一种电能质量优化装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电能质量优化装置及控制方法，包括：依次连接的电池储能运维单元1、直流电压控制斩波器2、直流钳位单元3、直流平波电容4、三相逆变器5、输出滤波器6和谐波谐振能量吸收单元7，其中，所述输出滤波器6接入电网与非线性负载之间的交流母线上，通过吸收稳定、无谐波的正弦电流、三相功率平衡、没有冲击涌流或大的启动电流、功率因数为1，从而实现改善系统电能质量的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种电能质量优化装置及控制方法
本专利技术涉及电力系统电能质量控制领域，具体涉及一种电能质量优化装置及控制方法。
技术介绍
非线性负载的电流质量问题，即非线性负载的用电质量问题在电力系统中很普遍。如谐波问题，主要由非线性负载引起，同时大量电力电子装置的应用导致了电网谐波水平逐年升高；又如造成电压波动与闪变的扰动源为交直流电弧炉、电弧焊机、工业轧机、绞车、电力牵引机车等用电设备；部分电压暂降由大容量冲击性负荷的启动引起。这些电能质量问题或直接或间接地由负荷运行特性，即负荷电流质量所引发。传统方法在电网与非线性负载之间加入负载特性优化装置，但是现有技术在装置内电容储能耗尽时无法持续对系统提供功率补偿，也没有对优化装置内的电子元件进行限流保护以及抑制优化装置输出产生的谐波谐振现象。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提升装置在短时和长时冲击下均能满足对非线性负载特性的有效补偿，延长系统的使用寿命，并将直流母线电压限制在规定的安全范围内，以及抑制优化装置输出信号与外电路参数匹配引起的谐波谐振现象。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：依次连接的电池储能运维单元1、直流电压控制斩波器2、直流钳位单元3、直流平波电容4、三相逆变器5、输出滤波器6和谐波谐振能量吸收单元7；其中，所述输出滤波器6接入电网与非线性负载之间的交流母线上。优选的，所述电池储能运维单元1包括：IGBT8、泄能电阻9、蓄电池10；所述蓄电池10的正极分别与所述IGBT8的集电极和所述直流电压控制斩波器2中保护二极管12的阳极连接；所述蓄电池10的负极与所述直流电压控制斩波器2中保护二极管13的阳极连接；所述蓄电池10的负极经过所述泄能电阻9与所述IGBT8的发射极连接。优选的，所述直流电压控制斩波器2包括：超级电容11、保护二极管12、保护二极管13、连接电抗器14、IGBT15和IGBT16；所述保护二极管12的阳极与所述保护二极管13的阳极间接有所述超级电容11；所述保护二极管12的阴极分别与所述IGBT15的集电极和所述直流钳位单元中IGBT17的集电极连接；所述IGBT15的发射极与所述IGBT16的集电极连接；所述IGBT16的发射极与所述直流钳位单元3中的钳位电阻18连接；所述保护二极管12的阳极与所述IGBT15的发射极接有所述连接电抗器14。优选的，所述直流钳位单元3包括：IGBT17和泄能电阻18；所述IGBT17的发射极与所述IGBT16的发射极间接有所述泄能电阻18；所述IGBT17的集电极与所述IGBT15的集电极连接；所述IGBT17的集电极和所述三相逆变器5中IGBT23的发射极间接有所述直流平波电容4。优选的，所述三相逆变器5由IGBT20、IGBT21、IGBT22、IGBT23、IGBT24和IGBT25组成；所述三相逆变器5的直流侧两端接入所述直流平波电容19；所述三相逆变器5的交流侧三相输出端分别连接所述输出滤波器6中的电抗器26、电抗器27和电抗器28。优选的，所述输出滤波器6包括：电抗器26、电抗器27、电抗器28、电容29、电容30和电容31；所述电抗器26与所述电容31的连接点接入电网与非线性负载之间的交流母线上；所述电抗器27与所述电容30的连接点接入电网与非线性负载之间的交流母线上；所述电抗器28与所述电容29的连接点接入电网与非线性负载之间的交流母线上。优选的，所述谐波谐振吸收单元7包括：电容32、电容33、电容34、电阻35、电阻36和电阻37；所述电容32的一端与所述输出滤波器6中的电抗器26与电容31的连接点连接，另一端与所述输出滤波器6中的电容29、电容30和电容31的连接点通过电阻35连接；所述电容33的一端与所述输出滤波器6中的电抗器27与电容30的连接点连接，另一端与所述输出滤波器6中的电容29、电容30和电容31的连接点通过电阻36连接；所述电容34的一端与所述输出滤波器6中的电抗器28与电容29的连接点连接，另一端与所述输出滤波器6中的电容29、电容30和电容31的连接点通过电阻37连接。一种电能质量优化装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：将电网与非线性负载之间的三相电压依次经过锁相环和移相器，得到移相器输出的移相角；将电网与非线性负载之间的三相电流和移相器输出的移相角经过abc/dq转换器，得到abc/dq转换器输出的d轴电流分量和q轴电流分量；将d轴电流分量和q轴电流分量经过第一dq/abc转换器，得到第一dq/abc转换器输出的非线性负载的三相基波电流；将d轴电流分量与非线性负载基波有功电流参考值的差值与q轴电流分量经过第二dq/abc转换器，得到第二dq/abc转换器输出的非线性负载的三相电流值；将非线性负载的三相电流值和非线性负载的三相基波电流的差作为含有高次谐波的三相负序电流；将含有高次谐波的三相负序电流和电网与非线性负载之间的三相电流的和作为指令信号电流；将指令信号电流输入滞环比较器，得到滞环比较器输出的PWM控制信号控制电能质量优化装置内的IGBT。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术提供了一种电能质量优化装置，所述装置包括依次连接的电池储能运维单元1、直流电压控制斩波器2、直流钳位单元3、直流平波电容4、三相逆变器5、输出滤波器6和谐波谐振能量吸收单元7；其中，所述输出滤波器6接入电网与非线性负载之间的交流母线上；本专利技术的有益效果在于：本专利技术提升了优化装置在短时和长时冲击下均能满足对负荷特性的有效补偿，控制直流母线电压在规定的安全范围内，阻尼抑制调节装置输出信号与外电路参数匹配引起的谐波谐振现象。附图说明图1是电能质量优化装置接入系统的原理接线图；图2是电能质量优化装置的控制方法的流程图；图3是电能质量优化装置生成电流指令的原理框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。非线性负载的电流质量问题，即非线性负载的用电质量问题在电力系统中很普遍。如谐波问题，主要由非线性负载引起，同时大量电力电子装置的应用导致了电网谐波水平逐年升高；又如造成电压波动与闪变的扰动源为交直流电弧炉、电弧焊机、工业轧机、绞车、电力牵引机车等用电设备；部分电压暂降由大容量冲击性负荷的启动引起。这些电能质量问题或直接或间接地由非线性负载的运行特性，即非线性负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电能质量优化装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的电池储能运维单元(1)、直流电压控制斩波器(2)、直流钳位单元(3)、直流平波电容(4)、三相逆变器(5)、输出滤波器(6)和谐波谐振能量吸收单元(7)；/n其中，所述输出滤波器(6)接入电网与非线性负载之间的交流母线上。/n

【技术特征摘要】
1.一种电能质量优化装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的电池储能运维单元(1)、直流电压控制斩波器(2)、直流钳位单元(3)、直流平波电容(4)、三相逆变器(5)、输出滤波器(6)和谐波谐振能量吸收单元(7)；
其中，所述输出滤波器(6)接入电网与非线性负载之间的交流母线上。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池储能运维单元(1)包括：IGBT(8)、泄能电阻(9)、蓄电池(10)；
所述蓄电池(10)的正极分别与所述IGBT(8)的集电极和所述直流电压控制斩波器(2)中保护二极管(12)的阳极连接；
所述蓄电池(10)的负极与所述直流电压控制斩波器(2)中保护二极管(13)的阳极连接；所述蓄电池(10)的负极经过所述泄能电阻(9)与所述IGBT(8)的发射极连接。


3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流电压控制斩波器(2)包括：超级电容(11)、保护二极管(12)、保护二极管(13)、连接电抗器(14)、IGBT(15)和IGBT(16)；
所述保护二极管(12)的阳极与所述保护二极管(13)的阳极间接有所述超级电容(11)；
所述保护二极管(12)的阴极分别与所述IGBT(15)的集电极和所述直流钳位单元中IGBT(17)的集电极连接；
所述IGBT(15)的发射极与所述IGBT(16)的集电极连接；
所述IGBT(16)的发射极与所述直流钳位单元(3)中的钳位电阻(18)连接；
所述保护二极管(12)的阳极与所述IGBT(15)的发射极接有所述连接电抗器(14)。


4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直流钳位单元(3)包括：IGBT(17)和泄能电阻(18)；
所述IGBT(17)的发射极与所述IGBT(16)的发射极间接有所述泄能电阻(18)；
所述IGBT(17)的集电极与所述IGBT(15)的集电极连接；
所述IGBT(17)的集电极和所述三相逆变器(5)中IGBT(23)的发射极间接有所述直流平波电容(4)。


5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三相逆变器(5)由IGBT(20)、IGBT(21)、IGBT(22)、IGBT(23)、IGBT(24)和IGBT(25)组成；
所述三相逆变器(5)的直流侧两端接入所述直流平波电容(19)；
所述三相逆变器(5)的交流侧三相输出端分别连接所述输出滤波器(6)中的电抗器(26)...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹惠瑜，刘科研，盛万兴，孟晓丽，贾东梨，何开元，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11