一种即插即用串联型电能质量补偿器及补偿控制方法技术

本发明专利技术公开了一种即插即用串联型电能质量补偿器及其补偿控制方法，属于电力补偿器领域。该补偿器利用电压检测模块检测负载侧的实时电压以及通过逆变器施加电压在特制互感器二次侧后产生的反馈电压；特制互感器包括一次侧绕组和二次侧绕组，一次侧绕组作为母排接入电网，二次侧绕组沿着轴向方向紧密堆叠，并与逆变控制模块的输出端连接；逆变控制模块的输入端连接直流侧电压，逆变控制模块的控制端连接至所述电压检测模块的输出端，所述逆变控制模块用于根据参考电压信号输出用于所述互感器二次侧的反馈控制电压。本发明专利技术接入简单且对电网本身结构无影响，控制方法灵活多变，可适用于不同场景需求。

【技术实现步骤摘要】
一种即插即用串联型电能质量补偿器及补偿控制方法
本专利技术属于电力补偿器领域，更具体地，涉及一种即插即用串联型电能质量补偿器的接入方式。
技术介绍
伴随着科学技术的进步，电力事业得到了迅猛发展，用户在满足了对电能数量的要求后，对电能质量的要求也越来越高。与此同时，一方面，各种非线性负荷的使用，特别是电力电子设备的使用，带来了许多电能质量问题，极大的恶化了电网运行环境；另一方面，各种电能质量敏感设备的大量普及使得电能质量问题对生产生活的影响更加重大。在这样的背景下，研究如何消除电能质量问题对用户的影响成为了摆在电力工作者面前的一项非常迫切的任务。串联型电能质量补偿器(SeriesPowerQualityCompensator(SPQC))，是一种用于动态抑制电网电压所含电压跌落﹑谐波、瞬变等质量问题的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的电压畸变进行实时补偿。其工作原理简述如下：首先分别检测电网各相的电压，然后将其和理想电压相比较得到电网电压中的畸变电压；根据得到的畸变电压算出所需要的补偿电压，通过逆变器产生补偿电压，从而使负载端保持为正弦的、平衡的、无谐波和闪变的理想电压。逆变器所需要的直流电压由并联在负载侧的PWM整流器提供，同时SPQC在补偿电网电压基波幅值上升和下降时，串联侧所吸收或者放出的能量由PWM整流器回馈电网或从电网吸收。现有的串联型电能质量补偿器的研究从控制角度与装置实现的角度讲存在以下关键技术的问题：(1)传统的有源串联补偿器结构复杂，在串联接入电网中时，需要对电网本来的结构进行改造，安装方式繁琐，不能即插即用。(2)传统的有源串联补偿器采用较为复杂的控制算法，但是控制方式较为单一，不利于根据实际场景进行调整。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种即插即用串联型电能质量补偿器及其补偿控制方法，其目的在于，通过模块化方式搭建电能质量补偿器，以空心柱状的特制互感器铁芯构造实现即插即用，并结合负载和特制互感器的不同检测信号输出不同的控制信号，从而在简化有源串联补偿器结构及控制算法的同时，实现即插即用并提供易于调整的多样化控制手段。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种即插即用串联型电能质量补偿器，包括：电压检测模块、逆变控制模块和特制互感器；电压检测模块包括负载电压检测器、反馈电压检测器和加法器；负载电压检测器的输入端连接至负载侧以检测负载侧的实时电压；反馈电压检测器的输入端连接至特制互感器二次侧，以检测逆变控制模块施加控制电压在特制互感器二次侧后产生的反馈电压；加法器的两个输入端分别连接负载电压检测器的输出端和反馈电压检测器的输出端，以将两个电压相加并输出参考电压信号；逆变控制模块的输入端连接直流侧电压，逆变控制模块的控制端连接至加法器的输出端，逆变控制模块的输出端连接特制互感器的二次侧；逆变控制模块用于根据参考电压信号输出作用于互感器二次侧的控制电压；其中，特制互感器包括一次侧绕组、二次侧绕组和铁芯，一次侧绕组作为母排接入电网，二次侧绕组沿着铁芯轴向方向绕制，并与逆变控制模块的输出端连接；铁芯为空心柱状构造，母排沿铁芯轴向穿过铁芯，铁芯的尺寸按照如下方式确定：特制互感器的一次侧等效励磁电感L为：L＝W12μA/l式中，W1为特制互感器一次侧匝数，μ为铁芯的磁导率，A为铁芯截面积，l为平均磁路长度；铁芯的壁厚及铁芯内壁与母排的距离根据母排的电缆直径和电网的设备设计标准取为定值，以此为基准，通过增大铁芯的长度，在减小磁路长度l的同时增大铁芯截面积A从而增大电感L，以使特制互感器二次侧的反馈控制电压能够驱动特制互感器一次侧产生相应的电压变化值，对电能质量进行补偿。进一步地，特制互感器的铁芯由空心长方片密集堆叠而成。进一步地，每个空心长方片均由两个半开口的弯折片可开合地拼接而成，同一侧的弯折片密集堆叠成为一个整体。进一步地，为x预设一阈值，若满足使特制互感器一次侧产生相应的电压变化值的要求时对应的x超过该阈值，则将多个电压补偿器通过各自的x不超过阈值的特制电感器串联接入电网，直至能够使特制互感器一次侧产生相应的电压变化值。进一步地，逆变控制模块包括逆变器、PWM控制驱动器和滤波器；PWM控制驱动器的输入端连接至加法器的输出端，逆变器的输入端连接直流侧电压，逆变器的控制端连接至PWM控制驱动器的输出端，滤波器的输入端连接至逆变器的输出端，滤波器的输出端连接特制互感器二次侧；PWM控制驱动器用于根据参考电压信号生成用于控制逆变器中各开关管导通状态的PWM波信号；逆变器在PWM波信号的控制下，将直流侧电压逆变为控制电压，经滤波器滤波后，注入特制互感器的二次侧。为实现上述目的，按照本专利技术的另一个方面，提供了一种即插即用串联型电能质量补偿器的补偿控制方法，根据特制互感器的T型等效电路可得：式中，为一次绕组的电压，为一次绕组的电流，Z1为一次绕组的漏抗，Zm为特制互感器的励磁阻抗，为二次绕组的电流折算值，Z2′为二次绕组的漏抗，为二次绕组的电压；如果检测一次绕组的电流通过逆变器生成电流并且满足条件k为一次侧与二次侧的绕组匝数比，则：根据上式改变参数α的值即改变铁芯的磁通，从而改变特制互感器一次侧绕组AX的等效阻抗ZAX，进而改变电网有功功率和无功功率的分布，实现电能质量调节。进一步地，将特制互感器的T型等效电路看作二端口网络，该二端口网络内部参数是无源且已知的，逆变器看做是一个受控电流或电压源，通过检测不同信号和设定逆变器的不同输出信号可以得到不同的补偿控制方式，分别为：1)检测一次绕组的电流使用逆变器生成电流使记为电流-电流型控制方式，此时阻抗值为ZAX＝Z1+(1-α)Zm；2)检测一次绕组电流使用逆变器生成电压使记为电流-电压型控制方式，此时阻抗值为3)检测一次绕组电压使用逆变器生成电流使记为电压-电流型控制方式，此时阻抗值为4)检测一次绕组电压使用逆变器生成电压使记为电压-电压型控制方式，此时阻抗值为总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)即插即用，采用空心柱状构造的铁芯，直接以电网母排作为一次侧绕组，铁芯可以直接在例行维护时预置入现有电网中，直接将铁芯套在电网母排外或将电网母排穿过铁芯即可正常工作，实现即插即用的同时，无需对原有电网进行改造，接入电网方便、逆变量较小、结构和控制简单且补偿效果好。(2)采用特定的轴向绕组结合增加电流互感器铁芯长度的方式来获得一个特制的互感器结构，从而增大互感器一次侧的等效电感及等效阻抗，实现利用二次侧的电压驱动一次侧电压变化的目的，从而能够通过二次侧的电压控制来影响一次侧，以对电网的电能质量进行补偿。(3)采用密集堆叠的铁芯构造，有效解决气隙不均的问题，防止互感器局部过热。而开口式设计则无需预置，通过开口式设计的开合操作可以随时套在母排上或者取下，从而随时接入电网或拆除。(4)改进控制，提供了四种控制方法，通过改变一次侧检测信号以及逆变器的输出控制信号即可实现不同的控制方式，从而便于用户根据实际场景自由确定更为合适的控制方法。(5)本专利技术通过在铁芯带气隙的特制互感器的二次侧采用有源的方式注入一个与一次侧频率相同、相位相反的电流或电压，改变特制互感器的二次侧注入电流或电压的大小便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种即插即用串联型电能质量补偿器，其特征在于，包括：电压检测模块、逆变控制模块和特制互感器；电压检测模块包括负载电压检测器、反馈电压检测器和加法器；负载电压检测器的输入端连接至负载侧以检测负载侧的实时电压；反馈电压检测器的输入端连接至特制互感器二次侧，以检测逆变控制模块施加控制电压在特制互感器二次侧后产生的反馈电压；加法器的两个输入端分别连接负载电压检测器的输出端和反馈电压检测器的输出端，以将两个电压相加并输出参考电压信号；逆变控制模块的输入端连接直流侧电压，逆变控制模块的控制端连接至加法器的输出端，逆变控制模块的输出端连接特制互感器的二次侧；逆变控制模块用于根据参考电压信号输出作用于互感器二次侧的控制电压；其中，特制互感器包括一次侧绕组、二次侧绕组和铁芯，一次侧绕组作为母排接入电网，二次侧绕组沿着铁芯轴向方向绕制，并与逆变控制模块的输出端连接；铁芯为空心柱状构造，母排沿铁芯轴向穿过铁芯，铁芯的尺寸按照如下方式确定：特制互感器的一次侧等效励磁电感L为：L＝W12μA/l式中，W1为特制互感器一次侧匝数，μ为铁芯的磁导率，A为铁芯截面积，l为平均磁路长度；铁芯的壁厚及铁芯内壁与母排的距离根据母排的电缆直径和电网的设备设计标准取为定值，以此为基准，通过增大铁芯的长度，在减小磁路长度l的同时增大铁芯截面积A从而增大电感L，以使特制互感器二次侧的反馈控制电压能够驱动特制互感器一次侧产生相应的电压变化值，对电能质量进行补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种即插即用串联型电能质量补偿器，其特征在于，包括：电压检测模块、逆变控制模块和特制互感器；电压检测模块包括负载电压检测器、反馈电压检测器和加法器；负载电压检测器的输入端连接至负载侧以检测负载侧的实时电压；反馈电压检测器的输入端连接至特制互感器二次侧，以检测逆变控制模块施加控制电压在特制互感器二次侧后产生的反馈电压；加法器的两个输入端分别连接负载电压检测器的输出端和反馈电压检测器的输出端，以将两个电压相加并输出参考电压信号；逆变控制模块的输入端连接直流侧电压，逆变控制模块的控制端连接至加法器的输出端，逆变控制模块的输出端连接特制互感器的二次侧；逆变控制模块用于根据参考电压信号输出作用于互感器二次侧的控制电压；其中，特制互感器包括一次侧绕组、二次侧绕组和铁芯，一次侧绕组作为母排接入电网，二次侧绕组沿着铁芯轴向方向绕制，并与逆变控制模块的输出端连接；铁芯为空心柱状构造，母排沿铁芯轴向穿过铁芯，铁芯的尺寸按照如下方式确定：特制互感器的一次侧等效励磁电感L为：L＝W12μA/l式中，W1为特制互感器一次侧匝数，μ为铁芯的磁导率，A为铁芯截面积，l为平均磁路长度；铁芯的壁厚及铁芯内壁与母排的距离根据母排的电缆直径和电网的设备设计标准取为定值，以此为基准，通过增大铁芯的长度，在减小磁路长度l的同时增大铁芯截面积A从而增大电感L，以使特制互感器二次侧的反馈控制电压能够驱动特制互感器一次侧产生相应的电压变化值，对电能质量进行补偿。2.如权利要求1所述的一种即插即用串联型电能质量补偿器，其特征在于，特制互感器的铁芯由空心长方片密集堆叠而成。3.如权利要求2所述的一种即插即用串联型电能质量补偿器，其特征在于，每个空心长方片均由两个半开口的弯折片可开合地拼接而成，同一侧的弯折片密集堆叠成为一个整体。4.如权利要求1～3任意一项所述的一种即插即用串联型电能质量补偿器，其特征在于，为x预设一阈值，若满足使特制互感器一次侧产生相应的电压变化值的要求时对应的x超过该阈值，则将多个电压补偿器通过各...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达义，王聪，陈建春，王庭康，杨凯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42