一種配電變壓器負序電流治理裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種配電變壓器負序電流治理裝置及方法，主要包括有源濾波器和動態(tài)無功補償器，通過諧波檢測單元獲得配電變壓器副邊三相電流及中線電流并進行分離得到諧波電流，接著利用諧波電流經(jīng)過PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元產(chǎn)生PWM脈沖控制信號，觸發(fā)PWM逆變器主電路單元中晶閘管的導通并產(chǎn)生諧波補償電流，從而濾除諧波電流，減小諧波電流引起的負序電流；動態(tài)無功補償器通過數(shù)據(jù)采集單元對三相電壓、電流及中線電流實時動態(tài)采集，然后通過中央信息處理器單元計算相間和相對地間無功補償量，并對電容器組進行動態(tài)投切，從而減小三相基波電流不平衡引起的負序電流。該裝置控制簡單、易于實現(xiàn)，可有效減小負序電流的危害，有助于產(chǎn)品化。
【專利說明】—種配電變壓器負序電流治理裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電變壓器三相不平衡電流治理領(lǐng)域，特別涉及諧波及基波不平衡電流引起的負序電流治理方法的實現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國民經(jīng)濟與生產(chǎn)技術(shù)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)中負荷情況日趨多樣化與復雜化，電網(wǎng)中三相負載長期處于不平衡狀態(tài)，由此會產(chǎn)生較大的負序電流，特別是一些動態(tài)的非線性不平衡負荷(如電弧爐、電氣化鐵路、電焊機等)的使用，在其近區(qū)電網(wǎng)中也會出現(xiàn)較高的負序和諧波(電壓和電流)水平。在負序和諧波的共同作用下，就會造成以負序濾過器為起動元件的繼電保護和自動裝置誤動作(也就是非故障起動)。但電力系統(tǒng)的發(fā)展，大容量和長距離重負荷線路的出現(xiàn)，對繼電保護裝置相序和自動裝置提出了愈來愈高的要求，因此有必要研制一種針對諧波及三相不平衡電流聯(lián)合治理裝置及方法對負序電流進行有效治理，這對提高供電可靠性，保證電網(wǎng)的安全運行具有重要的意義。
[0003]現(xiàn)有電力電子裝置就近吸收無功和諧波源產(chǎn)生的諧波電流，是抑制負序電流和諧波電流、以及提高功率因數(shù)的有效措施。其中，TCR型SVC是目前公認的治理負序電流和諧波電流最為有效地治理裝置，可以快速的解決電壓波動問題，且還可通過分相調(diào)節(jié)對三相不對稱負載進行平衡化補償來消除負序分量，并可通過在并聯(lián)電容器上串聯(lián)小的調(diào)諧電抗器形成單調(diào)諧無源濾波器。在提供容性無功的同時濾除固定次數(shù)的諧波。但SVC本身也是個諧波源，諧波次數(shù)隨負載的變化而變化，給每次諧波都安裝濾波支路則會造成整個裝置體積龐大，且濾波性能受系統(tǒng)參數(shù)影響大，因此不可避免地存在與電網(wǎng)等效阻抗發(fā)生串并聯(lián)諧振的可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對配電變壓器三相負載不平衡和諧波電流引起負序電流過大，提出了一種配電變壓器負序電流治理裝置及方法。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方法實現(xiàn):一種配電變壓器負序電流治理裝置包括安裝在電網(wǎng)的前端(靠近配電變壓器)的有源濾波器和/或安裝在電網(wǎng)的后端(即負載端)的動態(tài)全容性無功補償器；其中所述有源濾波器包括諧波檢測單元、PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元和PWM逆變器主電路單元，諧波檢測單元將電壓和電流互感器采集到的電網(wǎng)中的三相電壓、電流及中線電流信號進行處理，得到諧波電流，然后將諧波電流輸入PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元進行電流控制并產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，所述PWM觸發(fā)脈沖觸發(fā)PWM逆變器主電路單元的IGBT通斷，調(diào)制出與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、極性相反的輸出電流，且輸入電網(wǎng)中。
[0006]所述動態(tài)全容性無功補償器包括數(shù)據(jù)采集單元、中央信息處理器單元、電容補償柜、GPRS無線通訊單元和計算機，數(shù)據(jù)采集單元接收電壓和電流互感器采集到的電網(wǎng)中的三相電壓、電流及中線電流信號進行處理，將處理獲得的電壓、電流及中線電流有效值傳送至中央信息處理器單元，中央信息處理器單元進行相間和相對地的無功補償量的計算，然后輸出計算控制結(jié)果到電容補償柜，控制電容補償柜中負荷開關(guān)的開合來控制相間和相與地間電容器組的動態(tài)投切，中央信息處理器單元通過GPRS無線通訊單元與計算機通訊，將無功補償前后的電參量在計算機上顯示。
[0007]利用上述配電變壓器負序電流治理裝置進行負序電流治理的方法，包括以下步驟:
[0008]I)、有源濾波器的初始化:主要包括設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、中斷控制、配置引腳功能以及A/D和PWM參數(shù)。
[0009]2)、定時采集配電變壓器的電壓和電流信號:當達到采集時間時，有源濾波器的諧波檢測單元將電壓和電流互感器采集到的三相電壓、電流及中線電流模擬信號進行信號調(diào)理后，經(jīng)過諧波分離算法處理并進行A/D轉(zhuǎn)換后得到諧波電流。
[0010]3)、有源濾波器中PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元接收到諧波檢測單元的諧波電流，經(jīng)過三角載波控制方式和閉環(huán)控制方式對諧波電流進行處理獲得PWM觸發(fā)脈沖。
[0011]4)、當有源濾波器中PWM逆變器主電路單元接收到PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元的PWM觸發(fā)脈沖，控制IGBT的通斷，采用脈寬調(diào)制控制方式，調(diào)制出與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、極性相反的輸出電流，且輸入電網(wǎng)中使該輸出電流與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流相對消，減小諧波電流對負序電流的影響。
[0012]5)、動態(tài)全容性無功補償器進行初始化，包括設(shè)置中央信息處理器單元中單片機的時鐘，寄存器、串口、定時器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0013]6)、動態(tài)全容性無功補償器的數(shù)據(jù)采集單元接收由電壓和電流互感器采集到的三相電壓、電流及中線電流模擬信號，處理獲得電壓、電流及中線電流有效值，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換過后，得到電壓、電流及中線電流有效值的數(shù)字量。
[0014]7)、動態(tài)全容性無功補償器的中央信息處理器單元接收三相電壓、電流及中線電流有效值數(shù)字量后，進行相間和相對地無功功率的計算，獲得無功調(diào)節(jié)量，然后通過控制單片機I/O 口高低電平來輸出控制信號，同時GPRS無線通訊單元將配電變壓器的電參量及無功調(diào)節(jié)量傳送至計算機進行顯示。
[0015]8)、動態(tài)全容性無功補償器的中央信息處理器單元輸出的控制信號經(jīng)過光電隔離后控制電容補償柜中負荷開關(guān)的開合，動態(tài)投切相間和相對地間電容器，對配電變壓器三相電流不平衡進行治理，從而減小負序電流；同時通過GPRS無線通訊單元將治理后的三相電壓、電流及無功功率傳送至計算機顯示。
[0016]9)、工作人員可通過計算機對配電變壓器運行狀態(tài)進行實時在線檢測，并可對數(shù)據(jù)進行查詢、刪除、導出及異常打印等功能。
[0017]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，本發(fā)明裝置利用有源濾波器對諧波電流進行治理來減小其對負序電流的影響，同時利用動態(tài)全容性無功補償器對配電變壓器三相不平衡基波電流進行平衡化治理來減小負序電流，兩個部分協(xié)調(diào)運行，可有效治理負序電流。本發(fā)明可廣泛應用于配電變壓器三相不平衡和諧波污染綜合治理等領(lǐng)域，對系統(tǒng)的安全可靠運行有著重要的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】[0018]圖1是配電變壓器器負序電流治理裝置接線框圖；
[0019]圖2是動態(tài)全容性無功補償器補償原理圖；
[0020]圖3是動態(tài)全容性無功補償器電容器組接線圖；
[0021]圖4是后臺數(shù)據(jù)檢測軟件單元數(shù)據(jù)讀取流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]參見圖1，一種配電變壓器負序電流治理裝置包括有源濾波器和動態(tài)全容性無功補償器兩部分，使治理效果最好。在治理負序電流時還可以將有源濾波器和動態(tài)全容性無功補償器分開使用。其中所述有源濾波器包括諧波檢測單元1、PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元2和PWM逆變器主電路單元3，諧波檢測單元I將電壓和電流互感器采集到的電網(wǎng)中的三相電壓、電流及中線電流信號進行處理，得到諧波電流，然后將諧波電流輸入PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元2進行電流控制并產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，所述PWM觸發(fā)脈沖觸發(fā)PWM逆變器主電路單元3的IGBT通斷，調(diào)制出與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、極性相反的輸出電流,且輸入電網(wǎng)中。
[0024]所述動態(tài)全容性無功補償器包括數(shù)據(jù)采集單元4、中央信息處理器單元5、電容補償柜6、GPRS無線通訊單元7和計算機8，數(shù)據(jù)采集單元4接收電壓和電流互感器采集到的電網(wǎng)中的三相電壓和電流信號進行處理，將處理獲得的電壓、電流及中線電流有效值傳送至中央信息處理器單元5，中央信息處理器單元5進行相間和相對地的無功補償量的計算，然后輸出計算控制結(jié)果到電容補償柜6，控制電容補償柜6中負荷開關(guān)的開合來控制相間和相與地間電容器組的動態(tài)投切，中央信息處理器單元5通過GPRS無線通訊單元7與計算機8通訊，將無功補償前后的電參量在計算機8上顯示。
[0025]具體地，所述諧波檢測單元I還包括同步信號電路和鎖相倍頻電路，其中同步信號電路用于產(chǎn)生一個A相同步信號來計算瞬時無功功率，鎖相倍頻電路用于避免電力系統(tǒng)頻率不固定而使用定時器中斷對模擬信號采樣提供基準而造成較大誤差。PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元2還包括PWM脈寬調(diào)制電路，對PWM觸發(fā)脈沖的脈寬進行調(diào)制。PWM逆變器主電路單元3還包括缺相檢測電路和開關(guān)量信號的輸入輸出電路，其中缺相檢測電路用于檢測三相整流橋?qū)⑷嘟涣麟娬鳛橹绷麟姇r是否發(fā)生缺相故障，開關(guān)量信號的輸入輸出電路用于實現(xiàn)開關(guān)量的輸入緩沖和輸出鎖存以及控制器與現(xiàn)場高壓端的有效隔離。
[0026]動態(tài)全容性無功補償器還包括電源管理單元和光電隔離單元，電源管理單元為整個動態(tài)全容性無功補償器供電，與中央信息處理器單元5和GPRS無線通訊單元7相連。光電隔離單元的一端連接中央信息處理器單元5，另一端連接電容補償柜6。
[0027]采用本裝置對配電變壓器進行負序電流治理，主要包括以下步驟:
[0028]I)、初始化:有源濾波器的初始化主要完成設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、中斷控制、配置引腳功能以及A/D和PWM參數(shù)。
[0029]2)、定時采集配電變壓器的電壓和電流信號:當達到采集時間時，有源濾波器的諧波檢測單元I將電壓和電流互感器采集到的三相電壓、電流及中線電流模擬信號進行信號調(diào)理(包括哪些基本處理)后，經(jīng)過諧波分離算法處理并進行A/D轉(zhuǎn)換后得到諧波電流。數(shù)據(jù)采集使用傅里葉算法，由A/D轉(zhuǎn)換單元對三相電壓、電流進行采樣，設(shè)每個周期采樣N點數(shù)據(jù)，得到采樣值為:lxn，n=0, I,……，N-1}，經(jīng)離散傅里葉變換得到三相的電壓、電流的有效值。
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種配電變壓器負序電流治理裝置，其特征在于:包括有源濾波器和/或動態(tài)全容性無功補償器；其中所述有源濾波器包括諧波檢測單元(I)、PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元(2 )和PWM逆變器主電路單元(3 )，諧波檢測單元(I)將電壓和電流互感器采集到的電網(wǎng)中的三相電壓、電流及中線電流信號進行處理，得到諧波電流，然后將諧波電流輸入PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元(2)進行電流控制并產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，所述PWM觸發(fā)脈沖觸發(fā)PWM逆變器主電路單元(3)的IGBT通斷，調(diào)制出與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、極性相反的輸出電流，且輸入電網(wǎng)中； 所述動態(tài)全容性無功補償器包括數(shù)據(jù)采集單元(4)、中央信息處理器單元(5)、電容補償柜(6)、GPRS無線通訊單元(7)和計算機(8)，數(shù)據(jù)采集單元(4)接收電壓和電流互感器采集到的電網(wǎng)中的三相電壓、電流及中線電流信號進行處理，將處理獲得的電壓、電流及中線電流有效值傳送至中央信息處理器單元(5)，中央信息處理器單元(5)進行相間和相對地的無功補償量的計算，然后輸出計算控制結(jié)果到電容補償柜(6)，控制電容補償柜(6)中負荷開關(guān)的開合來控制相間和相與地間電容器組的動態(tài)投切，中央信息處理器單元(5)通過GPRS無線通訊單元(7)與計算機(8)通訊，將無功補償前后的電參量在計算機(8 )上顯/Jn ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種配電變壓器負序電流治理裝置，其特征在于:所述有源濾波器安裝在電網(wǎng)的前端，動態(tài)全容性無功補償器安裝在電網(wǎng)的后端。
3.一種利用權(quán)利要求1所述配電變壓器負序電流治理裝置進行負序電流治理的方法，包括以下步驟: 1)、有源濾波器的初始化:主要包括設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、中斷控制、配置引腳功能以及A/D和PWM參數(shù)；` 2)、定時采集配電變壓器的電壓和電流信號:當達到采集時間時，有源濾波器的諧波檢測單元(I)將電壓和電流互感器采集到的三相電壓、電流及中線電流模擬信號進行信號調(diào)理后，經(jīng)過諧波分離算法處理并進行A/D轉(zhuǎn)換后得到諧波電流； 3)、有源濾波器中PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元(2)接收到諧波檢測單元(I)的諧波電流，經(jīng)過三角載波控制方式和閉環(huán)控制方式對諧波電流進行處理獲得PWM觸發(fā)脈沖； 4)、當有源濾波器中PWM逆變器主電路單元(3)接收到PWM觸發(fā)脈沖生成電路單元(2)的PWM觸發(fā)脈沖，控制IGBT的通斷，采用脈寬調(diào)制控制方式，調(diào)制出與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流大小相等、極性相反的輸出電流，且輸入電網(wǎng)中使該輸出電流與電網(wǎng)中負荷產(chǎn)生的諧波電流相對消，減小諧波電流對負序電流的影響； 5)、動態(tài)全容性無功補償器進行初始化，包括設(shè)置中央信息處理器單元(5)中單片機的時鐘，寄存器、串口、定時器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器； 6)、動態(tài)全容性無功補償器的數(shù)據(jù)采集單元(4)接收由電壓和電流互感器采集到的三相電壓、電流及中線電流模擬信號，處理獲得電壓、電流及中線電流有效值，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換過后，得到電壓、電流及中線電流有效值的數(shù)字量； 7)、動態(tài)全容性無功補償器的中央信息處理器單元(5)接收三相電壓、電流及中線電流有效值數(shù)字量后，進行相間和相對地無功功率的計算，獲得無功調(diào)節(jié)量，然后通過控制單片機I/O 口高低電平來輸出控制信號，同時GPRS無線通訊單元(7)將配電變壓器的電參量及無功調(diào)節(jié)量傳送至計算機(8)進行顯示；8)、動態(tài)全容性無功補償器的中央信息處理器單元(5)輸出的控制信號經(jīng)過光電隔離后控制電容補償柜(6)中負荷開關(guān)的開合，動態(tài)投切相間和相對地間電容器，對配電變壓器三相電流不平衡進行治理，從而減小負序電流；同時通過GPRS無線通訊單元(7)將治理后的三相電壓、電流及無功功率傳送至計算機(8)進行顯示； 9)、工作人員可通過計算機(7 )對配電變壓器運行狀態(tài)進行實時在線檢測，并可對數(shù)據(jù)進行查詢、刪除、導出及異常打印。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述利用配電變壓器負序電流治理裝置進行負序電流治理的方法，其特征在于:所述步驟6)中電壓、電流和中線電流的有效值是采用離散傅里葉變換得到的。
【文檔編號】H02J3/01GK103701129SQ201410007009
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】張占龍, 郭民懌, 張家銘, 周鵬, 羅晨 申請人:重慶大學