一種配電變壓器自適應補償裝置制造方法
【專利摘要】一種配電變壓器自適應補償裝置。提供了一種結構簡化，降低成本，提高無功補償精確性的配電變壓器自適應補償裝置。所述配電變壓器的高壓側連接高壓電網(wǎng)、低壓側連接負載，所述自適應補償裝置連接在所述配電變壓器和負載之間；所述自適應補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所述電流采集器采集所述負載的三相電流數(shù)據(jù)、且通過所述五電平兩橋臂逆變器輸出與所述配電變壓器中的無功電流反相的電流信號，以抵消所述無功電流。本發(fā)明將五電平兩橋臂逆變器和傳統(tǒng)電容器結合，提高了自適應補償裝置的容量，同時可以精確補償無功，成本相對比較低，適用于中低壓大功率場合。
【專利說明】一種配電變壓器自適應補償裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及一種中低壓無功補償裝置，特別涉及一種五電平兩橋臂配電變壓器自適應補償裝置。
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代化進程的不斷加快，全社會的用電量不斷增加，同時也對電能質(zhì)量提出了更高的要求。無功電流會增加流過配電變壓器和線路的電流，浪費電能，惡化電能質(zhì)量，增加損耗和發(fā)熱，對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)量對全社會有著重要的意義。
[0003]傳統(tǒng)的無功補償裝置采用電容器分級投切，補償電流呈階梯狀，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，總是處于過補償和欠補償狀態(tài)，很難精確補償。在裝置運行過程中，需要進行頻繁投切，這會影響電容器和功率開關的使用壽命，增加損耗和成本。
[0004]現(xiàn)有的無功補償裝置采用現(xiàn)代電力電子技術，對三相三橋臂逆變器進行控制，能夠?qū)o功進行自適應動態(tài)補償，但是受到功率開關器件的限制，很難真正應用于大功率場合；同時結構和控制復雜，使得成本大幅度增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對以上問題，提供了一種結構簡化，降低成本，提高無功補償精確性的配電變壓器自適應補償裝置。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:所述配電變壓器的高壓側連接高壓電網(wǎng)、低壓側連接負載，所述自適應補償裝置連接在所述配電變壓器和負載之間；
所述自適應補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)，動態(tài)提取無功和產(chǎn)生控制信號；所述FPGA模塊用于產(chǎn)生功率管的驅(qū)動信號；所述DSP控制模塊和FPGA模塊通過地址線通訊；
所述中央控制器通過所述電流采集器采集所述負載的三相電流數(shù)據(jù)、且通過所述五電平兩橋臂逆變器輸出與所述配電變壓器中的無功電流反相的電流信號，以抵消所述無功電流。
[0007]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；
所述電容器模塊包括若干無功補償模塊，所述模塊由三個電容器、三個電抗器和六個功率開關星形連接構成。
[0008]所述五電平兩橋臂逆變器包括兩個五電平二極管鉗位式橋臂和四個等值電容，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個正向串聯(lián)的功率開關和六個鉗位電壓的電力二極管；
所述配電變壓器的低壓側的三相分別與第一個五電平二極管鉗位式橋臂、第二個五電平二極管鉗位式橋臂和四個電容的中點相連。
[0009]還包括人機交互界面,所述人機交互界面包括RS485接口和觸摸屏,所述觸摸屏通過RS485接口與DSP控制模塊通訊。
[0010]還包括語音報警模塊，所述語言報警模塊包括語音模塊和外接電路，所述語音模塊通過外接電路與DSP控制模塊相連。
[0011]所述中央控制器內(nèi)還設有數(shù)字滑動平均濾波器。
[0012]本發(fā)明將五電平兩橋臂逆變器和傳統(tǒng)電容器結合，提高了自適應補償裝置的容量，同時可以精確補償無功，成本相對比較低，適用于中低壓大功率場合。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果:
1、采用五電平兩橋臂逆變器，減少了一個橋臂，大大降低了成本，同時也降低了五電平逆變器的復雜度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；
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，高精度無功補償，同時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合；
3、采用觸摸屏作為人機交互界面，合理使用語音模塊報警，結構簡單，操作方便，更加符合人性化設計要求；
4、采用數(shù)字滑動平均濾波器(MA)代替數(shù)字低通濾波器(LPF)，能夠高精度提取無功電流，且具有良好的動態(tài)性能，有利于動態(tài)補償無功，提高裝置的自適應性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結構原理圖，
圖2是本發(fā)明中五電平兩橋臂逆變器的結構示意圖，
圖3是本發(fā)明五電平兩橋臂逆變器中的功率開關示意圖，
圖4為本發(fā)明中電容器模塊結構示意圖；
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是人機交互界面，5是語音報警模塊，6是配電變壓器，7是負載，8是高壓電網(wǎng)，9是電流采集器。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明如圖1-4所示，所述配電變壓器6的高壓側連接高壓電網(wǎng)8、低壓側連接負載7，所述自適應補償裝置連接在所述配電變壓器6和負載7之間；
所述自適應補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，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)，動態(tài)提取無功和產(chǎn)生控制信號；所述FPGA模塊用于產(chǎn)生功率管的驅(qū)動信號；所述DSP控制模塊和FPGA模塊通過地址線通訊；
所述中央控制器I通過所述電流采集器9采集所述負載7的三相電流數(shù)據(jù)、且通過所述五電平兩橋臂逆變器2輸出與所述配電變壓器I中的無功電流反相的電流信號，以抵消所述無功電流。
[0016]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包括若干無功補償模塊，所述模塊由三個電容器、三個電抗器和六個功率開關星形連接構成。
[0017]所述五電平兩橋臂逆變器2包括兩個五電平二極管鉗位式橋臂和四個等值電容，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個正向串聯(lián)的功率開關和六個鉗位電壓的電力二極管；
所述配電變壓器6的低壓側的三相(A相、B相和C相)分別與第一個五電平二極管鉗位式橋臂、第二個五電平二極管鉗位式橋臂和四個電容的中點相連。
[0018]還包括人機交互界面4，所述人機交互界面4包括RS485接口和觸摸屏，所述觸摸屏通過RS485接口與DSP控制模塊通訊。
[0019]還包括語音報警模塊5，所述語言報警模塊5包括語音模塊和外接電路，所述語音模塊通過外接電路與DSP控制模塊相連。
[0020]所述中央控制器I內(nèi)還設有數(shù)字滑動平均濾波器。
[0021]本發(fā)明中配電變壓器6低壓側與低壓負載7相連接，高壓側與高壓電網(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，負責與人機交互界面4通訊，控制語言報警模塊5報警。本發(fā)明中的自適應補償裝置A相與配電變壓器6低壓側A相連接，B相與配電變壓器6低壓側B相連接，C相與配電變壓器6低壓側C相連接。
[0022]該自適應補償裝置可以視為電流源，輸出與配電變壓器無功電流反相的電流信號，疊加到配電變壓器低壓側，從而實現(xiàn)對無功的自適應補償。
[0023]圖2是本發(fā)明五電平兩橋臂逆變器結構示意圖，其包括兩個五電平二極管鉗位式橋臂和四個等值電容(C1，C2，C3，C4)，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個正向串聯(lián)的功率開關(VI，V2，V3，V4，V5，V6，V7，V8)和六個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關如圖3所示。
[0024]配電變壓器6的低壓側的三相:A相與第一個五電平二極管鉗位式橋臂的中點M相連，B相與第二個五電平二極管鉗位式橋臂的中點N相連，C相與四個電容的中點P相連。
[0025]圖4是本發(fā)明電容器模塊結構示意圖，其包括多個電容器無功補償模塊，每個模塊由三個電容器，三個電抗器和六個功率開關星形連接構成。
[0026]本發(fā)明的工作過程如下:
(I)動態(tài)提取無功。中央控制器I采集配電變壓器6低壓側三相電流，將三相電流進行dqO坐標變換，將得到的dqO坐標下的無功分量通過數(shù)字滑動平均濾波器，最后再經(jīng)過dqO坐標反變換，得到需要補償?shù)臒o功分量，實現(xiàn)動態(tài)快速提取無功分量。
[0027](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電容器模塊的容量，合理分配無功補償量。
[0028]針對電容器模塊3，中央控制器根據(jù)單個電容器模塊的容量，直接計算出電容器模塊的投切個數(shù)，產(chǎn)生功率開關的驅(qū)動信號，合理投切電容器，使得無功補償處于欠補償狀態(tài)。
[0029]針對五電平兩橋臂逆變器2，中央控制器將剩余無功電流作為指令電流，通過電流內(nèi)環(huán)作用，產(chǎn)生電壓調(diào)制波，與三角波進行比較，得到五電平兩橋臂逆變器功率開關的PWM驅(qū)動信號，實現(xiàn)對五電平逆變器的控制，產(chǎn)生需要補償?shù)臒o功電流，實現(xiàn)剩余無功的補償。
[0030]五電平兩橋臂逆變器的第一個橋臂產(chǎn)生A相所需的補償電流，第二個橋臂產(chǎn)生B相所需的補償電流，動態(tài)調(diào)節(jié)四個電容的充放電來產(chǎn)生C相所需的補償電流。
[0031]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，得到所需的補償電流，注入配電變壓器的低壓側，實現(xiàn)無功的精確補償。
[0032]本發(fā)明通過五電平兩橋臂逆變器2和電容器模塊3的協(xié)調(diào)工作，就可以實現(xiàn)無功的精確補償；通過增加電容器模塊的個數(shù)可以提高容量。進而可實現(xiàn)高精度、大容量無功補
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[0033]在實際應用中，若無功電流為780A，電容器模塊3中單個無功補償模塊的補償電流為100A，設置7個無功補償模塊，總計補償700A，剩余的80A即可通過五電平兩橋臂逆變器2實現(xiàn)精確補償。
[0034](3)觸摸屏作為人機交互界面4，通過RS485接口與中央控制器通訊。實現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)、補償效果的顯示，同時也可以實時檢測裝置的運行情況和控制裝置的運行狀態(tài)。
[0035](4)語音報警模塊5作為該裝置的一個輔助功能，通過外接電路與中央控制器相連。當發(fā)生故障時，中央控制器I驅(qū)動語音模塊報警，提示工作人員及時處理故障，有利于電網(wǎng)穩(wěn)定、安全的運行。
[0036]本裝置人性化設計，操作容易，結構簡單，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、大容量無功補償，適合于中低壓大功率場合。
[0037]本發(fā)明中的五電平兩橋臂逆變器2采用線電壓的工作模式改進了現(xiàn)有技術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)，進而實現(xiàn)五電平兩橋臂逆變器的無功電流可調(diào)，實現(xiàn)精確控制。
【權利要求】
1.一種配電變壓器自適應補償裝置，所述配電變壓器(6)的高壓側連接高壓電網(wǎng)(8)、低壓側連接負載(7)，所述自適應補償裝置連接在所述配電變壓器(6)和負載(7)之間； 其特征在于，所述自適應補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)，動態(tài)提取無功和產(chǎn)生控制信號；所述FPGA模塊用于產(chǎn)生功率管的驅(qū)動信號；所述DSP控制模塊和FPGA模塊通過地址線通訊； 所述中央控制器(I)通過所述電流采集器(9 )采集所述負載(7 )的三相電流數(shù)據(jù)、且通過所述五電平兩橋臂逆變器(2 )輸出與所述配電變壓器(I)中的無功電流反相的電流信號，以抵消所述無功電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種配電變壓器自適應補償裝置，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 )包括若干無功補償模塊，所述模塊由三個電容器、三個電抗器和六個功率開關星形連接構成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種配電變壓器自適應補償裝置，其特征在于，所述五電平兩橋臂逆變器(2)包括兩個五電平二極管鉗位式橋臂和四個等值電容，所述五電平二極管鉗位式橋臂包括八個正向串聯(lián)的功率開關和六個鉗位電壓的電力二極管； 所述配電變壓器(6)的低壓側的三相分別與第一個五電平二極管鉗位式橋臂、第二個五電平二極管鉗位式橋臂和四個電容的中點相連。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種配電變壓器自適應補償裝置，其特征在于，還包括人機交互界面(4)，所述人機交互界面(4)包括RS485接口和觸摸屏，所述觸摸屏通過RS485接口與DSP控制模塊通訊。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種配電變壓器自適應補償裝置，其特征在于，還包括語音報警模塊(5)，所述語言報警模塊(5)包括語音模塊和外接電路，所述語音模塊通過外接電路與DSP控制模塊相連。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種配電變壓器自適應補償裝置，其特征在于，所述中央控制器(I)內(nèi)還設有數(shù)字滑動平均濾波器。
【文檔編號】H02J3/18GK103580040SQ201310594430
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權日:2013年11月22日
【發(fā)明者】張春燕, 朱偉, 黃 俊, 王靚, 譚風雷, 王寶安 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司揚州供電公司