一种低压有源无功补偿装置制造方法及图纸

一种低压有源无功补偿装置，包括控制系统、主控制回路以及系统主电路，所述的主控制回路包括直流电压保持器、电压源逆变器以及耦合变压器，所述的电压源逆变器包括至少三个由IGBT组成的桥臂，所述的桥臂的上端连接形成正极直流母线，所述的桥臂的下端连接形成负极直流母线，所述的直流电压保持器的两端与所述正极直流母线以及所述负极直流母线连接，每个桥臂的输出端均与所述耦合变压器的输入端连接，所述耦合变压器的输出端连接至系统电压，本发明专利技术具有调节速度快，运行范围宽，采用合适的开关频率可大大减少补偿电流中的谐波含量，能有效改善用电负荷的功率因数，具有显著的节能的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无功补偿控制
，尤其涉及一种低压有源无功补偿装置。
技术介绍
SVG，又称为静止同步补偿器。其基本原理是利用可关断大功率电力电子器件组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现集动态补偿感性无功功率和容性无功功率于一身，具有能够动态补偿大范围快速变化的瞬时无功功率的特点，能快速平滑地补偿感性无功和容性无功，保持电压稳定。此外，传统的机械投切电容器在动作执行机构上存在缺点，其接触器不能长期稳定工作，就连现有的晶闸管投切电容器装置补偿也是采用投切电容器组，补偿呈现阶梯状，无法实现线性调节。SVG克服了这些缺陷，具有可靠高、使用寿命长、可线性调节的突出优点，并可将动态响应时间由原有的20mS提高到了4mS以内，远远优于我国电力行业标准中“无功负荷快速变化时响应时间小于100mS”的规定。总之，SVG是应无功补偿快速、准确和减少谐波的要求，采用变流器结构和新型电力电子器件、智能控制芯片实现的高性能无功补偿系统。但是现有技术的SVG通常都用在高压环境中，低压环境下通常还是采用并联电容的方法来进行补偿，而石油化工、电力系统、冶金钢铁、电气化铁路、城市建设等行业中，无功补偿装置为各种异步电动机、变压器、晶闸管变流器、变频器、感应炉、照明设备、电弧炉、电力机车、提升机、冲压机、吊车、电梯、风力发电机、电梯、电焊机、电阻炉、石英熔炼炉等设备均需要低压的无功补偿，这就需要设计一种高质量、高可靠性的无功补偿及滤波的解决方案来满足这个需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足之处本专利技术提供一种低压有源无功补偿装置，本专利技术采用IGBT作为开关元件，将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，适当的调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功功率补偿。该装置调节速度快，运行范围宽，采用合适的开关频率可大大减少补偿电流中的谐波含量，能有效改善用电负荷的功率因数，具有显著的节能效果。本专利技术的技术方案是提供一种低压有源无功补偿装置，包括控制系统、主控制回路以及系统主电路，所述的主控制回路包括直流电压保持器、电压源逆变器以及耦合变压器，所述的电压源逆变器包括至少三个由IGBT组成的桥臂，所述的桥臂的上端连接形成正极直流母线，所述的桥臂的下端连接形成负极直流母线，所述的直流电压保持器的两端与所述正极直流母线以及所述负极直流母线连接，每个桥臂的输出端均与所述耦合变压器的输入端连接，所述耦合变压器的输出端连接至系统电压；所述的控制系统包括包括控制器、保护器、算法器，AD转换器、调理电路、采样电路、PWM输出器；所述的控制器与所述的算法器、所述的保护器、所述的PWM输出器连接，所述的采样电路的相同的采样信息的输出端通过所述的调理电路与所述的AD转换器以及所述的保护器分别连接，所述的算法器与所述的保护器连接，所述的PWM输出器与所述桥臂中每个IGBT的门级连接。作为本专利技术的优选，所述的电压源逆变器包括四个由IGBT组成的桥臂，所述的桥臂的输出端分别与所述耦合变压器的A、B、C、N四个输入端连接，所述耦合变压器的A、B、C三相输出端与负载连接，所述负载的n端与所述耦合变压器的N端连接。作为本专利技术的优选，所述的直流电压保持器包括用于提供电压支撑的电压支撑电容，所述电压支撑电容连接在所述正极直流母线与所述负极直流母线之间。作为本专利技术的优选，所述负载为中点形成变压器。作为本专利技术的优选，所述的控制系统还包括上位机，所述上位机包括控制模块、输入输出模块及液晶模块，所述控制模块通过所述的输入输出模块与所述保护器连接。作为本专利技术的优选，所述的控制系统还包括外辅助模块，所述的外辅助模块包括继电器、操作键以及指示灯，所述继电器、所述操作键以及所述指示灯均与所述控制器连接，所述控制器与所述所述继电器、所述操作键以及所述指示灯之间通过干节点信号通信。作为本专利技术的优选，所述的保护器与所述的算法器通过串口双向传输方式连接。作为本专利技术的优选，所述的算法器与所述的控制器通过串口由所述算法器向所述控制器单向输送信号方式进行连接，所述的算法器与所述的控制器输送信号包括运行故障电平、PWM使舵电平以及PWM电平。作为本专利技术的优选，所述的保护器与所述控制器通过串口双向传输方式连接，所述保护器与所述控制器之间的输送信号包括运行故障输入电平、外部干接点输出电平以及外部干接点输入电平。作为本专利技术的优选，所述的调理电路包括信号衰减和模拟抗混叠滤波器。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术具有调节速度快，运行范围宽，采用合适的开关频率可大大减少补偿电流中的谐波含量，能有效改善用电负荷的功率因数，具有显著的节能的优点。附图说明图1为本专利技术的主控制回路结构示意图；图2为本专利技术的控制系统框图；图中，1-控制器；2-保护器；3-算法器；4-AD转换器；5-调理电路；6-采样电路；7-PWM输出器；8-上位机；9-外辅助模块；10-直流电压保持器；11-电压源逆变器；12-耦合变压器；13-负载；101-电压支撑电容；111-桥臂；112-正极直流母线；113-负极直流母线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例包括控制系统、主控制回路。如图1所示，本专利技术实施例的主控制回路包括直流电压保持器10、电压源逆变器11以及耦合变压器12，电压源逆变器11包括至少三个由IGBT组成的桥臂111，桥臂111的上端连接形成正极直流母线112，桥臂111的下端连接形成负极直流母线113，直流电压保持器10的两端与正极直流母线112以及负极直流母线113连接，每个桥臂111的输出端均与耦合变压器12的输入端连接，耦合变压器12的输出端连接至系统电压；电压源逆变器11包括四个由IGBT组成的桥臂111，桥臂111的输出端分别与耦合变压器12的A、B、C、N四个输入端连接，耦合变压器12的A、B、C三相输出端与负载13连接，负载13的n端与耦合变压器12的N端连接。负载13可以为中点形成变压器。直流电压保持器10包括用于提供电压支撑的电压支撑电容101，电压支撑电容连接在正极直流母线112与负极直流母线113之间。对于本专利技术的结构，由于负序负载电流，在电压支撑电容上的是2倍频的脉动功率，因此该结构相比于③的三桥臂半桥式结构，需要的直流电容较小。最小的直流电容容量Cdc_min有下式决定：Cdc_min=∆P/2ω·Vdc·∆Vdc上式中∆P为负序负载电流中2倍频脉动功率的大小，为设计的直流电容电压波动的大小。另外一个优点是直流母线电压的充分利用，相电压最大峰值可达到0.577，线电压的最大值可达到，因此可选择耐压等级较低的开关器件。如图2所示，本专利技术实施例包括控制器1、保护器2、算法器3，AD转换器4、调理电路5、采样电路6、PWM输出器7；控制器1与算法器3、保护器2、PWM输出器7连接，采样电路6的相同的采样信息的输出端通过调理电路5与AD转换器4以及保护器2分别连接，算法器3与保护器2连接。保护器2与算法器3通过串口双向传输方式连接。算法器3与控制器1通过串口由算法器3向控制器1单向输送信号方式进行连接，算法器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压有源无功补偿装置，包括控制系统、主控制回路，其特征在于：所述的主控制回路包括直流电压保持器（10）、电压源逆变器（11）以及耦合变压器（12），所述的电压源逆变器（11）包括至少三个由IGBT组成的桥臂（111），所述的桥臂（111）的上端连接形成正极直流母线（112），所述的桥臂（111）的下端连接形成负极直流母线（113），所述的直流电压保持器（10）的两端与所述正极直流母线（112）以及所述负极直流母线（113）连接，每个桥臂（111）的输出端均与所述耦合变压器（12）的输入端连接，所述耦合变压器（12）的输出端连接至系统电压；所述的控制系统包括包括控制器（1）、保护器（2）、算法器（3），AD转换器（4）、调理电路（5）、采样电路（6）、PWM输出器（7）；所述的控制器（1）与所述的算法器（3）、所述的保护器（2）、所述的PWM输出器（7）连接，所述的采样电路（6）的相同的采样信息的输出端通过所述的调理电路（5）与所述的AD转换器（4）以及所述的保护器（2）分别连接，所述的算法器（3）与所述的保护器（2）连接，所述的PWM输出器（7）与所述桥臂（111）中每个IGBT的门级连接。...

【技术特征摘要】
1.一种低压有源无功补偿装置，包括控制系统、主控制回路，其特征在于：所述的主控制回路包括直流电压保持器（10）、电压源逆变器（11）以及耦合变压器（12），所述的电压源逆变器（11）包括至少三个由IGBT组成的桥臂（111），所述的桥臂（111）的上端连接形成正极直流母线（112），所述的桥臂（111）的下端连接形成负极直流母线（113），所述的直流电压保持器（10）的两端与所述正极直流母线（112）以及所述负极直流母线（113）连接，每个桥臂（111）的输出端均与所述耦合变压器（12）的输入端连接，所述耦合变压器（12）的输出端连接至系统电压；所述的控制系统包括包括控制器（1）、保护器（2）、算法器（3），AD转换器（4）、调理电路（5）、采样电路（6）、PWM输出器（7）；所述的控制器（1）与所述的算法器（3）、所述的保护器（2）、所述的PWM输出器（7）连接，所述的采样电路（6）的相同的采样信息的输出端通过所述的调理电路（5）与所述的AD转换器（4）以及所述的保护器（2）分别连接，所述的算法器（3）与所述的保护器（2）连接，所述的PWM输出器（7）与所述桥臂（111）中每个IGBT的门级连接。2.根据权利要求1所述的一种低压有源无功补偿装置，其特征在于：所述的电压源逆变器（11）包括四个由IGBT组成的桥臂（111），所述的桥臂（111）的输出端分别与所述耦合变压器（12）的A、B、C、N四个输入端连接，所述耦合变压器（12）的A、B、C三相输出端与负载（13）连接，所述负载（13）的n端与所述耦合变压器（12）的N端连接。3.根据权利要求1所述的一种低压有源无功补偿装置，其特征在于：所述的直流电压保持器（10）包括用于提供电...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋泽宇，汪宇，石晶，黄义，黄伟，周莉，钱飞，
申请(专利权)人：国船电气武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42