專利名稱：柔性無功潮流控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于改善電能質(zhì)量的控制裝置，屬于電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
目前諧波與電磁干擾、功率因數(shù)降低已并列為電力系統(tǒng)的三大公害，當(dāng)電網(wǎng)的電 能質(zhì)量被干擾或污染，達(dá)不到電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時，就要針對性的對電能質(zhì)量進(jìn)行改善。電能質(zhì) 量問題又可分為電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量兩個大的方面。電壓質(zhì)量問題是指會影響用戶設(shè)備 正常運行的不理想的系統(tǒng)電壓，包括電壓的閃變(Flick)、瞬時過電壓(Swell)、諧波畸變 (Harmonics)、各相電壓不平衡(Unbalance)等情況；電流質(zhì)量問題是指電力電子設(shè)備等非 線性負(fù)荷給電網(wǎng)帶來的電流畸變，包括流入電網(wǎng)的諧波電流，以及無功、不平衡負(fù)荷電流、 低頻負(fù)荷變化造成的閃爍等。諧波污染造成的危害有使旋轉(zhuǎn)電機和變壓器過熱、振動和噪 聲變大，降低變壓器額定容量，縮短電機使用壽命；使電力電容器組工作不正常，甚至造成 熱擊穿損壞；使線路損失加大、電纜過熱、絕緣老化，嚴(yán)重時會使電纜“放炮”;影響電力系統(tǒng) 中的發(fā)電機、調(diào)相機、繼電保護(hù)和自動裝置，嚴(yán)重時會引發(fā)設(shè)備誤動作，造成重大事故使電 能計量等產(chǎn)生誤差；嚴(yán)重干擾通信、計算機系統(tǒng)、高精度加工機械，檢測儀表等用電設(shè)備的 使用；大大提高了電網(wǎng)諧振的可能；損壞電網(wǎng)中敏感設(shè)備；導(dǎo)致中線電流過大，造成中線發(fā) 熱甚至火災(zāi)。功率因數(shù)低造成的危害有增加里線路上的電壓損失，降低了電壓質(zhì)量；降低 發(fā)、供電設(shè)備的有效利用率；增加部分企業(yè)的電費支出，加大生產(chǎn)成本；增加供電線路的損 失，而為了減少損失則必須增大供電線路的導(dǎo)線截面，增加投資。傳統(tǒng)的無功補償和無源濾波裝置能夠解決電能質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的問題，但不能有 效地解決動態(tài)電能質(zhì)量問題。用戶通常采用并聯(lián)型無源濾波器、無功補償來抑制諧波和進(jìn) 行無功補償，但存在不少缺陷?，F(xiàn)在的趨勢是采用電力電子裝置進(jìn)行諧波補償，即電力有源濾波器(APF)，一種 迅速動態(tài)跟蹤抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，能對大小和頻率都變化的諧波及 無功進(jìn)行抑制和補償，其應(yīng)用可以克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和補償?shù)娜秉c；電力 有源濾波器的基本原理是檢測被補償負(fù)載的電壓和電流，經(jīng)檢測控制運算電路發(fā)出補償 電流指令信號，該指令信號控制補償電流發(fā)生電路，輸出與負(fù)載電流中要抑制的諧波電流 極性相反的補償電流，補償電流與負(fù)載電流中要補償?shù)闹C波和無功等電流相抵消，從而得 到期望的電源電流。與無源濾波裝置相比，有源濾波裝置能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動 態(tài)跟蹤補償，而且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響；在電力工程中，“潮流”特指電網(wǎng)各處電 壓(包括幅值與相角)、有功功率、無功功率等的分布。潮流的分布是運行調(diào)度單位和維修 部門所必須知道的事項。而潮流計算，是指給定電網(wǎng)中一些參數(shù)、已知值和未知值中假設(shè) 的初始值，通過重復(fù)迭代，最終求出潮流分布的精確值。柔性交流輸電技術(shù)(Flexible AC TransmissionSystem，簡稱FACTS)是綜合電力電子技術(shù)、微處理和微電子技術(shù)、通信技術(shù) 和控制技術(shù)而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術(shù)。 裝置是指FACTS家族中的具體成員，其定義為用于提供一個或多個控制交流輸電系統(tǒng)參數(shù)的電力電子系統(tǒng)或其 他靜止設(shè)備。FACTS技術(shù)可以解決傳統(tǒng)的無功補償和無源濾波裝置，而不能有效地解決動態(tài) 電能質(zhì)量問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有電能質(zhì)量解決技術(shù)存在的不足，提供一種能夠有效改善用電 質(zhì)量、節(jié)約能源、凈化供用電環(huán)境的柔性無功潮流控制裝置。本實用新型的柔性無功潮流控制裝置采用以下技術(shù)方案該柔性無功潮流控制裝置包括預(yù)充電回路、逆變器、直流電容器和控制電路；預(yù)充 電回路、逆變器和直流電容器相串聯(lián)；控制電路包括依次串聯(lián)的諧波分離模塊、調(diào)節(jié)與監(jiān)測 模塊和驅(qū)動電路，驅(qū)動電路包括算法電路、觸發(fā)電路和微處理器，算法電路和觸發(fā)電路均與 微處理器連接；逆變器與控制電路中的調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路連接。預(yù)充電回路由兩個電抗器、預(yù)充電電阻和預(yù)充電接觸器組成，兩個電抗器分別串 聯(lián)在預(yù)充電電阻的兩邊，預(yù)充電接觸器與預(yù)充電電阻并聯(lián)。上述柔性無功潮流控制裝置通過斷路器與用戶電網(wǎng)連接，斷路器合上后，首先通 過預(yù)充電電阻對直流電容器充電，此過程是為了防止送電后對直流電容器的瞬間沖擊。當(dāng) Vdc達(dá)到額定值后，預(yù)充電接觸器閉合。直流電容器作為儲能元件，通過逆變器和電抗器向 外輸出補償電流。通過外部電流互感器采集電網(wǎng)的電流信號，送至控制電路的諧波分離模塊，諧波 分離模塊用鑒相原理的檢測法將基波成份與2-50次諧波成份分離；調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊將采 集到的諧波分離模塊分離出的諧波成份與直流電容器通過逆變器向外輸出的補償電流計 算比較，以得到的差值作為實時補償信號輸出到驅(qū)動電路；驅(qū)動電路發(fā)出控制逆變器的信 號，觸發(fā)逆變器發(fā)出與諧波成份大小一樣、方向相反的補償諧波電流，將補償諧波電流注入 到電網(wǎng)中，從而實現(xiàn)濾除諧波和補償無功的功能。本實用新型能夠有效改善用電質(zhì)量，節(jié)約能源、凈化供用電環(huán)境，可以有效消除諧 波，提高電能質(zhì)量；提高了功率因數(shù)，節(jié)約電費；解決了供電電壓三相平衡和諧波問題；供 電電壓三相平衡和無功問題。

圖1是本實用新型柔性無功潮流控制裝置的電路原理示意圖。圖中1、外部電流互感器，2、斷路器，3、控制電路，4、諧波分離模塊，5、調(diào)節(jié)與監(jiān)測 模塊，6、驅(qū)動電路，7、電源，8、逆變器，9、直流電容器，10、電抗器，11、預(yù)充電接觸器，12、電 抗器，13、預(yù)充電電阻，14、柔性無功潮流控制裝置。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的柔性無功潮流控制裝置14包括預(yù)充電回路、逆變器8、 直流電容器9和控制電路3 ；預(yù)充電回路、逆變器8和直流電容器9相串聯(lián)。預(yù)充電回路由 電抗器10、預(yù)充電電阻13、電抗器12和預(yù)充電接觸器11組成，兩個電抗器分別串聯(lián)在預(yù)充 電電阻13的兩邊，預(yù)充電接觸器11與預(yù)充電電阻13并聯(lián)。控制電路包括依次串聯(lián)的諧波分離模塊4、調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊5和驅(qū)動電路6，驅(qū)動電路6包括算法電路、觸發(fā)電路和微處理 器，算法電路和觸發(fā)電路均與微處理器連接。整個控制電路3與電源7連接。逆變器8與 控制電路3中的調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊5和驅(qū)動電路6連接。整個柔性無功潮流控制裝置14通過斷路器2與電網(wǎng)連接，控制電路中的諧波分離 模塊4與連接在電網(wǎng)中的外部電流互感器1串接。首先通過預(yù)充電電阻13對直流電容器9 充電，此過程是為了防止送電后對直流電容器9的瞬間沖擊。當(dāng)Vdc達(dá)到額定值后，預(yù)充電 接觸器閉合。直流電容器9作為儲能元件，通過逆變器8和電抗器10向外輸出補償電流。通過外部電流互感器1采集電網(wǎng)的電流信號，送至控制電路3的諧波分離模塊4， 諧波分離模塊4用鑒相原理的檢測法將基波成份與2-50次諧波成份分離；調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊 5將采集到的諧波分離模塊4分離出的諧波成份與直流電容器9通過逆變器8向外輸出的 補償電流計算比較，以得到的差值作為實時補償信號輸出到驅(qū)動電路6 ；驅(qū)動電路6發(fā)出控 制逆變器8的信號，觸發(fā)逆變器8發(fā)出與諧波成份相大小一樣，方向相反的補償諧波電流， 將補償諧波電流注入到電網(wǎng)中，從而實現(xiàn)濾除諧波和補償無功的功能。本實用新型的柔性無功潮流控制裝置具有以下特點1.基于瞬時無功理論的諧波快速檢測方法；考慮到最大化有效值輸出，會自動選 擇最合理的諧波選擇。2.動態(tài)響應(yīng)時間小于95 μ s，控制準(zhǔn)確。3.采用半閉環(huán)控制方式，在最大限度的發(fā)揮裝置性能的前提下，提高了安全性、可靠性。4.具有系統(tǒng)過壓、系統(tǒng)欠壓、輸出過流、直流側(cè)過壓和模塊過溫保護(hù)；當(dāng)發(fā)生保護(hù) 后設(shè)備會立刻停機并分析保護(hù)類型。如果是允許恢復(fù)的保護(hù)類型，裝置會再次啟動，當(dāng)發(fā)生 了嚴(yán)重的故障后會報錯并停機。
權(quán)利要求一種柔性無功潮流控制裝置，包括預(yù)充電回路、逆變器、直流電容器和控制電路；其特征是預(yù)充電回路、逆變器和直流電容器相串聯(lián)；控制電路包括依次串聯(lián)的諧波分離模塊、調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路，驅(qū)動電路包括算法電路、觸發(fā)電路和微處理器，算法電路和觸發(fā)電路均與微處理器連接；逆變器與控制電路中的調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性無功潮流控制裝置，其特征是所述預(yù)充電回路由兩個 電抗器、預(yù)充電電阻和預(yù)充電接觸器組成，兩個電抗器分別串聯(lián)在預(yù)充電電阻的兩邊，預(yù)充 電接觸器與預(yù)充電電阻并聯(lián)。
專利摘要本實用新型提供了一種柔性無功潮流控制裝置，包括預(yù)充電回路、逆變器、直流電容器和控制電路；預(yù)充電回路、逆變器和直流電容器相串聯(lián)；控制電路包括依次串聯(lián)的諧波分離模塊、調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路，驅(qū)動電路包括算法電路、觸發(fā)電路和微處理器，算法電路和觸發(fā)電路均與微處理器連接；逆變器與控制電路中的調(diào)節(jié)與監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路連接。本實用新型能夠有效改善用電質(zhì)量，節(jié)約能源、凈化供用電環(huán)境，可以有效消除諧波，提高電能質(zhì)量；提高了功率因數(shù)，節(jié)約電費；解決了供電電壓三相平衡和諧波問題；供電電壓三相平衡和無功問題。
文檔編號H02J3/18GK201674227SQ20102019278
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者孔德森, 崔貴峰, 欒濱, 趙慶春, 郜明宗, 陳貞超, 高彥軍, 高永存 申請人:濟(jì)南銀河電氣有限公司