一种拓扑电能质量治理系统及其控制方法技术方案

一种拓扑电能质量治理系统，该系统中的并网接口一端并接到单相电网中，另一端与控制系统相连，实现和电网系统实时能量交互的功能，同时为控制系统提供能量传递通道电压采集通道；EMC滤波器串接在高频滤波电抗器和并网接口之间，确保设备内部和配电网系统间电磁兼容性能；高频滤波电抗器串接在主变流回路和EMC滤波器之间，实现滤除因主变流回路内高频开关管高频变换时产生的高次谐波；电流互感器一端直接卡接单相电网的火线上，另一端接入到控制系统中，实现对配电网负荷电流的实时监测功能；IGBT驱动及保护系统一端与控制系统相连，另一端与主变流回路相连。本发明专利技术可根据用户端电能状态自动跟踪补偿，具有动态响应速度快、安装方便、快捷等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种拓扑电能质量治理系统及其控制方法
本专利技术属于电力系统中，配电网侧电能质量治理领域，具体讲涉及一种拓扑电能质量治理系统及其控制方法。
技术介绍
随着社会经济不断发展和人民生活水平不断提高，人们对电能质量的要求越来越高，目前有关电力系统低压配电网中，对用户端电压低关注较高，治理的措施、相关产品、装置也较多，整体解决技术成熟；但对于用户端电压高的问题，关注较少，目前基本没有对应的成熟方案和措施来解决配电网领域中电能质量不达标的问题。根据国网对各级配电单位关于电能质量的最新要求，对于终端用户，无论电压是过低、还是过高都不符合要求。因为用户端电能质量不达标带来的危害更大，一些地区甚至出现因电能质量不达标导致家用电器烧毁的现象，社会影响极为恶劣。因此为积极贯彻国家农电政策，大力实施“新农村、新电力、新服务”发展战略，解决配电网中电能质量不高的问题尤为迫切。
技术实现思路
根据现有技术的不足，本专利技术提出一种拓扑电能质量治理系统及其控制方法，该系统具有集成度高、能耗低、针对性强、灵活治理的特点；可根据用户端电能状态自动跟踪补偿，具有动态响应速度快、安装方便、快捷等特点，可实现用户端电能质量不达标的有效治理。同时通过并接与配电网用户侧，实时跟踪、检测补偿用户侧无功、谐波，实现治理线路上电能质量差的问题。本专利技术按以下技术方案实现：一种拓扑电能质量治理系统，包括单相电网，还包括并网接口、EMC滤波器、高频滤波电抗器、主变流回路、控制系统、电流互感器和IGBT驱动及保护系统；所述并网接口一端并接到单相电网中，另一端与控制系统相连，实现和电网系统实时能量交互的功能，同时为控制系统提供能量传递通道电压采集通道；所述EMC滤波器串接在高频滤波电抗器和并网接口之间，确保设备内部和配电网系统间电磁兼容性能；所述高频滤波电抗器串接在主变流回路和EMC滤波器之间，实现滤除因主变流回路内高频开关管高频变换时产生的高次谐波；所述电流互感器一端直接卡接单相电网的火线上，另一端接入到控制系统中，实现对配电网负荷电流的实时监测功能；所述IGBT驱动及保护系统一端与控制系统相连，另一端与主变流回路相连。优选的是，所述单相电网为配电网220V系统。优选的是，所述并网接口包括依次相连的单相电网电压接入端子、断路器、单相电网电压检测端；所述单相电网电压接入端子为3针端子排，分别接入单相电网的一个火线、一个零线和一根地线；所述单相电网电压检测端包括霍尔型电压传感器，该霍尔型电压传感器为PCB焊接式，工作电源为控制系统提供，其端电压取自断路器内侧，实现对配电网电压的实时监测。优选的是，所述EMC滤波器由共模电感和安规电容X电容，Y电容组成。优选的是，所述高频滤波电抗器由滤波电感和高磁导率磁芯组成。优选的是，所述主变流回路由多个IGBT模块、直流支撑电容C和直流电压、电流检测系统组成；所述多个IGBT模块包括由IGBT模块T1、IGBT模块T2、IGBT模块T3、IGBT模块T4组成的H桥变流回路和由IGBT模块T5、IGBT模块T6组成可交流旁路的桥臂；所述H桥变流回路是由IGBT模块T1、IGBT模块T2串联成一支路与IGBT模块T3、IGBT模块T4串联成一支路后并联组成的两个桥臂，其中，IGBT模块T1、IGBT模块T2和IGBT模块T3、IGBT模块T4串联连接处为电力电子变换输出端，分别对应配电网系统的火线和零线；IGBT模块T5、IGBT模块T6串接后跨接在由IGBT模块T1、IGBT模块T2、IGBT模块T3、IGBT模块T4组成的桥臂间，通过控制IGBT模块T5、IGBT模块T6的开通和关断实现H桥高频变换时能量续流通道，实现对交流输出的旁路功能；所述直流支撑电容C和H桥变流回路并联连接，为主变流回路拓扑提供变换时电压支撑功能。优选的是，所述IGBT模块由高频绝缘栅双极型晶体管IGBT和高速续流二极管组成，其高频绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关频率为15KHz以上；所述直流支撑电容C由多组电解电容或金属膜薄膜电容串并联组成，耐压等级高达900V。优选的是，所述控制系统由数字控制器DSP单元、模数采集单元AD、工作电源单元、输出控制接口组成；所述数字控制器DSP单元是基于TI公司的C2000DSP及其外围电路组成。优选的是，所述IGBT驱动及保护系统包括IGBT驱动电源、IGBT驱动隔离光耦、IGBT短路保护电路、IGBT过压保护电路、IGBT过温保护电路；所述IGBT驱动电源总共有四组驱动电源，分别是由驱动IGBT模块T1的电源Ⅰ、驱动IGBT模块T3的电源Ⅱ、驱动IGBT模块T5和IGBT模块T6的电源Ⅲ，驱动IGBT模块T2和IGBT模块T4的电源Ⅳ组成；所述驱动电源为+15V和-10V双电源，电源Ⅰ、电源Ⅱ、电源Ⅲ、电源Ⅳ相互隔离。一种拓扑电能质量治理系统的控制方法，该方法为：配电网负荷电压和配电网负荷电流分别通过并网接口与电流互感器进入到系统中，控制系统实时监测配电网负荷电流和负荷电压状态，通过其内部高速计算器进行快速傅里叶变换计算，计算出配电网系统中所需补偿无功量，通过控制主变流回路中H桥变流回路的开通顺序和开通持续时间，快速补偿配电网基波无功，实现对配电网实时无功补偿的功能，达到动态直流配电网电能质量的目的；在H桥变流回路上连接有由IGBT模块T5、IGBT模块T6组成可交流旁路的桥臂，通过控制系统控制IGBT模块T5、IGBT模块T6的有序通断续流，使得H桥变流回路上流过电流的调制开关的正向电压由Vdc降低为1/2Vdc，减小了开关管的损耗，这一拓扑结构采用双极性PWM调制的输出调制波形同全桥拓扑采用单极性PWM调制的输出波形一致，可有效抑制电流纹波，减小高频滤波电抗器上的损耗，提升整个系统的转换效率。与现有技术相比，本专利技术创造性的提出在配电网线路上串联双绕组电抗器，即交流绕组和直流控制绕组。通过改变直流控制绕组的励磁电流，调节电感器内部的磁场强度，改变电抗器磁芯的饱和程度，从而改变交流绕组的动态感值，最终实现调节线路上过电压问题。该装置可配合静止无功发生器，基本能完全治理终端用户的端电能质量不达标、过低的问题，使得终端用户的端电压全天候符合国家及国网对电能质量的要求。该系统的最大特点，可以最经济化、最便捷、高效的方式解决目前广泛存在的的低压配电网领域中电网电能质量不达标、过低的问题。整个专利技术系统可为配电网领域中用户终端电能治理问题的治理提供一种全新的方法，让配电网负荷侧根据实际运行工况，自动调节控制。真正做到无人值守，精准调节治理的功效。为解决配电网端因用户侧电能质量差、无功消耗大，造成线路损耗大，变压器负荷大，发热严重等问题提供了一种全新的解决模式，为终端用电户带来全新的用电感受。可为企业创造巨大的经济和社会效益。本专利技术具有极强的创新性、具有集成度高、能耗低、针对性强、灵活治理的特点；可根据用户端电能状态自动跟踪补偿，具有动态响应速度快、安装方便、快捷等特点，可实现用户端电能质量不达标的有效治理。同时该专利技术一种拓扑电能质量治理系统及其控制方法其通过并接与配电网用户侧，实时跟踪、检测补偿用户侧无功、谐波，实现治理线路上电能质量差的问题。该专利技术最大的优点是，在装置系统交流侧并联一对串联的开关管，通过这两个管子的续流，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拓扑电能质量治理系统，包括单相电网（7），其特征在于：还包括并网接口（1）、EMC滤波器（2）、高频滤波电抗器（3）、主变流回路（4）、控制系统（5）、电流互感器（6）和IGBT驱动及保护系统（8）；所述并网接口（1）一端并接到单相电网（7）中，另一端与控制系统（5）相连，实现和电网系统实时能量交互的功能，同时为控制系统（5）提供能量传递通道电压采集通道；所述EMC滤波器（2）串接在高频滤波电抗器（3）和并网接口（1）之间，确保设备内部和配电网系统间电磁兼容性能；所述高频滤波电抗器（3）串接在主变流回路（4）和EMC滤波器（2）之间，实现滤除因主变流回路（4）内高频开关管高频变换时产生的高次谐波；所述电流互感器（6）一端直接卡接单相电网（7）的火线上，另一端接入到控制系统（5）中，实现对配电网负荷电流的实时监测功能；所述IGBT驱动及保护系统（8）一端与控制系统（5）相连，另一端与主变流回路（4）相连。

【技术特征摘要】
1.一种拓扑电能质量治理系统，包括单相电网（7），其特征在于：还包括并网接口（1）、EMC滤波器（2）、高频滤波电抗器（3）、主变流回路（4）、控制系统（5）、电流互感器（6）和IGBT驱动及保护系统（8）；所述并网接口（1）一端并接到单相电网（7）中，另一端与控制系统（5）相连，实现和电网系统实时能量交互的功能，同时为控制系统（5）提供能量传递通道电压采集通道；所述EMC滤波器（2）串接在高频滤波电抗器（3）和并网接口（1）之间，确保设备内部和配电网系统间电磁兼容性能；所述高频滤波电抗器（3）串接在主变流回路（4）和EMC滤波器（2）之间，实现滤除因主变流回路（4）内高频开关管高频变换时产生的高次谐波；所述电流互感器（6）一端直接卡接单相电网（7）的火线上，另一端接入到控制系统（5）中，实现对配电网负荷电流的实时监测功能；所述IGBT驱动及保护系统（8）一端与控制系统（5）相连，另一端与主变流回路（4）相连。2.根据权利要求1所述的一种拓扑电能质量治理系统，其特征在于：所述单相电网（7）为配电网220V系统。3.根据权利要求1所述的一种拓扑电能质量治理系统，其特征在于：所述并网接口（1）包括依次相连的单相电网电压接入端子、断路器、单相电网电压检测端；所述单相电网电压接入端子为3针端子排，分别接入单相电网（7）的一个火线、一个零线和一根地线；所述单相电网电压检测端包括霍尔型电压传感器，该霍尔型电压传感器为PCB焊接式，工作电源为控制系统（5）提供，其端电压取自断路器内侧，实现对配电网电压的实时监测。4.根据权利要求1所述的一种拓扑电能质量治理系统，其特征在于：所述EMC滤波器（2）由共模电感和安规电容X电容，Y电容组成。5.根据权利要求1所述的一种拓扑电能质量治理系统，其特征在于：所述高频滤波电抗器（3）由滤波电感和高磁导率磁芯组成。6.根据权利要求1所述的一种拓扑电能质量治理系统，其特征在于：所述主变流回路（4）由多个IGBT模块、直流支撑电容C和直流电压、电流检测系统组成；所述多个IGBT模块包括由IGBT模块T1、IGBT模块T2、IGBT模块T3、IGBT模块T4组成的H桥变流回路和由IGBT模块T5、IGBT模块T6组成可交流旁路的桥臂；所述H桥变流回路是由IGBT模块T1、IGBT模块T2串联成一支路与IGBT模块T3、IGBT模块T4串联成一支路后并联组成的两个桥臂，其中，IGBT模块T1、IGBT模块T2和IGBT模块T3、IGBT模块T4串联连接处为电力电子变换输出端，分别对应配电网系统的火线和零线；IGBT模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海，杨志强，王赛，曹勇，郭文明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司睢宁供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32