一种配电网变压器电能质量补偿装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种配电网变压器电能质量补偿装置，本实用新型专利技术通过在配电变压器高压侧或低压侧安装全功率变流器(VSC)和隔离串联变压器，动态调节输出电压及不平衡电压、负载的不平衡电流、谐波电流以及实现无功功率补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网变压器电能质量补偿装置
本技术涉及配电网领域，具体涉及一种配电网变压器电能质量补偿装置。
技术介绍
工业配电网变压器存在多种电能质量问题。用户端采用单相供电，会引起三相变压器的电压和电流不平衡，由于电压和电流的不平衡，会引起变压器损耗增加和寿命减短。工业应用三相电供电场合，如果电压不平衡也会直接影响供电质量，严重的情况下会影响设备的运行。配电网的变压器的用户侧，电机及拖动等设备会产生谐波和无功，谐波导致电压畸变和电流畸变，引起损耗增加以及影响设备运行，无功导致损耗增加，功率因数变低。传统电能质量治理设备一般是单独解决特定电能质量问题，如解决无功补偿问题(SVG)或者单独解决谐波问题(APF)或解决三相电流不平衡问题(SPC)，这些电能质量治理往往需要大量的重复投资，缺少一种综合且经济解决电能质量的设备，随着配电网对电能质量的要求越来越高，综合且经济解决电能质量的设备的作用尤为重要。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供一种配电网变压器电能质量补偿装置，该装置在配电变压器高压侧或低压侧安装，包括全功率变流器(VSC)和隔离串联变压器、控制器，为串并联结构。优选的，所述的全功率变流器包括：设置在隔离串联变压器原边的串联变换器和设置在负载侧的并联变换器，串联变换器和并联变换器通过直流母线连接在一起，全功率变流器采用普通两电平拓扑结构或多电平拓扑结构。优选的，所述的串联和并联变换器都是采用功率双向流动的ACDC三相全桥变换器，包括IGBT、MOSFET等全控器件构成的功率模块、直流电容、输出LCL滤波器。优选的，所述的所述隔离串联变压器的副边串联于配电变压器输出和负载之间，串联变换器接到隔离串联变压器原边，并联变换器与负载侧并联。优选的，所述补偿装置的控制器包括串联变换器控制器和并联变换器控制器，上述两个控制器通过通信方式相互交互控制和状态信息，实现系统控制；所述电网侧串联变换器和负载侧并联变换器都采用矢量控制，串联侧变换器用于动态调节输出电压及不平衡电压、谐波电压补偿，并联侧变换器用于负载的不平衡电流、谐波电流以及实现无功功率补偿，这些控制策略都是通过各自的控制器模块来实现的，控制模块包括，用于检测电网侧电压相位的PLL锁相环、PI控制器、坐标变换模块、比较器。优选的，所述的串联变换器控制器包括电网三相电压采样、负载侧三相电压采样、串联变换器三相电流采样、直流电压采样、输出PWM控制、状态监控、CPU单元。优选的，所述的并联变换器控制器包括负载侧三相电压采样、负载侧三相电流采样、并联变换器三相电流采样、直流电压采样、输出PWM控制、状态监控、CPU单元。本技术具有如下优点：本技术提供了一种解决配电网变压器电能质量综合治理方案，通过电网变压器串联变换器解决电压不平衡和无功补偿问题，通过负载并联变换器解决电流不平衡和谐波问题，可以对配网电压电流不平衡、谐波治理、无功补偿的综合补偿，降低电能质量治理投入成本。附图说明图1示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的具体结构图。图2示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的两电平全功率变流器VSC拓扑图。图3示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的多电平全功率变流器VSC拓扑图。图4示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的串联侧控制器结构图。图5示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的并联侧控制器结构图。具体实施方式图1示出了一种配电网变压器综合补偿装置的具体结构图，该装置包括隔离串联变压器以及全功率变流器(VSC)。串联侧结构为隔离串联变压器副边串联在电网与负载之间，隔离串联变压器原边连接全功率变流器(VSC)串联变换器。并联侧结构为全功率变流器(VSC)并联变换器并联在负载侧。配电网变压器侧串联变换器用于解决电压不平衡和电压波动问题，负载侧并联变换器用于解决电流不平衡、无功补偿和谐波治理问题。图2示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的两电平全功率变流器VSC拓扑图；连接负载侧的变换器称为并联变换器，主要用来控制VSC直流电压的稳定，电流三相不平衡以及谐波电流补偿。连接隔离串联变压器原边的变换器称为串联变换器，主要用于来控制负载的供电电压，电压三相不平衡和无功补偿。由于采用了AC/DC/AC变换，使得电网侧和负载侧完全隔离，通过电压闭环控制就可以控制负载电压在任意的设定点上。相比多电平变流器VSC拓扑结构优点在于结构简单，成本较低。图3示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的多电平全功率变流器VSC拓扑图；其功能与两电平全功率变流器VSC拓扑相同。优点在于可以提高变流器VSC的开关频率，可以缩小设备体积和提供更好的谐波补偿效果。图4示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的串联侧控制器结构图，包括电网三相电压采样、负载侧三相电压采样、串联变换器三相电流采样、直流电压采样、输出PWM控制、状态监控、CPU单元等。电网三相电压采样用于PLL锁相环跟踪电网实时锁相角，电网三相电压、负载侧三相电压采样用于补偿电压的实时计算；串联变换器三相电流采样，用于形成控制内环，提高补偿电压响应速度；直流电压采样用于PWM调制计算；运算形成用于驱动电力电子功率器件的PWM调制波形；状态监控用于实时监控设备的数字量输出DO和数字量输入DI，实现设备的自动状态监控运行；上述所有的计算控制都通过CPU单元进行运算及控制，CPU可采用可高速运算的DSP、ARM或其他类型MCU。图5示出了本技术的一种配电网变压器综合补偿装置的并联侧控制器结构图，包括负载侧三相电压采样、负载侧三相电流采样、并联变换器三相电流采样、直流电压采样、输出PWM控制、状态监控、CPU单元等。负载三相电压采样用于PLL锁相环跟踪电网实时锁相角；直流电压采样、负载侧三相电压采样、并联变换器三相电流采样由于并联侧变换器并网且稳定直流控制，直流控制作为外环控制保证直流控制精度，电流作为内环控制提高直流响应速度；负载侧三相电流采样用于谐波电流和无功电流补偿给定量的计算；运算形成用于驱动电力电子功率器件的PWM调制波形；状态监控用于实时监控设备的数字量输出DO和数字量输入DI，实现设备的自动状态监控运行；上述所有的计算控制都通过CPU单元进行运算及控制，CPU可采用可高速运算的DSP、ARM或其他类型MCU。以上内容是结合具体的优选实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明，尤其是将装置串联在配电变压器高压侧的方式与技术本质上是一致的。对于本技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电网变压器电能质量补偿装置，该装置在配电变压器高压侧或低压侧安装，包括全功率变流器(VSC)和隔离串联变压器、控制器，为串并联结构；其特征在于，所述补偿装置的控制器包括串联变换器控制器和并联变换器控制器，上述两个控制器通过通信方式相互交互控制和状态信息，实现系统控制；所述的全功率变流器包括：设置在隔离串联变压器原边的串联变换器和设置在负载侧的并联变换器，串联变换器和并联变换器通过直流母线连接在一起；所述串联变换器和并联变换器都采用矢量控制，串联侧变换器用于动态调节输出电压及不平衡电压、谐波电压补偿，并联侧变换器用于负载的不平衡电流、谐波电流以及实现无功功率补偿，这些控制策略都是通过各自的控制器模块来实现的，控制模块包括：用于检测电网侧电压相位的PLL锁相环、PI控制器、坐标变换模块、比较器。

【技术特征摘要】
1.一种配电网变压器电能质量补偿装置，该装置在配电变压器高压侧或低压侧安装，包括全功率变流器(VSC)和隔离串联变压器、控制器，为串并联结构；其特征在于，所述补偿装置的控制器包括串联变换器控制器和并联变换器控制器，上述两个控制器通过通信方式相互交互控制和状态信息，实现系统控制；所述的全功率变流器包括：设置在隔离串联变压器原边的串联变换器和设置在负载侧的并联变换器，串联变换器和并联变换器通过直流母线连接在一起；所述串联变换器和并联变换器都采用矢量控制，串联侧变换器用于动态调节输出电压及不平衡电压、谐波电压补偿，并联侧变换器用于负载的不平衡电流、谐波电流以及实现无功功率补偿，这些控制策略都是通过各自的控制器模块来实现的，控制模块包括：用于检测电网侧电压相位的PLL锁相环、PI控制器、坐标变换模块、比较器。2.一种如权利要求1所述的补偿装置，其特征在于，全功率变流器采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓辉，
申请(专利权)人：南京赫曦电气有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32