本發(fā)明涉及電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)以及PWM控制技術(shù)的成熟，電能質(zhì)量控制器已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，并在無(wú)功補(bǔ)償和電網(wǎng)諧波抑制等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。迄今為止，已有眾多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被提出，無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制的目標(biāo)隨著應(yīng)用場(chǎng)合的特點(diǎn)而變化，但無(wú)功補(bǔ)償一般采取可調(diào)電抗，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功功率；諧波抑制一般以抑制非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)支路的污染和電網(wǎng)的諧波電壓對(duì)負(fù)載的影響為目的，即減小濾波支路等效阻抗。針對(duì)各種電能質(zhì)量問(wèn)題，國(guó)外提出并開(kāi)發(fā)了許多改善和提高電能質(zhì)量的裝置，主要包括：無(wú)源濾波器(TF)、有源電力濾波器(APF)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、晶閘管開(kāi)關(guān)電容器(TSC)、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(SPQC)等。統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器是一種串并聯(lián)混合型有源補(bǔ)償裝置，它結(jié)合了并聯(lián)型有源電力濾波器和串聯(lián)型有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)，可以綜合補(bǔ)償系統(tǒng)的電壓、電流擾動(dòng)，具有較高的性價(jià)比。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置難以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，且無(wú)功調(diào)節(jié)范圍窄、無(wú)法進(jìn)行有效濾波，容易使得由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流流入電網(wǎng)從而對(duì)電網(wǎng)支路造成污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置難以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，且無(wú)功調(diào)節(jié)范圍窄、無(wú)法進(jìn)行有效濾波，容易使得由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流流入電網(wǎng)從而對(duì)電網(wǎng)支路造成污染的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器，包括：

電源、負(fù)載、基波電流檢測(cè)模塊、移相控制電路、電壓源逆變器、耦合變壓器；

電源與耦合變壓器連接，負(fù)載與耦合變壓器的一次側(cè)繞組并聯(lián)；

基波電流檢測(cè)模塊包括電流互感器和基波電流檢測(cè)電路，電流互感器與耦合變壓器的一次側(cè)繞組連接，電流互感器還與基波電流檢測(cè)電路的輸入端連接；

基波電流檢測(cè)電路的輸出端與移相控制電路的輸入端連接，移相控制電路的輸出端與電壓源逆變器的輸入端連接；

電壓源逆變器的輸出端與耦合變壓器的二次側(cè)繞組連接。

可選地，基波電流檢測(cè)電路的輸出端與移相控制電路的輸入端之間還連接有增益放大電路。

可選地，還包括電壓源逆變器控制系統(tǒng)單元，移相控制電路的輸出端與電壓源逆變器的輸入端之間連接有電壓源逆變器控制系統(tǒng)單元。

可選地，電壓源逆變器以三角波為載波且采用SPWM進(jìn)行控制。

可選地，電壓源逆變器的輸出端與耦合變壓器的二次側(cè)繞組之間還連接有LC濾波器。

可選地，

電壓源逆變器直流電壓側(cè)連接有電容器；

或

電壓源逆變器直流電壓側(cè)連接蓄電池；

或

電壓源逆變器直流電壓側(cè)與電力系統(tǒng)感應(yīng)連接。

可選地，電壓源逆變器的逆變橋由IGBT器件構(gòu)成。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器，包括：電源、負(fù)載、基波電流檢測(cè)模塊、移相控制電路、電壓源逆變器、耦合變壓器；電源與耦合變壓器連接，負(fù)載與耦合變壓器的一次側(cè)繞組并聯(lián)；基波電流檢測(cè)模塊包括電流互感器和基波電流檢測(cè)電路，電流互感器與耦合變壓器的一次側(cè)繞組連接，電流互感器還與基波電流檢測(cè)電路的輸入端連接；基波電流檢測(cè)電路的輸出端與移相控制電路的輸入端連接，移相控制電路的輸出端與電壓源逆變器的輸入端連接；電壓源逆變器的輸出端與耦合變壓器的二次側(cè)繞組連接，本發(fā)明實(shí)施例中通過(guò)電流互感器感應(yīng)耦合變壓器的一次側(cè)繞組電流并輸入基波電流檢測(cè)電路，基波電流檢測(cè)電路從畸變的電流中檢測(cè)出基波電流分量，該基波電流經(jīng)移相控制單元延遲90°后作為電壓源逆變器的參考信號(hào)。以三角波為載波，采用SPWM控制策略，電壓源逆變器將產(chǎn)生一個(gè)與參考信號(hào)同頻率的可控電壓，該可控電壓加在耦合變壓器的二次側(cè)繞組兩端，由于該耦合變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組的雙側(cè)勵(lì)磁作用，該變壓器一次側(cè)繞組對(duì)于基波等效為一個(gè)可調(diào)電抗。由于電壓源逆變器的參考信號(hào)中不含諧波分量，因此加在耦合變壓器二次側(cè)繞組兩端的電壓也不含諧波電壓分量，即耦合變壓器二次側(cè)繞組對(duì)于諧波相當(dāng)于短路，則該變壓器一次側(cè)繞組對(duì)于諧波等效為非常小的變壓器漏抗。該裝置與系統(tǒng)負(fù)載并聯(lián)，工作時(shí)對(duì)于基波呈現(xiàn)為一個(gè)可調(diào)電抗，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功、平衡電壓，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量；對(duì)諧波等效為非常小的變壓器漏抗，從而為負(fù)載諧波電流提供一個(gè)低阻通路，在調(diào)節(jié)無(wú)功的時(shí)起到自動(dòng)濾波的作用，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置難以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，且無(wú)功調(diào)節(jié)范圍窄、無(wú)法進(jìn)行有效濾波，容易使得由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流流入電網(wǎng)從而對(duì)電網(wǎng)支路造成污染的技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基波電流檢測(cè)、增益及SPWM信號(hào)產(chǎn)生流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的移相控制電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合變壓器的T型等效電路示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一個(gè)變壓器基波等效電路示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一個(gè)變壓器基波等效電路示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置難以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，且無(wú)功調(diào)節(jié)范圍窄、無(wú)法進(jìn)行有效濾波，容易使得由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流流入電網(wǎng)從而對(duì)電網(wǎng)支路造成污染的技術(shù)問(wèn)題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器，包括：

電源、負(fù)載、基波電流檢測(cè)模塊、移相控制電路、電壓源逆變器、耦合變壓器；

電源與耦合變壓器連接，負(fù)載與耦合變壓器的一次側(cè)繞組并聯(lián)；

基波電流檢測(cè)模塊包括電流互感器和基波電流檢測(cè)電路，電流互感器與耦合變壓器的一次側(cè)繞組連接，電流互感器還與基波電流檢測(cè)電路的輸入端連接；

基波電流檢測(cè)電路的輸出端與移相控制電路的輸入端連接，移相控制電路的輸出端與電壓源逆變器的輸入端連接；

電壓源逆變器的輸出端與耦合變壓器的二次側(cè)繞組連接。

進(jìn)一步地，基波電流檢測(cè)電路的輸出端與移相控制電路的輸入端之間還連接有增益放大電路。

進(jìn)一步地，還包括電壓源逆變器控制系統(tǒng)單元，移相控制電路的輸出端與電壓源逆變器的輸入端之間連接有電壓源逆變器控制系統(tǒng)單元。

進(jìn)一步地，電壓源逆變器以三角波為載波且采用SPWM進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，電壓源逆變器的輸出端與耦合變壓器的二次側(cè)繞組之間還連接有LC濾波器。

進(jìn)一步地，

電壓源逆變器直流電壓側(cè)連接有電容器；

或

電壓源逆變器直流電壓側(cè)連接蓄電池；

或

電壓源逆變器直流電壓側(cè)與電力系統(tǒng)感應(yīng)連接。

進(jìn)一步地，電壓源逆變器的逆變橋由IGBT器件構(gòu)成。

請(qǐng)參閱圖2，為基波電流檢測(cè)、增益及SPWM信號(hào)產(chǎn)生流程示意圖，其中，基波電流檢測(cè)模塊包括電流互感器和基波電流檢測(cè)電路，電流互感器串接在給與負(fù)載并聯(lián)的耦合變壓器的原邊繞組供電的母線上，感應(yīng)線路電流送入基波電流檢測(cè)電路，基波電流檢測(cè)電路將從畸變的系統(tǒng)母線電流中檢測(cè)出基波電流信號(hào)，該基波信號(hào)通過(guò)一定增益的放大電路并經(jīng)移相控制電路延遲90°后作為電壓源逆變器的參考信號(hào)。移相控制電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。以三角波為載波，將載波和上述參考信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換成SPWM信號(hào)，控制電壓源逆變器輸出一基波頻率的可控電壓，該可控電壓經(jīng)過(guò)一LC濾波器后加在帶氣隙的耦合變壓器的二次側(cè)繞組兩端，通過(guò)耦合變壓器接入系統(tǒng)。電壓源逆變器直流側(cè)電壓有三種來(lái)源方式：1)直流側(cè)接一個(gè)電容器，通過(guò)控制逆變器使得直流側(cè)電壓穩(wěn)定；2)直流側(cè)接一個(gè)蓄電池，通過(guò)控制逆變器得到穩(wěn)定的直流側(cè)電壓；3)通過(guò)電力系統(tǒng)感應(yīng)取電，經(jīng)過(guò)整流得到穩(wěn)定的直流側(cè)電壓。

耦合變壓器用于將電壓源逆變器輸出的基頻可控電壓耦合到系統(tǒng)中。

耦合變壓器雙邊勵(lì)磁，其一次側(cè)繞組對(duì)于基波呈現(xiàn)為可變電抗，該可變電抗在感、容抗之間切換；由于電壓源逆變器的參考信號(hào)不含諧波分量，因此加在耦合變壓器二次側(cè)繞組兩端的電壓不含諧波電壓，即耦合變壓器二次側(cè)繞組對(duì)于諧波相當(dāng)于短路，則該耦合變壓器原邊繞組對(duì)于諧波等效為非常小的變壓器漏抗。如圖4所示，為耦合變壓器的T型等效電路示意圖。

該裝置中控制變量為放大器增益，通過(guò)改變?cè)鲆婕纯奢p松調(diào)節(jié)該可變電抗的幅值，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功功率，響應(yīng)快速；該并聯(lián)變壓器支路相當(dāng)于給負(fù)載諧波電流提供了一個(gè)低阻通路，從而避免了由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)支路的污染，降低系統(tǒng)對(duì)專用濾波器的要求。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的詳細(xì)描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器工作原理進(jìn)行詳細(xì)的描述。

假定電流傳感器增益為h，帶氣隙變壓器的變比為k_T，原邊漏抗為Z₁，副邊漏抗等效到原邊為Z₂′，勵(lì)磁漏抗為Z_m。變壓器原邊電流為i₁＝i₁⁽¹⁾+∑i₁⁽ⁿ⁾，檢測(cè)其基波分量為該基波分量經(jīng)放大器(增益為k)放大，再通過(guò)移相電路移相90°后作為逆變器的參考信號(hào)i_ref＝hkI_mcos(ωt+θ-π/2)。

逆變器環(huán)節(jié)的增益為K_PWM，忽略其延時(shí)，則逆變器輸出電壓為：

u₂＝K_PWMhkI_m(ωt+θ-π/2) (1)

該電壓與變壓器一次側(cè)基波電流同頻率，根據(jù)圖3將該電壓等效到變壓器原邊繞組兩端為：

u'₂＝k_Tu₂＝k_TK_PWMhkI_m(ωt+θ-π/2) (2)

令k_TK_PWMhk＝β，則上式可以寫成如下相量形式：

U'₂＝-jβI₁ (3)

其中β為控制參數(shù)。

下面通過(guò)疊加原理分別對(duì)并聯(lián)變壓器原邊繞組基波、諧波等效電路進(jìn)行分析：

1)對(duì)于基波，變壓器等效二端口網(wǎng)絡(luò)電壓相量表達(dá)式：

聯(lián)立式(3)(4)可得變壓器一次側(cè)繞組等效阻抗：

變壓器基波等效電路如圖5所示，改變逆變器參考信號(hào)中放大器的增益，即可實(shí)現(xiàn)變壓器一次側(cè)基波等效電抗在感、容抗之間連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功，控制策略簡(jiǎn)單、精度高。電壓源逆變橋由IGBT器件構(gòu)成，采用SPWM控制策略，系統(tǒng)響應(yīng)迅速；

2)對(duì)于n次諧波，由于逆變器的參考信號(hào)不含諧波分量，因此加在變壓器二次側(cè)繞組兩端的電壓不含諧波電壓，即變壓器二次側(cè)繞組對(duì)于諧波相當(dāng)于短路u₂⁽ⁿ⁾＝0，則該變壓器原邊繞組對(duì)于諧波等效為非常小的變壓器漏抗

變壓器基波等效電路如圖6所示，該并聯(lián)變壓器支路相當(dāng)于給負(fù)載諧波電流提供了一個(gè)低阻通路，從而避免由非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)支路的污染。

本發(fā)明實(shí)施例提供的新型并聯(lián)電能質(zhì)量控制器和現(xiàn)有技術(shù)中普通的電能質(zhì)量控制器相比主要具有如下特點(diǎn)：

1)調(diào)節(jié)范圍廣，常規(guī)無(wú)功補(bǔ)償器件僅能針對(duì)感性或容性無(wú)功中的一類無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，無(wú)功調(diào)節(jié)能力受限。本方案中由于變壓器一次側(cè)基波等效阻抗可以在感、容抗之間切換，因而對(duì)系統(tǒng)輸出的無(wú)功也可以在從感性無(wú)功到容性無(wú)功的大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而提高無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆秶挽`活性；

2)自帶濾波功能，本方案中并聯(lián)變壓器一次側(cè)諧波等效阻抗為帶氣隙的變壓器漏抗，相當(dāng)于為由非線性負(fù)載造成的負(fù)載諧波電流提供了一條低阻通路，避免了負(fù)載諧波電流流入系統(tǒng)電源支路，降低了系統(tǒng)對(duì)專用濾波器的要求；

3)響應(yīng)迅速、操作簡(jiǎn)單，電壓源逆變橋由IGBT器件構(gòu)成，采用SPWM控制策略，系統(tǒng)響應(yīng)迅速；僅通過(guò)調(diào)節(jié)放大器增益，即可輕松改變并聯(lián)變壓器一次側(cè)繞組基波等效阻抗，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)功調(diào)節(jié)，控制簡(jiǎn)單高效、成本更低。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(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)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。