智能型有源三相功率平衡裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本項發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高供電可靠性、助力電網(wǎng)節(jié)能降損的戶外智能型有源三相功率平衡裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電力系統(tǒng)中負(fù)載形式的多樣化，對電能質(zhì)量造成了一定的影響，而各種設(shè)備對電能質(zhì)量的要求愈益提高。負(fù)載的不平衡會導(dǎo)致電網(wǎng)的供電質(zhì)量劣化，線路損耗增加等一系列不利因素。為了減少負(fù)載不平衡對系統(tǒng)供電質(zhì)量的影響，應(yīng)使系統(tǒng)負(fù)載平衡化。目前，應(yīng)用最廣泛的是靜止無功補償裝置(SVC)，可對不平衡負(fù)載進行分相補償，其典型方式是固定電容器+晶閘管控制電抗器(FC+TCR);還有晶閘管投切電容器(TSC)也獲得了廣泛應(yīng)用，TSC只能分組投切，和TCR配合使用，連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，對系統(tǒng)不平衡負(fù)載進行分相控制，能達(dá)到平衡負(fù)載的目的。但SVC補償裝置固有的缺點是含有較多的無源器件-電抗器或電容器，體積龐大。而且TCR這些類型的SVC本身還會產(chǎn)生低次諧波電流，也需安裝濾波器，通常采用無源濾波器與SVC并聯(lián)使用，這樣會增加成本，甚至在實際運行時可能出現(xiàn)諧波嚴(yán)重放大而不是衰減。另外，SVC的工作范圍較窄，當(dāng)系統(tǒng)電壓降低到一定程度時，輸出的無功將隨電壓的下降而大幅下降，無法對系統(tǒng)提供足夠的無功支持。
[0003]同樣可實現(xiàn)分相補償?shù)撵o止無功發(fā)生器(SVG)也可對不平衡負(fù)載進行平衡化補償，是一種比SVC更先進的補償裝置。當(dāng)SVG在其直流側(cè)接有電源或儲能裝置時，可獨立地輸出或吸收有功功率，補償系統(tǒng)不平衡負(fù)載達(dá)到平衡化，同時，SVG可以從輸電和配電系統(tǒng)中的動態(tài)電壓控制、功率震蕩的阻尼、暫態(tài)穩(wěn)定性等多個方面改善電力系統(tǒng)的性能，是一種發(fā)展前景好的補償裝置。
[0004]本項發(fā)明提出的智能型有源三相功率平衡裝置，采用了先進的電力電子(PE)技術(shù)，利用三相橋式全控PWM變流技術(shù)，自動平衡三相的有功功率和無功功率。同時可消除中性線的基波電流，使三相功率完全平衡。從而解決三相不平衡導(dǎo)致的線路損耗，提高線路輸電能力、提高電網(wǎng)的電力品質(zhì)和供電的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本項發(fā)明三相功率平衡裝置，其基本工作原理是通過檢測負(fù)載連接點的電壓和負(fù)載電流，通過指令電流運算電路，推知此時負(fù)載功率情況，檢測出此功率平均分配到三相時每相對應(yīng)的指令電流幅值，加上維持直流側(cè)電壓恒定時對應(yīng)的指令電流幅值，即為要求的指令電流幅值。再由檢測到電壓值通過運算電路計算得到三相電壓的相位，與指令電流幅值相乘后便可得到期望的電源電流指令電流。通過運算電路與實際的電源電流比較、作差后得到誤差信號，通過補償器開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得實際電流值跟蹤期望的指令電流值，最終達(dá)到補償負(fù)載為平衡的目的。
[0006]因此，三相功率平衡裝置由兩大部分組成:即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。其中，指令電流運算電路的核心是檢測補償對象中的功率情況，計算負(fù)載平衡時的電源電流指令電流。補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運算部分得出的指令信號，控制電路產(chǎn)生實際的電源電流。
[0007]常用的控制方法有三種:(I)檢測負(fù)載電流的控制方式；⑵檢測電源電流的控制方式；(3)復(fù)合控制方式，即同時檢測負(fù)載電流和電源電流的控制方式。我們所采用的就是復(fù)合控制方式，如圖1所示，圖中的補償裝置主要包括畸變電流檢測電路，電流跟蹤控制電路，驅(qū)動電路和主電路等。在此方式下，指令電流信號主要來自負(fù)載電流，在其作用下，可對負(fù)載中的諧波電流進行較好的補償。而電源電流的作用主要是抑制高通濾波器和電網(wǎng)阻抗之間的諧振，使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性?？梢钥闯?，復(fù)合控制方式綜合了前二種控制方式的優(yōu)點。經(jīng)實踐證明，其補償效果也是最優(yōu)的。圖2為有源三相功率平衡裝置的主電路。
[0008]本項發(fā)明有源三相功率平衡裝置的系統(tǒng)控制框圖如圖3所示。
【附圖說明】
[0009]圖1為有源三相功率平衡裝置的復(fù)合控制方式
[0010]圖中，1-非線性負(fù)載；2-平衡(補償)裝置；3-畸變電流檢測電路；4-電流跟蹤控制電路；5_驅(qū)動電路；6_主電路；7_三相交流電源。
[0011]圖2為平衡裝置的主電路圖
[0012]圖中，1-不平衡負(fù)載；2-不平衡補償器。
[0013]圖3為有源三相功率平衡裝置的系統(tǒng)控制框圖
[0014]圖中，1-主電路；2_隔離、驅(qū)動、保護電路；3_電壓傳感器；4_A/D轉(zhuǎn)換器；5_中央處理器；6_電壓控制程序模塊；7_電流控制程序模塊；8_電流傳感器；9_控制變壓器；10-空間矢量PffM脈沖信號；11-指令電流運算電路和電流跟蹤控制電路。
[0015]具體實施方法
[0016](I)低通濾波器的設(shè)計本項發(fā)明有源三相功率平衡裝置，其控制系統(tǒng)的設(shè)計包括:指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。指令運算電路主要是根據(jù)檢測到的瞬時值按照選定的算法計算出電源電流基準(zhǔn)值。此過程中，低通濾波器的設(shè)計很關(guān)鍵，這里我們選用巴特沃斯(Butter worth)低通濾波器，能確保電源電流指令電流的準(zhǔn)確性并獲得理想的補償效果。
[0017](2)控制環(huán)節(jié)的設(shè)計采用了雙環(huán)控制，即Pl電壓外環(huán)和Pl電流內(nèi)環(huán)控制。電壓外環(huán)的主要作用是控制補償裝置直流測電容的電壓維持在額定值附近；而電流環(huán)的主要作用是控制電源電流值。具體過程是以電壓外環(huán)的輸出和控制算法的結(jié)果為基準(zhǔn)值，與實際檢測到的電源電流比較；通過坐標(biāo)變換，此誤差信號在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中經(jīng)Pi電流調(diào)節(jié)器進行控制，使三相電源電流正弦對稱，實現(xiàn)負(fù)載平衡，補償負(fù)載諧波和無功功率。
[0018](3)空間矢量脈寬調(diào)制(SVPffM)的選用
[0019]與常規(guī)的正弦波脈寬調(diào)制(SPffM)方法對比，SVPffM調(diào)制具有電壓利用率高的優(yōu)點(提高了 15.47%)。并且，SVPffM能使電機轉(zhuǎn)矩脈動降低，電流波形畸變減小，更易于實現(xiàn)數(shù)字化。同時，還可證明電壓SVPffM調(diào)制技術(shù)可等效為注入一定零序分量的SPWM。
[0020](4)控制系統(tǒng)中的元器件及設(shè)計參數(shù)的選定
[0021]按照圖3的系統(tǒng)控制框圖，三相電源電壓有效值為55V，負(fù)載電流有效值< 3A，連接電感選為3mH，直流測電容選為470 μ F，電容電壓基準(zhǔn)值設(shè)為165V，開關(guān)管選用SSH10N110的功率M0SFET，開關(guān)頻率是20KHz。
[0022]選用10位ADC轉(zhuǎn)換器，其最小轉(zhuǎn)換時間為500ns，16個多路復(fù)用的輸出通道，可觸發(fā)兩個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器。
[0023]電壓檢測采用控制變壓器(工頻)檢測，變比為220/6
[0024]電流傳感器采用LA28-NP型，設(shè)定的原付邊變比為3/1000
[0025]選用1R2130作為補償裝置開關(guān)管的驅(qū)動芯片，只需一個供電電源即可驅(qū)動三相橋式逆變電路的6個功率開關(guān)器件，驅(qū)動電路簡單可靠。
[0026]由圖3可知，控制系統(tǒng)的基本流程為:通過電壓、電流傳感器，檢測系統(tǒng)運行時的系統(tǒng)參數(shù)，具體是電網(wǎng)相電壓ea、eb,電源電流isa、isb，負(fù)載電流ila、ilb以及補償裝置直流側(cè)電壓Udc,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，分別送入數(shù)字處理芯片，經(jīng)過控制算法的處理，產(chǎn)生開關(guān)控制信號，發(fā)生脈沖，經(jīng)隔離后驅(qū)動主電路的開關(guān)管，控制補償電流，間接控制電源電流，使其三相正弦對稱，平衡負(fù)載。其中，指令電流產(chǎn)生模塊是以DSP TMS320LF2407為核心建立的，主要完成控制算法，其中包括穩(wěn)定直流側(cè)電壓的算法，SVPffM信號的產(chǎn)生算法，以及提供裝置的各種過流、過壓、限幅等故障保護功能。
【主權(quán)項】
1.一種戶外智能型有源三相功率平衡裝置，包括主電路(1)，驅(qū)動、隔離、保護電路(2)，電壓傳感器(3)，電流傳感器(8)，控制變壓器(9)以及指令電流運算電路和電流跟蹤控制電路(11)。其特征在于指令運算電路主要根據(jù)檢測到的瞬時值按照選定的邏輯方法得出電源電流基準(zhǔn)值，為確保電源電流指令電流的準(zhǔn)確性，選用了 Butter Worth低通濾波器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型有源三相功率平衡裝置，其特征在于采用了雙環(huán)控制，即Pl電壓外環(huán)和Pl電流內(nèi)環(huán)的控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型有源三相功率平衡裝置，其特征在于選用了空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM。
【專利摘要】本項發(fā)明三相功率平衡裝置由兩大部分組成：即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。該三相功率平衡裝置的系統(tǒng)控制框圖如附圖所示。由圖可知，控制系統(tǒng)的基本流程為：通過電壓、電流傳感器，檢測系統(tǒng)運行時的參數(shù)，具體是電網(wǎng)相電壓ea、eb，電源電流isa、isb，負(fù)載電流ila、ilb以及補償裝置直流側(cè)電壓Udc，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，分別送入數(shù)字處理芯片，經(jīng)過控制算法的處理，控制補償電流，間接控制電源電流，使其三相正弦對稱，平衡負(fù)載。其中，指令電流產(chǎn)生模塊是以DSP？TMS320LF2407為核心建立的，主要完成控制算法，其中包括穩(wěn)定直流側(cè)電壓的算法，SVPWM信號的產(chǎn)生算法，以及提供裝置的各種過流、過壓、限幅等故障保護功能。
【IPC分類】H02J3/26
【公開號】CN105576676
【申請?zhí)枴緾N201410532417
【發(fā)明人】鄧隱北, 張子亮, 唐慶偉
【申請人】河南匯德電氣有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2014年10月11日