一种即插即用的可调阻抗装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种即插即用的可调阻抗装置，包括：互感器、逆变器、调制信号生成模块。互感器的一次侧绕组为穿过其铁芯内部的电源和负载之间的输电线，一次侧绕组的绕制匝数为一匝，互感器铁芯为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状；调制信号生成模块用于生成逆变器的调制信号，调制信号由第一参考信号和第二参考信号叠加生成，第一参考信号通过对基波信号进行第一倍数放大得到，第二参考信号通过对90°相移后的基波信号进行第二倍数放大得到；逆变器用于将直流信号转变成与调制信号同频率的交流电压信号并加载至互感器二次侧绕组两端，以通过第一倍数和第二倍数来调节互感器一次侧基波等效阻抗的幅值和相位。本发明专利技术可以实现阻抗连续无级可调。

An adjustable impedance device for plug and play

The invention discloses a plug and play adjustable impedance device, which comprises a transformer, an inverter and a modulation signal generating module. The primary winding of transformer is the core through the internal power supply and the load between the transmission lines, a side winding turns into a turn, transformer core is a slender slender cylindrical or rectangular shape for bus; modulation signal generation module is used for modulation signal generation inverter, modulation signal the reference signal generated by the first and second reference signals, a first reference signal based on the fundamental signal of the first magnification, second reference signal by second magnification obtained by the fundamental signal phase shift of 90 degrees; inverter for converting DC signals into AC voltage signal and the modulation signal with the same frequency and load to transformer the two primary winding ends, to regulate the transformer primary side fundamental equivalent impedance of the amplitude and phase of the first and second multiples of multiples. The present invention can realize stepless and stepless impedance adjustment.

【技术实现步骤摘要】
一种即插即用的可调阻抗装置
本专利技术属于可调电抗器
，更具体地，涉及一种即插即用的可调阻抗装置。
技术介绍
可调电抗器是一种柔性交流输电系统装置，在改善系统潮流分布、调节电网无功平衡、稳定电压及增加系统运行稳定性等方面已经有广泛的应用。近十年已研制出多种基于不同原理的可调电抗器。商业应用主要有两种类型的可控电抗器：电感器，也称作饱和电抗器；晶闸管控制电抗器。但是现有的饱和电抗器会产生无法忍受的噪声，晶闸管控制电抗器则会产生大量谐波，且他们需要串联在线路中，接入和移出线路均需切断电网的电源，从而无法推广使用。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有的饱和电抗器会产生无法忍受的噪声，晶闸管控制电抗器则会产生大量谐波，且他们需要串联在线路中，接入和移出线路均需切断电网的电源，从而无法推广使用的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种即插即用的可调阻抗装置，适用于包括电源和负载的电路，包括：互感器、逆变器、调制信号生成模块；所述互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的电源和负载之间的输电线，所述一次侧绕组的绕制匝数为一匝，所述互感器铁芯的形状为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状，流过所述互感器一次侧绕组的电流包括基波电流；所述调制信号生成模块用于生成所述逆变器的调制信号，所述调制信号由第一参考信号和第二参考信号叠加生成，第一参考信号通过对基波信号进行第一倍数放大得到，第二参考信号通过对90°相移后的基波信号进行第二倍数放大得到；所述逆变器用于将直流信号转变成与所述调制信号同频率的交流电压信号并加载至所述互感器二次侧绕组两端，以通过所述第一倍数和第二倍数来调节所述互感器一次侧基波等效阻抗的幅值和相位。其中，90°相移后的基波信号可通过相移电路得到。本专利技术可通过将阻抗装置串接在系统电源和负载之间，工作时通过检测系统电流基波分量，通过放大电路和移相电路生成两路相互正交的参考信号，将两路正交信号叠加作为逆变器的参考信号，控制逆变器输出一基波频率的可控电压并加在互感器二次侧绕组两端，由于互感器绕组的双边励磁作用，该互感器串联于系统电源与负载间的一次侧绕组(输电线路)将等效为一个可变阻抗。由于两路参考信号相互正交，所以理论上逆变器的调制信号矢量集为整个相平面。在实际系统中，该可变阻抗能在一定范围内实现四象限连续无级可调，提高无功补偿的灵活性。具体地，互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的系统电源和谐波负载之间的输电线，一次侧绕组的绕制匝数为一匝，可能会导致一次侧等效阻抗太小。本专利技术采用增加电流互感器铁芯的长度，例如采用细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状铁芯以获得一个特制的互感器，使电网侧等效阻抗满足要求，使得本专利技术提供的互感器可以替代需要剪断输电线接入的变压器，简化了设计，使得可调阻抗装置更实用。可选地，所述互感器的铁芯为开口形状，以电流钳样式接入系统电源和谐波负载之间。可选地，所述互感器的铁芯为闭口形状，以插入方式接入系统电源和谐波负载之间。本专利技术提供的有源滤波装置采用闭口式或开口式互感器的接入方式接入系统电源和谐波负载之间，可以即插即用，使用起来简单方便。可选地，所述调制信号生成模块包括：基波电流检测单元、第一参考信号生成单元、第二参考信号生成单元以及叠加单元；所述基波电流检测单元，用于从流过所述互感器一次侧绕组的电流中检测所述基波电流；第一参考信号生成单元，用于对基波信号进行第一倍数放大；第二参考信号生成单元，用于对基波信号90°相移后再进行第二倍数放大；所述叠加单元，用于将第一参考信号和第二参考信号叠加生成调制信号。可选地，调制信号Iref为：Iref＝hk1Imcos(ωt+θ)+hk2Imcos(ωt+θ-π/2)；其中，互感器一次侧基波电流Im为互感器一次侧电流基波分量的幅值，h为确定流过所述互感器一次侧绕组的电流所用的电流互感器的增益，k1为第一倍数，k2为第二倍数，ω为角频率，t为时间，θ为所述互感器一次侧基波电流的初始相位，hk1Imcos(ωt+θ)为第一参考信号，hk2Imcos(ωt+θ-π/2)为第二参考信号。可选地，所述逆变器输出的交流电压信号加载至所述互感器二次侧绕组两端成为所述互感器二次侧绕组两端的电压；互感器二次侧绕组两端的电压U2为：U2＝KPWMiref＝KPWM(hk1Imcos(ωt+θ)+hk2Imcos(ωt+θ-π/2))，KPWM为所述逆变器的增益；互感器二次侧绕组两端的电压等效到互感器一次侧绕组两端的电压U2′为：U2′＝kTU2＝kTKPWM(hk1Imcos(ωt+θ)+hk2Imcos(ωt+θ-π/2))；kT为所述互感器的耦合变比，令kTKPWMhk1＝α，kTKPWMhk2＝β，则U2′对应的基波分量为如下相量形式：其中，α和β为阻抗调节控制参数。可选地，所述互感器一次侧基波等效阻抗通过以下方式确定：互感器的基波电压方程相量为：U1(1)＝Z1I1(1)+Zm(I1(1)+I2′(1))为互感器一次侧绕组两端的基波电压；I2′(1)为互感器二次侧绕组电流等效到互感器一次侧的电流中的基波分量，Z1为互感器的一次侧漏抗，Zm为互感器的励磁阻抗；Z2′为互感器二次侧漏抗等效到一次侧的漏抗；根据互感器的基波电压方程相量求得互感器一次侧基波等效阻抗为：可选地，所述互感器一次侧基波等效阻抗为所述可调阻抗装置的阻抗；根据的表达式可知，根据阻抗调节控制参数α和β的变化而变化，而阻抗调节控制参数α和β分别随第一倍数k1和第二倍数k2的变化而变化，因此，所述调制信号生成模块通过调节k1和k2，来连续无级调节所述可调阻抗装置基波等效阻抗的幅值和相位。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1)即插即用，采用闭口式或开口式互感器的接入方式。2)特制结构，与常规互感器不同的地方是，串联互感器的一次侧绕组(输电线)只有一匝，导致电网侧等效电感太小。本方案采用增加电流互感器的长度获得一个特制的电流互感器，使电网侧等效阻抗满足要求。3)双变量正交控制，检测系统电流基波分量，构建两路相互正交的参考信号，控制维度增加，使得对阻抗调节的自由度更高。4)四象限调节，常规可调电抗器阻抗类型固定(电阻型、电抗型或混合型)，其中电抗型可调电抗器中的感抗型或容抗型难以改变，因此其调节系统无功和稳定电压的能力受限。本专利技术提供的可变阻抗装置可以四象限调节，即在正、负电阻，感、容性电抗之间切换，提高无功补偿的灵活性。5)连续无级可调，通过连续调节放大器增益，即可轻松实现可变阻抗的幅值、相角连续无级调节，控制精准高效、成本更低。6)模块集成，本专利技术初定将逆变器及其直流母线电压的整流器设计在一起，并与特制互感器集成为一个标准化模块。若可变阻抗容量不足，则可采用多模块串联方式。7)无线通讯，当模块用于三相系统时，不同模块间的相位关系通过无线通讯进行传递；当多个模块用于单相系统时，不同模块间补偿量的大小关系通过无线通讯进行传递。8)高低压通用且便于保护，可变阻抗一般用于低压系统，但由于该结构中特制互感器变比较小，因此既可用于低压系统也可用于高压系统。9)响应迅速且无谐波污染，电压源逆变桥由IGBT器件构成，采用SPWM控制策略，系统响应迅速；可变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种即插即用的可调阻抗装置，其特征在于，适用于包括电源和负载的电路，包括：互感器、逆变器、调制信号生成模块；所述互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的电源和负载之间的输电线，所述一次侧绕组的绕制匝数为一匝，所述互感器铁芯的形状为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状，流过所述互感器一次侧绕组的电流包括基波电流；所述调制信号生成模块用于生成所述逆变器的调制信号，所述调制信号由第一参考信号和第二参考信号叠加生成，第一参考信号通过对基波信号进行第一倍数放大得到，第二参考信号通过对90°相移后的基波信号进行第二倍数放大得到；所述逆变器用于将直流信号转变成与所述调制信号同频率的交流电压信号并加载至所述互感器二次侧绕组两端，以通过所述第一倍数和第二倍数来调节所述互感器一次侧基波等效阻抗的幅值和相位。

【技术特征摘要】
1.一种即插即用的可调阻抗装置，其特征在于，适用于包括电源和负载的电路，包括：互感器、逆变器、调制信号生成模块；所述互感器的一次侧的绕组为穿过其铁芯内部的电源和负载之间的输电线，所述一次侧绕组的绕制匝数为一匝，所述互感器铁芯的形状为细长圆柱状或适用于母排的细长长方体状，流过所述互感器一次侧绕组的电流包括基波电流；所述调制信号生成模块用于生成所述逆变器的调制信号，所述调制信号由第一参考信号和第二参考信号叠加生成，第一参考信号通过对基波信号进行第一倍数放大得到，第二参考信号通过对90°相移后的基波信号进行第二倍数放大得到；所述逆变器用于将直流信号转变成与所述调制信号同频率的交流电压信号并加载至所述互感器二次侧绕组两端，以通过所述第一倍数和第二倍数来调节所述互感器一次侧基波等效阻抗的幅值和相位。2.如权利要求1所述的可调阻抗装置，其特征在于，所述互感器的铁芯为开口形状，以电流钳样式接入系统电源和谐波负载之间。3.如权利要求1所述的可调阻抗装置，其特征在于，所述互感器的铁芯为闭口形状，以插入方式接入系统电源和谐波负载之间。4.如权利要求1至3任一项所述的可调阻抗装置，其特征在于，所述调制信号生成模块包括：基波电流检测单元、第一参考信号生成单元、第二参考信号生成单元以及叠加单元；所述基波电流检测单元，用于从流过所述互感器一次侧绕组的电流中检测所述基波电流；第一参考信号生成单元，用于对基波信号进行第一倍数放大；第二参考信号生成单元，用于对基波信号90°相移后再进行第二倍数放大；所述叠加单元，用于将第一参考信号和第二参考信号叠加生成调制信号。5.如权利要求4所述的可调阻抗装置，其特征在于，调制信号Iref为：Iref＝hk1Imcos(ωt+θ)+hk2Imcos(ωt+θ-π/2)；其中，互感器一次侧基波电流Im为互感器一次侧电流基波分量的幅值，h为确定流过所述互感器一次侧绕组的电流所用的电流互感器的增益，k1为第一倍数，k2为第二倍数，ω为角频率，t为时间，θ为所述互感器一次侧基波电流的初始相位，hk1Imcos(ωt+θ)为第一参考信号，hk2Imcos(ωt+θ-π/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达义，胡晶，余天保，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