一种多功能电能质量控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能电能质量控制器，包括：变压器、无源滤波器、调制信号生成模块、逆变器；变压器一次侧绕组串联在电源和非线性负载之间，无源滤波器与非线性负载并联。调制信号生成模块通过检测变压器一次侧绕组两端谐波电压使电压源型逆变器呈现可控的谐波阻抗，从而使变压器谐波磁通可控，通过设定合理的控制系数后使其呈现很高的谐波阻抗，起到谐波隔离的作用。同时，将变压器一次侧绕组两端的谐波电压信号，和负载两端电压信号与参考电压的偏差信号进行叠加，生成调制信号，并送入逆变器；逆变器根据调制信号产生对应的电压加在变压器二次绕组两端。如此，本发明专利技术能够实现电压补偿和谐波抑制的功能，从而改善电力系统的电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能电能质量控制器
本专利技术属于电能质量控制
，更具体地，涉及一种多功能电能质量控制器。
技术介绍
随着现代工业的发展，电力系统的系统稳定、电能质量等越来越重要。可调电抗器作为电抗器的一个重要分支，用作电压控制和无功补偿的主要元件，可以提高系统稳定性和改善电能质量，应用范围相当广泛。然而，(1)传统可调电抗器结构简单，容易控制，没有谐波产生，使用普通的电抗器调节抽头的方法，可以应用于高压条件下，但是控制的精度不好，所以应用前景不理想。(2)磁控电抗器结构相对复杂，控制简单，精度好，使用调节磁通的方法控制，适用于高压场合，但是产生的谐波较大。(3)晶闸管控制电抗器结构简单，控制容易，精度好，但由于使用移相方法调节，谐波成分大；另外，由于受到电力电子器件的耐压限制，较难用于高压条件下。(4)PWM控制电抗器结构简单，控制精度好，使用PWM斩控方法，低次谐波含量低，控制方法相对复杂，但由于电力电子器件耐压限制了高压场合下的应用。同时，这些可调电抗器均没有将可调电容、可调正电阻、可调负电阻和可调电感统一起来进行研究，且不能实现连续无级可调和补偿电压。
技术实现思路
为了改善现有可调电抗器的不足，本专利技术提供了一种多功能电能质量控制器，通过设置控制参数使阻抗器表现出连续可调的电感、电容、正电阻、负电阻及其混合的特性和变压器一次侧电压连续可调，从而提高电力系统运行稳定性和改善电力系统的电能质量。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多功能电能质量控制器，包括：变压器、无源滤波器、调制信号生成模块、逆变器；所述变压器一次侧绕组串联在电源和非线性负载之间，与所述电源和非线性负载构成回路；二次侧绕组与所述逆变器的输出端并联；所述逆变器的输入端与所述调制信号生成模块的输出端连接；所述调制信号生成模块用于将所述变压器一次侧绕组两端的谐波电压信号，和所述非线性负载两端电压与参考电压的偏差信号进行叠加，生成调制信号，并送入所述逆变器；所述逆变器用于生成与所述调制信号同频率的交流电压信号，并送入所述变压器二次侧绕组，以使所述变压器一次侧绕组端口阻抗实现连续无级可调；所述无源滤波器并联在所述非线性负载两端，对谐波电压呈现高阻抗，对基波电压呈现低阻抗。进一步地，所述调制信号生成模块包括：谐波电压检测单元，用于检测所述变压器一次侧绕组两端的谐波电压信号；电压补偿单元，用于检测所述非线性负载两端电压与参考电压的偏差信号，再乘以电压降控制系数进行比例放大；信号放大单元，用于对所述谐波电压信号进行比例放大；信号叠加单元，用于将放大后的谐波电压信号与放大后的偏差信号进行叠加；调制信号生成单元，用于将叠加后的信号经过正弦脉冲宽度调制，生成所述调制信号以控制所述逆变器的导通与关断。进一步地，所述谐波电压检测单元，具体用于将所述变压器一次侧绕组两端的电压与基波电压相减得到所述谐波电压信号；所述基波电压利用二阶带通滤波器得到。进一步地，所述电压补偿单元，还用于将所述偏差信号的相位与所述电源电压的相位保持一致。进一步地，所述信号放大单元包括：第一信号放大子单元，用于对所述谐波电压信号进行比例放大；第二信号放大子单元，用于对所述谐波电压信号等幅移相90°后进行比例放大。进一步地，所述调制信号表示为：式中，表示放大后的谐波电压信号，表示放大后的偏差信号，k1||表示所述第一信号放大子单元的放大倍数，k1⊥表示所述第二信号放大子单元的放大倍数，k2表示电压降控制系数，表示所述谐波电压信号，表示所述偏差信号。进一步地，所述变压器一次侧绕组端口的等效阻抗分别表示为：所述变压器二次侧绕组端口的等效阻抗分别表示为：式中，U1、U2分别表示变压器一次侧绕组端口AX和二次侧绕组端口ax的电压，I1、I2分别表示变压器一次侧绕组和二次侧绕组流过的电流，Z1为变压器一次侧的漏阻抗，Z′2为变压器二次侧的漏阻抗，X1和X′2为相应的电抗，Zm为变压器的励磁阻抗，kT为变压器一次侧和二次侧绕组匝数变比。进一步地，通过调节放大倍数k1||和k1⊥，使所述变压器一次侧绕组端口阻抗实现连续无级可调；通过调节电压降控制系数k2，补偿线路的电压。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术通过检测变压器一次侧绕组两端谐波电压使电压源型逆变器呈现可控的谐波阻抗，从而使变压器谐波磁通可控，通过设定合理的控制系数后使其呈现很高的谐波阻抗，起到谐波隔离的作用。同时，将变压器一次侧绕组两端的谐波电压信号，和负载两端电压信号与参考电压的偏差信号，进行叠加，生成调制信号，并送入逆变器；从而控制逆变器产生对应的电压加在变压器二次绕组两端。如此，同时实现电压补偿和谐波抑制的功能。(2)本专利技术能够同时将可调电抗器、可调电容、可调电阻和可调负电阻统一在一起进行调节，使本专利技术的可调阻抗器应用更加广泛。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种多功能电能质量控制器电路拓扑示意图；图2为本专利技术实施例提供的等幅移相电路图；图3为本专利技术实施例提供的变压器等效阻抗图。具体实施方式为了使本专利技术的目标、技术方案和优点更加清晰明了，下面结合说明书附图，对本专利技术实施例进一步详细说明。需要说明，此处的实施实例仅解释此专利技术，但并不限于本专利技术。(1)多功能电能质量控制器整体介绍参阅图1，结合图2和图3，本专利技术提供了一种多功能电能质量控制器，包括：变压器1、无源滤波器2、调制信号生成模块3、逆变器4；变压器一次侧绕组串联在电源和非线性负载之间，与电源和非线性负载构成回路；二次侧绕组与逆变器4的输出端并联；逆变器4的输入端与调制信号生成模块3的输出端连接；调制信号生成模块3用于将变压器一次侧绕组两端的谐波电压信号，和非线性负载两端电压与参考电压的偏差信号进行叠加，生成调制信号，并送入逆变器4；所述参考电压一般设定为220V；逆变器4用于生成与调制信号同频率的交流电压信号，并送入变压器二次侧绕组，以使变压器一次侧绕组端口阻抗实现连续无级可调；无源滤波器2并联在非线性负载两端，对谐波电压呈现高阻抗，对基波电压呈现低阻抗。具体的，变压器1，一次绕组会呈现四象限连续无级可调的阻抗和一次侧电压可以呈现连续可调。变压器AX表示一次绕组端口，ax表示二次绕组端口。变压器二次侧绕组ax会因逆变器加在上面的电压，而使变压器一次绕组端口对外会呈现出可调阻抗的特性。变压器一次侧电压会呈现连续变化，通过调节电压的比例系数，实现变压器一次侧电压连续可调，进而实现补偿线路电压的功能。无源滤波器2，由滤波电感L和滤波电容C组成。值得指出的是，可根据实际谐波污染和滤波等情况需求，配置单调谐无源滤波支路。本实施例中只给出了单相电力系统中三次和五次单调谐无源滤波器，三相系统中一般含有6k±1次谐波，可配置七次单调谐无源滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能电能质量控制器，其特征在于，包括：变压器(1)、无源滤波器(2)、调制信号生成模块(3)、逆变器(4)；/n所述变压器(1)一次侧绕组串联在电源和非线性负载之间，与所述电源和非线性负载构成回路；二次侧绕组与所述逆变器(4)的输出端并联；所述逆变器(4)的输入端与所述调制信号生成模块(3)的输出端连接；/n所述调制信号生成模块(3)用于将所述变压器(1)一次侧绕组两端的谐波电压信号，和所述非线性负载两端电压与参考电压的偏差信号进行叠加，生成调制信号，并送入所述逆变器(4)；/n所述逆变器(4)用于生成与所述调制信号同频率的交流电压信号，并送入所述变压器(1)二次侧绕组，以使所述变压器(1)一次侧绕组端口阻抗实现连续无级可调；/n所述无源滤波器(2)并联在所述非线性负载两端，对谐波电压呈现高阻抗，对基波电压呈现低阻抗。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能电能质量控制器，其特征在于，包括：变压器(1)、无源滤波器(2)、调制信号生成模块(3)、逆变器(4)；
所述变压器(1)一次侧绕组串联在电源和非线性负载之间，与所述电源和非线性负载构成回路；二次侧绕组与所述逆变器(4)的输出端并联；所述逆变器(4)的输入端与所述调制信号生成模块(3)的输出端连接；
所述调制信号生成模块(3)用于将所述变压器(1)一次侧绕组两端的谐波电压信号，和所述非线性负载两端电压与参考电压的偏差信号进行叠加，生成调制信号，并送入所述逆变器(4)；
所述逆变器(4)用于生成与所述调制信号同频率的交流电压信号，并送入所述变压器(1)二次侧绕组，以使所述变压器(1)一次侧绕组端口阻抗实现连续无级可调；
所述无源滤波器(2)并联在所述非线性负载两端，对谐波电压呈现高阻抗，对基波电压呈现低阻抗。


2.如权利要求1所述的多功能电能质量控制器，其特征在于，所述调制信号生成模块(3)包括：
谐波电压检测单元，用于检测所述变压器(1)一次侧绕组两端的谐波电压信号；
电压补偿单元，用于检测所述非线性负载两端电压与参考电压的偏差信号，再乘以电压降控制系数进行比例放大；
信号放大单元，用于对所述谐波电压信号进行比例放大；
信号叠加单元，用于将放大后的谐波电压信号与放大后的偏差信号进行叠加；
调制信号生成单元，用于将叠加后的信号经过正弦脉冲宽度调制，生成所述调制信号以控制所述逆变器(4)的导通与关断。


3.如权利要求2所述的多功能电能质量控制器，其特征在于，所述谐波电压检测单元，具体用于将所述变压器(1)一次侧绕组两端的电压与基波电压相减得到所述谐波电压信号；所述基波电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达义，龚杰，潘文豪，王庭康，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42