一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统技术方案

一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于它包括异步电动机、固定有级电容组、电压电流采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其优越性在于：①硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；②组合使用能够有效地减少谐波的含量；③通过使用ADRC的控制技术，能够适时的跟踪信号，减少了控制参数,避免了传统控制的响应速度慢；④利用STATCOM无功补偿不仅能够吸收无功功率还可以向电网输送无功功率，提高了电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统(一)
：本专利技术属于电力系统中的节能
，尤其是一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，采用双补偿装置及其ADRC(自抗扰控制器——ActiveDisturbanceRejectionController)控制方式，能够有效的起到无功补偿节能的效果。(二)
技术介绍
：随着电力系统规模的不断扩大，异步电动机的使用越来越多，由此引起电网的质量下降，输电线路的损耗增大，无功补偿节能越来越受到关注，无功补偿是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率,以提高系统的功率因数,降低能耗,改善电网电压质量。低压配电网在各级网络和输配电设备中消耗的无功功率所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗,提高输配电效率,应配置无功补偿设备。异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备，异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长其处于低负载运行状态。因此高压大功率交流异步电动机的动态无功功率就地补偿和控制是减少电力系统功率传输损失、增加输电线路有功功率传输能力以及维持供电系统电压稳定的重要措施之一。(三)
技术实现思路
：本专利技术的目的：在于提供一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，它可以克服现有技术的不足，是一种结构简单，可操作性强的系统，且能提高电动机的运行效率。本专利技术的技术方案：一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于它包括异步电动机、固定有级电容组、电压电流采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其中,所述电压电流采集电路的输入端连接外部电网中的电压互感器和电流互感器，采集电网中的电压信号和电流信号，其输出端连接控制电路的输入端；所述控制电路的输出端连接驱动电路的输入端；所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；所述主电路的输出端输出补偿电流信号反馈给电网；所述保护电路输入端连接直流母线电流互感器，其输出端连接控制电路的输入端。所述电压采集电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C202、电容C7、电容C8以及电压比较器LM124、电压比较器LM311组成；其连接为常规连接。所述电压互感器为TA10104－2K卧式穿芯微型精密交流电压互感器。所述电流采集电路由信号放大电路、二次滤波电路和单极性转换电路组成；其连接为常规连接。所述信号放大电路由二极管D1、二极管D2、电阻R3、电容C1、电容C6和比较器TL1084组成，其连接为常规连接；所述二阶滤波电路由电阻R4、电阻R7、电阻R9、电容C3、电容C2和比较器TL1084组成，其连接为常规连接；所述单极性转换电路是由电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C4、电容C5和比较器TL1084组成，其连接为常规连接。所述控制电路由模数转换模块、DSP芯片、数据存储模块组成；所述数模装换模块输入端与电压电流采集电路输出端连接，其输出端与DSP芯片呈双向连接；所述DSP芯片的输入端同时与保护电路的输出端相连接，其输出端与驱动电路输入端连接，同时与数据存储模块呈双向连接。所述模数转换模块采用TI公司的ADC转换芯片ADS8364。所述DSP芯片采用TMS32OF2812PDSP芯片，它具有18K*16bit的片上RAM,128K片内FLASH，128K板上存储器，与上位机通过RS232接口通信。所述驱动电路由驱动芯片、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C31、电容C32、二极管D31、二极管D32、三极管NPN1、三极管NPN1、稳压管Dwl、稳压管DwZ组成；其连接为常规连接。所述驱动芯片采用富士公司生产的混合IC驱动器EXB841。所述主电路由三相逆变桥式电路和电容C构成；所述每个桥臂均有一个IGBT开关管和一个二极管反并联而成，每个桥臂的一端分别连接电网的三相线路，另一端连接电容C；所述每个工IGBT开关管的门极接受驱动电路发出的驱动信号。所述IGBT采用EUPEC公司生产的IGBT模块,型号为BSMSOGB12ODN。所述保护电路由电流传感器、LM311比较器、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电容C41、电容C42组成,其连接为常规连接；检测逆变桥输入直流母线上的电流，输出信号送入控制电路的DSP芯片的INT中断口；所述电流传感器采用日本HINooE公司生产的直测式霍尔效应电流传感器HAPS－200/4。一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制方法，其特征在于它是由以下步骤组成的：(1)将电压采集电路和电流采集电路检测得到的电压信号和电流信号输入控制电路的模数转换模块进行转换；(2)将控制电路中模数转换模块输出的数字信号输入控制电路的DSP芯片；(3)将控制电路中DSP芯片利用得到的数字信号进行无功功率的计算,调节后得到所需补偿量的大小,然后将补偿量转化为调制信号,再计算PWM脉冲发出响应的PWM脉冲,送入驱动电路；(4)驱动电路发出信号控制主电路中6个IGBT开关器件的通断；(5)主电路中的各桥臂根据接收到的信号决定各桥臂的通断以产生期望补偿的无功电流；所述步骤(3)中的无功功率是通过ADRC的算法得到期望的控制结果。本专利技术的工作原理：(1)电流互感器(CT)和电压互感器(PT)分别与电网相连，通过电压采样电路和电流采样电路，采取信号，通过模数转换模块把信号传递给DSP芯片，在DSP芯片上实现ADRC的算法，得到需要调控的电流和电压，通过驱动电路把信号给定到开关器件上，实现对电机所在电网的无功补偿。(2)LADRC通过指令信号与检测反馈信号的差值，控制d、q轴输出电压电流，通过计算环节，得出需要的调制比M和相角δ，形成PWM波形，之后经过比较器与三角波比较后产生触发信号，分别触发导通逆变器中的IGBT开关器件。本专利技术的优越性在于：①硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；②组合使用能够有效地减少谐波的含量；③通过使用ADRC的控制技术，能够适时的跟踪信号，减少了控制参数,避免了传统控制的响应速度慢；④利用STATCOM无功补偿不仅能够吸收无功功率还可以向电网输送无功功率，提高了电能质量。(四)附图说明：图1为本专利技术所涉一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统的整体结构示意图。图2为本专利技术所涉一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统中电压采集电路的结构示意图。图3为本专利技术所涉一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统中电流采集电路的结构示意图(其中，图3-a为信号放大电路的结构示意图；图3-b为二次滤波电路的结构示意图；图3-c为单极性转换电路的结构示意图)。图4为本专利技术所涉一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统中控制电路结构示意图。图5为本专利技术所涉一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统中驱动电路结构示意图。图6为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于它包括异步电动机、固定有级电容组、电压电流采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其中，所述电压电流采集电路的输入端连接外部电网中的电压互感器和电流互感器，采集电网中的电压信号和电流信号，其输出端连接控制电路的输入端；所述控制电路的输出端连接驱动电路的输入端；所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；所述主电路的输出端输出补偿电流信号反馈给电网；所述保护电路输入端连接直流母线电流互感器，其输出端连接控制电路的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于它包括异步电动机、固定有级电容组、电压电流采集电路、控制电路、驱动电路、主电路和保护电路；其中，所述电压电流采集电路的输入端连接外部电网中的电压互感器和电流互感器，采集电网中的电压信号和电流信号，其输出端连接控制电路的输入端；所述控制电路的输出端连接驱动电路的输入端；所述驱动电路的输出端连接主电路的输入端；所述主电路的输出端输出补偿电流信号反馈给电网；所述保护电路输入端连接直流母线电流互感器，其输出端连接控制电路的输入端。2.根据权利要求1所述一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于所述电压互感器为TA10104－2K卧式穿芯微型精密交流电压互感器。3.根据权利要求1所述一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于所述控制电路由模数转换模块、DSP芯片、数据存储模块组成；所述数模装换模块输入端与电压电流采集电路输出端连接，其输出端与DSP芯片呈双向连接；所述DSP芯片的输入端同时与保护电路的输出端相连接，其输出端与驱动电路输入端连接，同时与数据存储模块呈双向连接。4.根据权利要求3所述一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于所述模数转换模块采用TI公司的ADC转换芯片ADS8364；所述DSP芯片采用TMS32OF2812PDSP芯片，它具有18K*16bit的片上RAM,128K片内FLASH，128K板上存储器，与上位机通过RS232接口通信。5.根据权利要求1所述一种基于异步电动机的动态无功补偿节能控制系统，其特征在于所述驱动电路由驱动芯片、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C31、电容C32、二极管D31、二极管D32、三极管NPN1、三极管NPN1、稳压管Dwl、稳压管DwZ组成；其中所述驱动芯片采用富士公...

【专利技术属性】
技术研发人员：马幼捷，黄阿慧，周雪松，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12