一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法，其具体实现可由预充电路、控制模块、功率模块、保护模块及人机交互界面构成。本发明专利技术的有益效果：(1)利用预充电路和反比例函数正向特性，解决装置高压挂网启动和升降压所产生冲击电流的问题；(2)具有友好的人机交互界面，能实现装置无功补偿方式可选及运行信息显示，更具人性化、智能化；(3)可根据配电网电压环境保证无功吞吐能力；(4)采用移动指针平均滤波法和新型的逼近平波法取代传统的低通滤波法，提高了算法程序的运行效率和消除了无功电流检测延时的问题。本发明专利技术，降低了装置成本，丰富了无功补偿装置技术内容，对工程应用具有一定的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法
本专利技术涉及无功补偿装置
，具体是一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法。
技术介绍
目前，成品的静止同步补偿器装置虽然已经存在，但其价格昂贵且工程技术并未得到公开。而静止同步补偿器因具无功补偿响应速度快、连续调节范围宽等优点，得到了国内外学者的青睐。现公开的配电网静止同步补偿器样机装置，仍具有许多不足，如：装置无法直接挂网启动或启动瞬间产生巨大的冲击电流、无法完成无功电流的实时检测、单一的补偿容量及固定的给定指令导致装置智能程度低和环境适应性差、复杂的算法滤波造成运算效率低和抗干扰性差、“人机对话”性能差等，这些不足形成了样机装置未能实用化的重要因素，如何将其进行完善，成为了工程人员关注的热点。因此，从装置挂网启动、无功补偿方式、功率模块直流侧电压可控及滤波手段上合理改进，对配电网静止同步补偿器的推广具有重大的现实意义。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：针对现公开的配电网静止同步补偿器装置无法挂网直接启动或启动造成巨大冲击电流、无法兼容多种无功补偿方式、无法根据配电网电压环境保证补偿能力、无法稳定安全升降压、无法解决使用传统低通滤波法所造成的运算量大和算法延时的问题，提供一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置及控制方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：1.一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置，该装置1由预充电路2、控制模块3、功率模块4、保护模块5及人机交互界面6构成。所述预充电路2由不可控整流桥2-1、KM1接触器2-2、限流电阻2-3和KM2接接触器2-4构成；其中，不可控整流桥2-1设有交流侧和直流侧，其交流侧通过KM1接触器2-2与配电网9相连，其直流侧通过KM2接触器2-4、串联限流电阻2-3与功率模块4的直流侧电容11两端相连；预充电路2用于装置挂网启动，抑制冲击电流的产生。所述控制模块3由信号采集单元3-1和数据处理单元3-2构成；信号采集单元3-1用于采集配电网电压uab,bc、补偿电流ia,b、功率模块4的直流侧电压Udc、负载电流ila,lb，并将采集信号传送至数据处理单元3-2；数据处理单元3-2用于计算软启动门阀电压Udc_start、功率模块4的直流侧电压目标指令及处理人机交互信息，还用于对功率模块4的直流侧电压当前指令和电压信号Udc的差值经过电压控制器得到有功电流指令而对采集的负载电流信号ila,lb进行坐标等量变换，计算出无功电流，再经滤波得到无功电流指令还用于根据有功电流指令无功电流指令电网电压相位余弦和正弦计算出三相补偿电流指令三相补偿电流指令与实际的三相补偿电流信号ia,b,c的差值经过电流控制器获得开关驱动信号并传送至功率模块4，实现对功率模块4交流侧补偿电流的控制。所述功率模块4设有交流侧和直流侧，其交流侧通过连KM3接触器7、电抗器8并入配电网9与负载10之间，其直流侧依次与电容11和不可控整流桥2-1的直流侧负极及限流电阻2-3的一端相连；所述功率模块4用于根据开关驱动信号调节其三相补偿电流，实现对负载电流无功的补偿。所述保护模块5用于装置根据软件和硬件判断出非正常运行情况，而迅速断开与配电网的连接，对装置起保护作用。所述人机交互界面6用于对装置进行控制和信息显示，包括一键启动、一键关机、无功补偿方式选择、运行状态显示、装置相关信息显示。2.上述的一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置的控制方法，操作步骤如下：1)所述预充电路2在装置1挂网启动过程中可分四个步骤：步骤一：将功率模块4的直流侧电容11进行预充电；装置1采用由不可控整流桥2-1、KM1接触器2-2、限流电阻2-3、KM2接触器2-4构成的预充电路2，通过软件控制实现对功率模块4的直流侧电容11充电。步骤二：将预充电路2进行旁路；通过电压互感器采集功率模块4的直流侧电容11预充电压的瞬时值，当瞬时值达到软启动门阀电压Udc_start时，快速断开预充电路2。步骤三：将功率模块4的交流侧与配电网9接通，装置1处于空载运行状态；待预充电路2完全断开瞬间，通过软件控制快速将功率模块4交流侧的KM3接触器7合闸，实现与配电网9接通，此时装置1处于软启动门阀电压Udc_start和无功电流指令为零的状态下运行；待稳定后功率模块4的直流侧电压按反比例函数正向特性进行升压。步骤四：装置1进行带载运行，实现负载电流的无功补偿；当完成步骤三后，执行无功电流实时检测，计算出负载电流中的无功电流，并利用滤波手段得到无功电流指令装置处于自动运行模式。2)所述装置1对无功电流实时检测，自动补偿，其过程可分三个阶段：第一阶段：计算出负载电流中的无功电流；通过电流互感器采集负载电流ila,lb，利用坐标等量变换计算出无功电流，但此时的无功电流，除了直流分量外，还含有交流分量。第二阶段：对无功电流进行滤波，得到无功电流指令若不经过滤波则有可能造成过补现象，甚至会给电网注入大量的谐波，补偿效果差，因此考虑经滤波后进行补偿。第三阶段：根据上述1)的步骤四装置进行带载运行；计算得到的无功电流指令待装置启动稳定后再执行。3)所述装置1的软启动门阀电压Udc_start和功率模块4的直流侧电压目标指令均是通过采集配电网9的电压信号并经数据处理单元3-2计算得出，具有随配电网9的电压改变而改变的特性。软启动门阀电压的计算公式为：Udc_start＝K1×Vs(peak)(1)式中，Udc_start代表装置1软启动门阀电压，即装置1启动时功率模块4的直流侧电压值；Vs(peak)代表配电网9相电压峰值；K1代表用户自定义的系数，但K1一般根据不可控整流桥2-1的倍数取值；功率模块4的直流侧电压目标指令的计算公式为：式中，代表功率模块4的直流侧电压目标指令，即装置1完全启动后功率模块4的直流侧电压值；Vs(peak)代表配电网9相电压峰值；K2代表用户自定义的系数，但K2一般根据不可控整流桥2-1的倍数和补偿能力取值；可见，软启动门阀电压和功率模块4的直流侧电压目标指令均与配电网9电压有关，即可随电网9电压的改变，自动调整指令，可减少谐波输出；4)所述控制模块3的数据处理单元3-2中根据系统需要采用了两种滤波方法：第一种滤波：移动指针平均滤波法，应用于得到无功电流指令其基本原理是：先定义N个数据的缓冲区，利用新采样值减去指针所指单元的旧采样值除以缓冲长度，再加前一次计算的平均值，即为最新的平均值，然后指针加一，当缓冲区单元计算结束后，指针重新归零，返回第一单元；第二种滤波：逼近平波法，应用于得到软启动门阀电压及功率模块4的直流侧电压指令；其原理为：定义一个旧值和允许的偏差值，当新采样值与旧值的差值绝对值大于允许的偏差值，则利用K3倍旧值加上K4倍新采样值来更新旧值，再定义一个更小的偏差值，当新采样值与更新后的旧值之差的绝对值大于新定义的偏差值时，将新的历史值作为当前值，只要允许的偏差值和K3、K4设置合理，便能实现当前值与新采样值逼近；5)所述装置1可在启动时自动升压、运行中修改指令控制功率模块4的直流侧电压升降，且无冲击电流产生；启动软升压原理是：经数据处理单元3-2计算出的功率模块4直流侧电压目标指令大于功率模块直流侧电压当前控制指令利用反比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置，其特征在于：该装置(1)由预充电路(2)、控制模块(3)、功率模块(4)、保护模块(5)及人机交互界面(6)构成；所述预充电路(2)由不可控整流桥(2‑1)、KM1接触器(2‑2)、限流电阻(2‑3)和KM2接接触器(2‑4)构成；其中，不可控整流桥(2‑1)设有交流侧和直流侧，其交流侧通过KM1接触器(2‑2)与配电网(9)相连，其直流侧通过KM2接触器(2‑4)、串联限流电阻(2‑3)与功率模块(4)的直流侧电容(11)两端相连；预充电路(2)用于装置挂网启动，抑制冲击电流的产生；所述控制模块(3)由信号采集单元(3‑1)和数据处理单元(3‑2)构成；信号采集单元(3‑1)用于采集配电网电压u

【技术特征摘要】
1.一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置，其特征在于：该装置(1)由预充电路(2)、控制模块(3)、功率模块(4)、保护模块(5)及人机交互界面(6)构成；所述预充电路(2)由不可控整流桥(2-1)、KM1接触器(2-2)、限流电阻(2-3)和KM2接接触器(2-4)构成；其中，不可控整流桥(2-1)设有交流侧和直流侧，其交流侧通过KM1接触器(2-2)与配电网(9)相连，其直流侧通过KM2接触器(2-4)、串联限流电阻(2-3)与功率模块(4)的直流侧电容(11)两端相连；预充电路(2)用于装置挂网启动，抑制冲击电流的产生；所述控制模块(3)由信号采集单元(3-1)和数据处理单元(3-2)构成；信号采集单元(3-1)用于采集配电网电压uab,bc、补偿电流ia,b、功率模块(4)的直流侧电压Udc、负载电流ila,lb，并将采集信号传送至数据处理单元(3-2)；数据处理单元(3-2)用于计算软启动门阀电压Udc_start、功率模块(4)的直流侧电压目标指令及处理人机交互信息，还用于对功率模块(4)的直流侧电压指令和电压信号Udc的差值经过电压控制器得到有功电流指令而对采集的负载电流信号ila,lb进行坐标等量变换，计算出无功电流，再经滤波得到无功电流指令还用于根据有功电流指令无功电流指令电网电压相位余弦和正弦计算出三相补偿电流指令三相补偿电流指令与实际的三相补偿电流信号ia,b,c的差值经过电流控制器获得开关驱动信号并传送至功率模块(4)，实现对功率模块(4)交流侧补偿电流的控制；所述功率模块(4)设有交流侧和直流侧，其交流侧通过连KM3接触器(7)、电抗器(8)并入配电网(9)与负载(10)之间，其直流侧依次与电容(11)和不可控整流桥(2-1)的直流侧负极及限流电阻(2-3)的一端相连；所述功率模块(4)用于根据开关驱动信号调节其三相补偿电流，实现对负载电流无功的补偿；所述保护模块(5)用于装置(1)根据软件和硬件判断出非正常运行情况，而迅速断开与配电网(9)的连接，对装置(1)起保护作用；所述人机交互界面(6)用于对装置(1)进行控制和信息显示，包括一键启动、一键关机、无功补偿方式选择、运行状态显示、装置(1)相关信息显示。2.根据权利要求1所述的一种三相三桥臂配电网静止同步补偿器装置的控制方法，其特征在于：1)所述预充电路(2)在装置(1)挂网启动过程中可分四个步骤：步骤一：将功率模块(4)的直流侧电容(11)进行预充电；装置(1)采用由不可控整流桥(2-1)、KM1接触器(2-2)、限流电阻(2-3)、KM2接触器(2-4)构成的预充电路(2)，通过软件控制实现对功率模块(4)的直流侧电容(11)充电；步骤二：将预充电路(2)进行旁路；通过电压互感器采集功率模块(4)直流侧电容(11)预充电压的瞬时值，当瞬时值达到软启动门阀电压Udc_start时，快速断开预充电路(2)；步骤三：将功率模块(4)的交流侧与配电网(9)接通，装置(1)处于空载运行状态；待预充电路(2)完全断开瞬间，通过软件控制快速将功率模块(4)交流侧的KM3接触器(7)合闸，实现与配电网(9)接通，此时装置(1)处于软启动门阀电压Udc_start和无功电流指令为零的状态下运行；待稳定后功率模块(4)的直流侧电压按反比例函数正向特性进行升压；步骤四：装置(1)进行带载运行，实现负载电流的无功补偿；当完成步骤三后，执行无功电流实时检测，计算出负载电流中的无功电流，并利用滤波手段得到无功电流指令装置处于自动运行模式；2)所述装置(1)对无功电流实时检测，自动补偿，其过程可分三个阶段：第一阶段：计算出负载电流中的无功电流；通过电流互感器采集负载电流ila,lb，利用坐标等量变换计算出无功电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨达亮，徐胜光，吴宁，卢子广，吴玮钦，王慧，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45