧波、功率因數(shù)低、三相不平衡及低電壓的綜合裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種集無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、不平衡補(bǔ)償以及低電壓補(bǔ)償這幾種功能于一體的用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置，串接在電源U1和負(fù)載FZ1之間，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置包括：主電路和控制電路，所述主電路包括：變壓器TR、濾波組件LC、濾波電抗器La、第一三電平逆變器CON1和第二三電平逆變器CON2；所述變壓器TR的一次繞組串接在所述電源U1和所述負(fù)載FZ1之間，所述第一三電平逆變器CON1經(jīng)過(guò)所述濾波組件LC和所述變壓器TR的二次繞組后串聯(lián)接入電網(wǎng)中，所述第二三電平逆變器CON2經(jīng)過(guò)所述濾波電抗器La后與所述負(fù)載FZ1并接，所述第一三電平逆變器CON1的控制信號(hào)輸入端和所述第二三電平逆變器CON2的控制信號(hào)輸入端分別與所述控制電路的控制信號(hào)輸出端電氣連接。

優(yōu)選地，所述控制電路包括：采集單元、預(yù)處理單元和主控單元，所述采集單元包括：電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、負(fù)載電路檢測(cè)電路、輸出電路檢測(cè)電路和直流母線電壓檢測(cè)電路，所述預(yù)處理單元包括：調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述主控單元包括：DSP芯片、FPGA芯片、PWM脈沖封鎖模塊和PWM輸出模塊；所述電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路的輸出端、所述負(fù)載電路檢測(cè)電路的輸出端、所述輸出電路檢測(cè)電路的輸出端和所述直流母線電壓檢測(cè)電路的輸出端分別與所述調(diào)理電路的輸入端電氣連接，所述調(diào)理電路的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端電氣連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述DSP芯片的輸入端電氣連接，所述DSP芯片的輸出端與所述FPGA芯片的輸入端電氣連接，所述FPGA芯片的輸出端與所述PWM脈沖封鎖模塊的輸入端電氣連接，所述PWM脈沖封鎖模塊的輸出端與所述PWM輸出模塊的輸入端電氣連接。

優(yōu)選地，所述控制電路還包括：過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路和保護(hù)電路，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路的輸出端與所述DSP芯片的輸入端電氣連接，所述保護(hù)電路的輸出端與所述PWM脈沖封鎖模塊的輸入端電氣連接。

優(yōu)選地，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置還包括：旁路電路，所述旁路電路包括：第一接觸器KM1、第二接觸器KM2和第三接觸器KM3，所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)串接在所述電源U1和所述變壓器TR的一次繞組之間，所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)串接在所述濾波電抗器La和所述負(fù)載FZ1之間，所述第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)串接在所述電源U1和所述負(fù)載FZ1之間。

優(yōu)選地，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置還包括：斷路器QF1，所述斷路器QF1串接在所述電源U1和所述第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)之間。

優(yōu)選地，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置還包括：直流電容CL，所述直流電容CL并接在所述第一三電平逆變器CON1和所述第二三電平逆變器CON2的公共直流端。

優(yōu)選地，所述直流電容CL包括：電容CL1和電容CL2，所述電容CL1和所述電容CL2串聯(lián)在一起，且所述電容CL1和所述電容CL2之間的連線與所述電源U1的零線電氣連接。

優(yōu)選地，所述變壓器TR包括：?jiǎn)蜗嘧儔浩鱐R1、單相變壓器TR2和單相變壓器TR3，所述濾波組件LC包括：電感L1、電感L2、電感L3、電容C1、電容C2和電容C3，所述濾波電抗器La包括：電感L4、電感L5、電感L6、電感L7、電感L8、電感L9、電容C4、電容C5和電容C6，所述第一三電平逆變器CON1包括：三電平逆變電路T1、三電平逆變電路T2和三電平逆變電路T3，所述第二三電平逆變器CON2包括：三電平逆變電路T4、三電平逆變電路T5和三電平逆變電路T6，所述三電平逆變電路T1、T2、T3、T4、T5、T6的結(jié)構(gòu)相同，所述三電平逆變電路T1的結(jié)構(gòu)為：包括：四個(gè)IGBT單元，每個(gè)IGBT單元的集電極和發(fā)射極之間均連接有一個(gè)二極管，第一IGBT單元Q1的發(fā)射極分別與第二IGBT單元Q2的集電極和第三IGBT單元Q3的集電極相連，第三IGBT單元Q3的發(fā)射極與第四IGBT單元Q4的發(fā)射極相連；三相電源U1依次通過(guò)斷路器QF1、第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)與所述負(fù)載FZ1相連，所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)的兩端并接有第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)，所述單相變壓器TR1的一次繞組串接在所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的A相線路上，所述單相變壓器TR2的一次繞組串接在所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的B相線路上，所述單相變壓器TR3的一次繞組串接在所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的C相線路上；所述單相變壓器TR1的二次繞組的一端與所述電源U1的零線相連，所述單相變壓器TR1的二次繞組的另一端串接所述電感L1后與所述三電平逆變電路T1中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述單相變壓器TR2的二次繞組的一端與所述電源U1的零線相連，所述單相變壓器TR2的二次繞組的另一端串接所述電感L2后與所述三電平逆變電路T2中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述單相變壓器TR3的二次繞組的一端與所述電源U1的零線相連，所述單相變壓器TR3的二次繞組的另一端串接所述電感L3后與所述三電平逆變電路T3中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述單相變壓器TR1的二次繞組的兩端并接有電容C1，所述單相變壓器TR2的二次繞組的兩端并接有電容C2，所述單相變壓器TR3的二次繞組的兩端并接有電容C3；所述電感L7的一端與所述單相變壓器TR1的一次繞組和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的A相線路相連，所述電感L7的另一端依次串接所述電感L4和電阻R1后與所述三電平逆變電路T4中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述電容C4的一端與所述電感L7和所述電感L4之間的連線相連，所述電容C4的另一端與所述電源U1的零線相連，所述電阻R1的兩端并接有開關(guān)K1；所述電感L8的一端與所述單相變壓器TR2的一次繞組和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的B相線路相連，所述電感L8的另一端依次串接所述電感L5和電阻R2后與所述三電平逆變電路T5中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述電容C5的一端與所述電感L8和所述電感L5之間的連線相連，所述電容C5的另一端與所述電源U1的零線相連，所述電阻R2的兩端并接有開關(guān)K2；所述電感L9的一端與所述單相變壓器TR3的一次繞組和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的C相線路相連，所述電感L9的另一端依次串接所述電感L6和電阻R3后與所述三電平逆變電路T6中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述電容C6的一端與所述電感L9和所述電感L6之間的連線相連，所述電容C6的另一端與所述電源U1的零線相連，所述電阻R3的兩端并接有開關(guān)K3；所述三電平逆變電路T1中第一IGBT單元Q1的集電極分別與所述三電平逆變電路T2中第一IGBT單元Q1的集電極、所述三電平逆變電路T3中第一IGBT單元Q1的集電極、所述三電平逆變電路T4中第一IGBT單元Q1的集電極、所述三電平逆變電路T5中第一IGBT單元Q1的集電極和所述三電平逆變電路T6中第一IGBT單元Q1的集電極相連；所述三電平逆變電路T1中第二IGBT單元Q1的發(fā)射極分別與所述三電平逆變電路T2中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極、所述三電平逆變電路T3中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極、所述三電平逆變電路T4中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極、所述三電平逆變電路T5中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極和所述三電平逆變電路T6中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極相連；所述三電平逆變電路T1中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T2中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T3中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T4中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T5中第四IGBT單元Q4的集電極和所述三電平逆變電路T6中第四IGBT單元Q4的集電極，均與所述電源U1的零線相連；所述三電平逆變電路T1中第一IGBT單元Q1的集電極和第二IGBT單元Q2的發(fā)射極之間，至少并接有一個(gè)直流電容CL，所述直流電容CL包括串聯(lián)在一起的電容CL1和電容CL2，所述電容CL1和所述電容CL2之間的連線與所述電源U1的零線相連；所述第一接觸器KM1的線圈、所述第二接觸器KM2的線圈、所述第三接觸器KM3的線圈、所述開關(guān)K1、所述開關(guān)K2和所述開關(guān)K3，均與所述控制電路102中的控制線路電氣連接；所述三電平逆變電路T1、T2、T3、T4、T5、T6中的所有IGBT單元的門極，也均與所述控制電路中的控制線路電氣連接。

優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括3個(gè)AD芯片，所述AD芯片的型號(hào)為AD7656。

優(yōu)選地，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路、所述調(diào)理電路、所述保護(hù)電路和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器均設(shè)置在第一電路板上，所述DSP芯片、所述FPGA芯片、所述PWM脈沖封鎖模塊和所述PWM輸出模塊均設(shè)置在第二電路板上。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型中的電能質(zhì)量綜合治理裝置包括主電路和控制電路，主電路包括變壓器TR、濾波組件LC、濾波電抗器La、第一三電平逆變器CON1和第二三電平逆變器CON2，第一三電平逆變器CON1串聯(lián)接入電網(wǎng)中，第二三電平逆變器CON2并接在負(fù)載端，第一三電平逆變器CON1的控制信號(hào)輸入端和第二三電平逆變器CON2的控制信號(hào)輸入端分別與控制電路的控制信號(hào)輸出端電氣連接；本實(shí)用新型采用串聯(lián)+并聯(lián)的三電平逆變器技術(shù)，通過(guò)控制電路對(duì)兩個(gè)變流器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、不平衡補(bǔ)償以及低電壓補(bǔ)償?shù)雀黜?xiàng)電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)功能。

2、本實(shí)用新型中的控制電路可包括采集單元、預(yù)處理單元和主控單元，采集單元可包括電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、負(fù)載電路檢測(cè)電路、輸出電路檢測(cè)電路和直流母線電壓檢測(cè)電路，預(yù)處理單元可包括調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主控單元可包括DSP芯片、FPGA芯片、PWM脈沖封鎖模塊和PWM輸出模塊；本方案中的主電路完成對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量治理，控制電路主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模擬量和數(shù)字量的采集、復(fù)雜控制算法運(yùn)算和電力電子器件的控制，電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路、負(fù)載電路檢測(cè)電路、輸出電路檢測(cè)電路和直流母線檢測(cè)電路實(shí)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的各種信號(hào)進(jìn)行采集，將采集信號(hào)傳遞給調(diào)理電路進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的采集信號(hào)再傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳送給DSP芯片，DSP芯片根據(jù)采集信號(hào)通過(guò)FPGA芯片控制PWM輸出模塊給第一三電平逆變器CON1和第二三電平逆變器CON2中的每一個(gè)IGBT的門極輸出不同的PWM信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、不平衡補(bǔ)償以及低電壓補(bǔ)償?shù)墓δ?；本方案采用了DSP+FPGA的全數(shù)字控制方式，提高了整個(gè)裝置的實(shí)時(shí)性。

3、本方案中的電能質(zhì)量綜合治理裝置還可包括旁路電路，旁路電路包括第一接觸器KM1、第二接觸器KM2和第三接觸器KM3，第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)串接在電源U1和變壓器TR的一次繞組之間，第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)串接在濾波電抗器La和負(fù)載FZ1之間，第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)串接在電源U1和負(fù)載FZ1之間；本方案中的旁路電路可實(shí)現(xiàn)上電順序的可控，以及當(dāng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)旁路掉該裝置以保證負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置中主電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置中控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置中控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置的功率流圖；

圖中：101為主電路，102為控制電路，1021為采集單元，1022為預(yù)處理單元，1023為主控單元，1024為過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路，1025為保護(hù)電路，10211為電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路，10212為負(fù)載電路檢測(cè)電路，10213為輸出電路檢測(cè)電路，10214為直流母線電壓檢測(cè)電路，10221為調(diào)理電路，10222為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，10231為DSP芯片，10232為FPGA芯片，10233為PWM脈沖封鎖模塊，10234為PWM輸出模塊。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例；基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置，串接在電源U1和負(fù)載FZ1之間，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置包括：主電路101和控制電路102，所述主電路101包括：變壓器TR、濾波組件LC、濾波電抗器La、第一三電平逆變器CON1和第二三電平逆變器CON2；所述變壓器TR的一次繞組串接在所述電源U1和所述負(fù)載FZ1之間，所述第一三電平逆變器CON1經(jīng)過(guò)所述濾波組件LC和所述變壓器TR的二次繞組后串聯(lián)接入電網(wǎng)中，所述第二三電平逆變器CON2經(jīng)過(guò)所述濾波電抗器La后與所述負(fù)載FZ1并接，所述第一三電平逆變器CON1的控制信號(hào)輸入端和所述第二三電平逆變器CON2的控制信號(hào)輸入端分別與所述控制電路102的控制信號(hào)輸出端電氣連接。

具體地，所述電源U1可為三相四線制的交流電網(wǎng)，額定電壓為380V，頻率為50Hz，電壓波動(dòng)范圍為-40％～+20％。

具體地，所述變壓器TR可主要由三個(gè)獨(dú)立的單相變壓器組成，由于其串接在交流電網(wǎng)和負(fù)載之間，故也可稱為耦合變壓器。

具體地，對(duì)于本實(shí)施例中的電能質(zhì)量綜合治理裝置，可以適合各種負(fù)載特性，諸如線性、非線性、不平衡等。

進(jìn)一步地，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置還可包括：旁路電路，所述旁路電路包括：第一接觸器KM1、第二接觸器KM2和第三接觸器KM3，所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)串接在所述電源U1和所述變壓器TR的一次繞組之間，所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)串接在所述濾波電抗器La和所述負(fù)載FZ1之間，所述第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)串接在所述電源U1和所述負(fù)載FZ1之間。

進(jìn)一步地，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置還可包括：斷路器QF1，所述斷路器QF1串接在所述電源U1和所述第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)之間。

具體地，所述斷路器QF1可為僅限斷路器。

進(jìn)一步地，所述電能質(zhì)量綜合治理裝置還可包括：直流電容CL，所述直流電容CL并接在所述第一三電平逆變器CON1和所述第二三電平逆變器CON2的公共直流端。

更進(jìn)一步地，所述直流電容CL可包括：電容CL1和電容CL2，所述電容CL1和所述電容CL2串聯(lián)在一起，且所述電容CL1和所述電容CL2之間的連線與所述電源U1的零線電氣連接。

具體地，所述直流電容CL的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)施例采用串聯(lián)+并聯(lián)的三電平逆變器技術(shù)，通過(guò)控制電路102對(duì)兩個(gè)變流器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、不平衡補(bǔ)償以及低電壓補(bǔ)償?shù)雀黜?xiàng)電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)功能。

此外，本實(shí)施例中的旁路電路可實(shí)現(xiàn)上電順序的可控，以及當(dāng)裝置出現(xiàn)故障時(shí)旁路掉該裝置以保證負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置中主電路的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，所述變壓器TR包括：?jiǎn)蜗嘧儔浩鱐R1、單相變壓器TR2和單相變壓器TR3，所述濾波組件LC包括：電感L1、電感L2、電感L3、電容C1、電容C2和電容C3，所述濾波電抗器La包括：電感L4、電感L5、電感L6、電感L7、電感L8、電感L9、電容C4、電容C5和電容C6，所述第一三電平逆變器CON1包括：三電平逆變電路T1、三電平逆變電路T2和三電平逆變電路T3，所述第二三電平逆變器CON2包括：三電平逆變電路T4、三電平逆變電路T5和三電平逆變電路T6，所述三電平逆變電路T1、T2、T3、T4、T5、T6的結(jié)構(gòu)相同，所述三電平逆變電路T1的結(jié)構(gòu)為：包括：四個(gè)IGBT單元，每個(gè)IGBT單元的集電極和發(fā)射極之間均連接有一個(gè)二極管，第一IGBT單元Q1的發(fā)射極分別與第二IGBT單元Q2的集電極和第三IGBT單元Q3的集電極相連，第三IGBT單元Q3的發(fā)射極與第四IGBT單元Q4的發(fā)射極相連。

三相電源U1依次通過(guò)斷路器QF1、第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)與所述負(fù)載FZ1相連，所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)的兩端并接有第三接觸器KM3的常開觸點(diǎn)，所述單相變壓器TR1的一次繞組串接在所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的A相線路上，所述單相變壓器TR2的一次繞組串接在所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的B相線路上，所述單相變壓器TR3的一次繞組串接在所述第一接觸器KM1的常開觸點(diǎn)和第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的C相線路上；所述單相變壓器TR1的二次繞組的一端與所述電源U1的零線相連，所述單相變壓器TR1的二次繞組的另一端串接所述電感L1后與所述三電平逆變電路T1中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述單相變壓器TR2的二次繞組的一端與所述電源U1的零線相連，所述單相變壓器TR2的二次繞組的另一端串接所述電感L2后與所述三電平逆變電路T2中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述單相變壓器TR3的二次繞組的一端與所述電源U1的零線相連，所述單相變壓器TR3的二次繞組的另一端串接所述電感L3后與所述三電平逆變電路T3中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述單相變壓器TR1的二次繞組的兩端并接有電容C1，所述單相變壓器TR2的二次繞組的兩端并接有電容C2，所述單相變壓器TR3的二次繞組的兩端并接有電容C3。

所述電感L7的一端與所述單相變壓器TR1的一次繞組和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的A相線路相連，所述電感L7的另一端依次串接所述電感L4和電阻R1后與所述三電平逆變電路T4中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述電容C4的一端與所述電感L7和所述電感L4之間的連線相連，所述電容C4的另一端與所述電源U1的零線相連，所述電阻R1的兩端并接有開關(guān)K1；所述電感L8的一端與所述單相變壓器TR2的一次繞組和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的B相線路相連，所述電感L8的另一端依次串接所述電感L5和電阻R2后與所述三電平逆變電路T5中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述電容C5的一端與所述電感L8和所述電感L5之間的連線相連，所述電容C5的另一端與所述電源U1的零線相連，所述電阻R2的兩端并接有開關(guān)K2；所述電感L9的一端與所述單相變壓器TR3的一次繞組和所述第二接觸器KM2的常開觸點(diǎn)之間的C相線路相連，所述電感L9的另一端依次串接所述電感L6和電阻R3后與所述三電平逆變電路T6中第一IGBT單元Q1的發(fā)射極和第二IGBT單元Q2的集電極之間的連線相連，所述電容C6的一端與所述電感L9和所述電感L6之間的連線相連，所述電容C6的另一端與所述電源U1的零線相連，所述電阻R3的兩端并接有開關(guān)K3。

所述三電平逆變電路T1中第一IGBT單元Q1的集電極分別與所述三電平逆變電路T2中第一IGBT單元Q1的集電極、所述三電平逆變電路T3中第一IGBT單元Q1的集電極、所述三電平逆變電路T4中第一IGBT單元Q1的集電極、所述三電平逆變電路T5中第一IGBT單元Q1的集電極和所述三電平逆變電路T6中第一IGBT單元Q1的集電極相連；所述三電平逆變電路T1中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極分別與所述三電平逆變電路T2中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極、所述三電平逆變電路T3中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極、所述三電平逆變電路T4中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極、所述三電平逆變電路T5中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極和所述三電平逆變電路T6中第二IGBT單元Q2的發(fā)射極相連；所述三電平逆變電路T1中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T2中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T3中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T4中第四IGBT單元Q4的集電極、所述三電平逆變電路T5中第四IGBT單元Q4的集電極和所述三電平逆變電路T6中第四IGBT單元Q4的集電極，均與所述電源U1的零線相連；所述三電平逆變電路T1(或T2、或T3、或T4、或T5、或T6)中第一IGBT單元Q1的集電極和第二IGBT單元Q2的發(fā)射極之間，至少并接有一個(gè)直流電容CL，所述直流電容CL包括串聯(lián)在一起的電容CL1和電容CL2，所述電容CL1和所述電容CL2之間的連線與所述電源U1的零線相連。

所述第一接觸器KM1的線圈、所述第二接觸器KM2的線圈、所述第三接觸器KM3的線圈、所述開關(guān)K1、所述開關(guān)K2和所述開關(guān)K3，均與所述控制電路102中的控制線路電氣連接；所述三電平逆變電路T1、T2、T3、T4、T5、T6中的所有IGBT單元的門極，也均與所述控制電路102中的控制線路電氣連接。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置中控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，所述控制電路102可包括：采集單元1021、預(yù)處理單元1022和主控單元1023，所述采集單元1021可包括：電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路10211、負(fù)載電路檢測(cè)電路10212、輸出電路檢測(cè)電路10213和直流母線電壓檢測(cè)電路10214，所述預(yù)處理單元1022可包括：調(diào)理電路10221和模數(shù)轉(zhuǎn)換器10222，所述主控單元1023可包括：DSP芯片10231、FPGA芯片10232、PWM脈沖封鎖模塊10233和PWM輸出模塊10234。

所述電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路10211的輸出端、所述負(fù)載電路檢測(cè)電路10212的輸出端、所述輸出電路檢測(cè)電路10213的輸出端和所述直流母線電壓檢測(cè)電路10214的輸出端分別與所述調(diào)理電路10221的輸入端電氣連接，所述調(diào)理電路10221的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器10222的輸入端電氣連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器10222的輸出端與所述DSP芯片10231的輸入端電氣連接，所述DSP芯片10231的輸出端與所述FPGA芯片10232的輸入端電氣連接，所述FPGA芯片10232的輸出端與所述PWM脈沖封鎖模塊10233的輸入端電氣連接，所述PWM脈沖封鎖模塊10233的輸出端與所述PWM輸出模塊10234的輸入端電氣連接。

控制電路102中的主控部分是整個(gè)裝置的重要組成部分，決定著裝置的正常運(yùn)行和功能實(shí)現(xiàn)?？紤]到整個(gè)裝置對(duì)實(shí)時(shí)性的要求比較高，結(jié)合數(shù)字控制的一些特點(diǎn)，最終采用DSP+FPGA的全數(shù)字控制方案，其中，DSP芯片10231可為TMS320F28335芯片，主要實(shí)現(xiàn)基波電網(wǎng)電壓鎖相、指令電流運(yùn)算、直流側(cè)電壓控制、系統(tǒng)過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)等功能；FPGA芯片10232可為EP2C8Q208C8N，主要實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的產(chǎn)生；為了確保采樣的精度，可以不采用DSP的內(nèi)部AD，而可以選擇AD7656芯片，AD7656芯片是一個(gè)16位的AD芯片，有6個(gè)采樣通道，并行轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)范圍為±10V。由于需要采樣的信號(hào)包括三相電網(wǎng)電壓u_sa、u_sb、u_sc，三相電網(wǎng)電流i_sa、i_sb、i_sc，裝置三相輸出電壓u_ca、u_cb、u_cc，輸出電流i_ca、i_cb、i_cc，負(fù)載電流i_la、i_lb、i_lc，串聯(lián)輸出電流i_1a、i_1b、i_1c和直流側(cè)電容電壓共18路信號(hào)，故本實(shí)施例中共需3片AD7656。

本實(shí)施例中的主電路101完成對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量治理，控制電路102主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模擬量和數(shù)字量的采集、復(fù)雜控制算法運(yùn)算和電力電子器件的控制，電網(wǎng)電壓檢測(cè)電路10211、負(fù)載電路檢測(cè)電路10212、輸出電路檢測(cè)電路10213和直流母線檢測(cè)電路10214實(shí)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的各種信號(hào)進(jìn)行采集，將采集信號(hào)傳遞給調(diào)理電路10221進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后的采集信號(hào)再傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換器10222，模數(shù)轉(zhuǎn)換器10222傳送給DSP芯片10231，DSP芯片10231根據(jù)采集信號(hào)通過(guò)FPGA芯片10232控制PWM輸出模塊10234給第一三電平逆變器CON1和第二三電平逆變器CON2中的每一個(gè)IGBT的門極輸出不同的PWM信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、不平衡補(bǔ)償以及低電壓補(bǔ)償?shù)墓δ?；本方案采用了DSP+FPGA的全數(shù)字控制方式，提高了整個(gè)裝置的實(shí)時(shí)性。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例二提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置中控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述控制電路102還可包括：過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路1024和保護(hù)電路1025，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路1024的輸出端與所述DSP芯片10231的輸入端電氣連接，所述保護(hù)電路1025的輸出端與所述PWM脈沖封鎖模塊10233的輸入端電氣連接。

本實(shí)施例中，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路1024和所述保護(hù)電路1025的輸入信號(hào)來(lái)自于采集的三相電網(wǎng)電壓和電流。

具體地，所述過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路1024、所述調(diào)理電路10221、所述保護(hù)電路1025和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器10222均可設(shè)置在一個(gè)AD板上，所述DSP芯片10231、所述FPGA芯片10232、所述PWM脈沖封鎖模塊10233和所述PWM輸出模塊10234均可設(shè)置在一個(gè)FPGA+DSP控制板上。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的一種用于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量綜合治理裝置的功率流圖，如圖5所示，給出了裝置的單相功率流圖，直流母線端的電容等效為單個(gè)電容C_dc，此外電路中忽略了線路阻抗，耦合變壓器TR視為一個(gè)理想的變壓器。負(fù)載電流i_L具有非線性特性，由基波有功電流i_LP、基波無(wú)功電流i_LQ和諧波電流i_Lh三部分組成，i_L＝i_LP+i_LQ+i_Lh。對(duì)兩個(gè)變流器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可以實(shí)現(xiàn)前述各項(xiàng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能。采用直接控制策略，對(duì)串聯(lián)變流器(即第一三電平逆變器CON1)和并聯(lián)變流器(即第二三電平逆變器CON2)分別進(jìn)行獨(dú)立的控制，利于各個(gè)變流器選擇最優(yōu)的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制效果。串聯(lián)變流器受控為基波正弦電流源，其輸出電流i₁為正弦波，經(jīng)耦合變壓器TR的線性放大作用，因此電網(wǎng)輸入電流i_s受控為正弦。若控制使得i_s與電網(wǎng)輸入電壓v_s同相，則電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1，使電網(wǎng)僅向負(fù)載輸出有功功率P_s,而無(wú)功功率Q_s＝0，顯然此時(shí)串聯(lián)變流器只是處理有功功率P₁，而無(wú)功功率Q₁＝0。控制并聯(lián)變流器為額定正弦電壓源，可使它輸出至負(fù)載的電壓為正弦波額定電壓v_R且與電網(wǎng)輸入電壓基波v_s1同相，從而保證了在電網(wǎng)輸入電壓有諧波、非額定、不對(duì)稱情況下負(fù)載端對(duì)電壓的要求。

由于電網(wǎng)輸入電流i_s在串聯(lián)變流器的控制下為正弦波，因此迫使并聯(lián)變流器向負(fù)載輸出電流i₃＝i_LQ+i_Lh+(i_LP-i_s)，其中i_LQ補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功電流、i_Lh補(bǔ)償負(fù)載諧波電流，而負(fù)載的有功電流i_LP則由交流電網(wǎng)(i_s)和并聯(lián)變流器(i_2d)共同提供，i_2d＝i_LP-i_s，也即并聯(lián)變流器輸出用于補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功功率的無(wú)功功率Q₂外，還輸出部分有功功率P₂。而由于并聯(lián)變流器受控為額定基波正弦電壓源，負(fù)載電壓v_L總是維持額定正弦波不變，因此迫使串聯(lián)變流器經(jīng)耦合變壓器輸出的電壓Δv由兩部分組成，Δv＝Δv₁+Δv_h，其中Δv_h為諧波補(bǔ)償電壓，它與交流電源中的諧波電壓v_sh大小相等，Δv_h＝v_sh，但方向相反；Δv₁為基波電壓補(bǔ)償量，用于補(bǔ)償電源電壓的基波v_s1與負(fù)載電壓額定值v_R的偏差，所以串聯(lián)變流器提供的補(bǔ)償電壓Δv既抵消了電源電壓v_s中的諧波v_sh，又補(bǔ)償基波電壓v_s1，使負(fù)載電壓v_L成為與電網(wǎng)基波電壓v_s1同相的正弦波額定電壓v_R。

正是由于串聯(lián)變流器和并聯(lián)變流器的共同作用，使得在負(fù)載非線性、電網(wǎng)輸入電壓高于或低于額定值v_R且含有諧波電壓時(shí)，負(fù)載電壓v_L補(bǔ)償?shù)脚c電網(wǎng)輸入電壓同相的額定正弦電壓v_R，同時(shí)交流電網(wǎng)僅輸入基波有功電流i_s，電網(wǎng)輸入功率因數(shù)為1。

關(guān)于低電壓補(bǔ)償策略，在對(duì)配電網(wǎng)低電壓補(bǔ)償策略進(jìn)行選取時(shí)，一般主要考慮兩個(gè)方面：一是電壓補(bǔ)償能力，即在相同的直流側(cè)電壓的條件下，最大幅度的補(bǔ)償電壓的問(wèn)題；二是能量補(bǔ)償能力，即在相同直流電壓和儲(chǔ)能電容的條件下，獲得最長(zhǎng)電壓跌落的補(bǔ)償時(shí)間。目前常采用缺損電壓補(bǔ)償法、同相電壓補(bǔ)償法和最小有功注入補(bǔ)償法三種電壓補(bǔ)償策略來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行補(bǔ)償。其中，缺損電壓補(bǔ)償法，是以跌落前的電壓相量作為參考量，注入補(bǔ)償電壓使負(fù)荷側(cè)電壓相量的幅值和相位都不發(fā)生改變。這種算法最簡(jiǎn)單，而且從負(fù)荷的角度來(lái)看，由于負(fù)荷側(cè)電壓相量的幅值和相位都不發(fā)生變化，因此補(bǔ)償?shù)男Ч詈谩?/p>

綜上所述，本實(shí)用新型的方案具有以下優(yōu)點(diǎn)，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步：主回路采用串聯(lián)+并聯(lián)方式綜合進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償、補(bǔ)償諧波、不平衡補(bǔ)償以及補(bǔ)償?shù)碗妷?；主回路帶有旁路功能可在裝置故障時(shí)自動(dòng)將裝置切除不影響后端供電；耦合部分采用LCT型濾波器結(jié)構(gòu)更好的減少開關(guān)次諧波逆變器部分采用雙向三電平逆變電路提高開關(guān)頻率和實(shí)現(xiàn)功率的六個(gè)方向流動(dòng)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。