CN203387194U - 一种三相负载不平衡补偿器 - Google Patents

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郑建平
陈喆
张臻元
季旻
赵艳敏
李亮
沈祎
钟筱怡
杨蕙
郑刚
金铭
顾志浩
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Shanghai Municipal Electric Power Co
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Abstract

本实用新型公开了一种三相负载不平衡补偿器，包括依次相连的电流采样装置、DSP控制器、PI控制器、光电耦合器和整流逆变电路，所述电流采样装置包括分别设置在A相、B相、C相及中性线N上的四个电流互感器，所述各电流互感器均与DSP控制器相连，所述整流逆变电路包括三相四桥臂逆变电路、四个电感和一个电容。本实用新型的三相负载不平衡补偿器将三相四桥臂逆变电路应用于三相负载不平衡补偿器中，反应速度快，精度高，可以得到稳定快速的三相平衡控制效果，实现***无功功率和负序分量的综合补偿。

Description

一种三相负载不平衡补偿器
技术领域
本实用新型涉及一种三相负载不平衡补偿器，属于电力低压配网技术领域。 
背景技术
随着社会经济发展，各种电器的使用，居民用电负荷大增，而民用电使用的均为单相***，所以配电***三相负载不平衡现象就很突出也很严重，而这不仅增加线路损耗和配变损耗，还会造成线路三相电压的不平衡，对电能质量和供电质量有着严重的影响，同时也会加快配变的老化，减少配变的出力情况。现有负载均衡装置都是基于传统的复合开关投切电感电容的方式，使用效果不好，并且很不灵活，根本不能达到所希望的控制效果。 
目前国内外应用较多的三相负载不平衡补偿器为SVC（Static Var Compensator,静止无功补偿器）进行分相电纳补偿或人工进行三相负载调节的办法改善低压电网三相负载不平衡的问题，但这些办法都有反应速度慢，精度不高的局限性，没有从根本上解决三相负载不平衡的问题。 
随着电力电子技术的进一步发展，特别是利用变流器进行电流补偿的理论得到应用后，逐步出现了应用变流技术进行动态补偿的静止逆变器。它是通过将自换相桥式电路直接并联到电网上或者通过电抗器并联到电网上。与传统的以TCR（Thyristor Controlled Reactor，晶闸管控制电抗器）为代表的SVC相比，静止逆变器的调节速度更快，运行范围更宽，而且采用多重化、多电平和PWM技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量，更重要的是静止逆变器使用的电抗器和电容元件比SVC中使用的电抗器和电容原件要小，这样大大缩小装置的体积和成本。静止逆变器具有如此优越的性能，显示了动态补偿装置的发展方向。 
目前国内外研究机构对静止逆变器的研究应用多集中于静止无功发生器、有源滤波器等装置，专门针对静止逆变器用于国内低压配电网中三相负载不平衡补偿器研究很少。 
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供种一种三相负载不平衡补偿器，将三相四桥臂逆变电路应用于三相负载不平衡补偿器中，反应速度快，精度高，可以得到稳定快速的三相平衡控制效果，实现***无功功率和负序分量的综合补偿。 
实现上述目的的技术方案是： 
一种三相负载不平衡补偿器，包括依次相连的电流采样装置、DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理）控制器、PI（Proportional Integral Controller，比例-积分调节）控制器、光电耦合器和整流逆变电路，所述电流采样装置包括分别设置在A相、B相、C相及中性线N上的四个电流互感器，所述各电流互感器均与DSP控制器相连；所述整流逆变电路包括三相四桥臂逆变电路、四个电感和一个电容，所述三相四桥臂逆变电路由相互并联的四个桥臂组成，每个桥臂由两个开关管同向串联组成，串联中间连接点为各桥输出端，四个桥臂并联的两个相接端分别接所述三相四桥臂逆变电路的输入端；所述四个电感的输入端分别与所述三相四桥臂逆变电路的各桥输出端相连，所述四个电感的输出端与负载相连；所述电容与所述三相四桥臂逆变电路的各桥臂并联，且与三相四桥臂逆变电路的输入端相连，其中： 
所述电流采样装置采集负载电路的电流信号，并把采集的电流信号馈给所述DSP控制器； 
所述DSP控制器对电流采样装置采集的电流信号进行分析计算，得到需要补偿的电流信号，并把需要补偿的电流信号输送至PI控制器； 
所述PI控制器根据接收的需要补偿的电流信号产生PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号发送给所述光电耦合器； 
所述光电耦合器接收PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）脉冲信号，并把PWM脉冲信号输送给所述整流逆变电路； 
所述整流逆变电路根据PWM脉冲信号，驱动所述三相四桥臂逆变电路的八个开关管，输出各相需补偿的电流量。 
上述的三相负载不平衡补偿器中，所述开关管为带反并联二极管的IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）。 
本实用新型的有益效果是：可以实时测量***负荷电流，控制***各相补偿电流的输出，将三相四桥臂逆变电路应用于三相负载不平衡补偿器中，通过三相之间的有功交换达到能量平衡，使交流电力***各相电流均衡，中性线基本没有电流，同时将***的无功电流作为补偿电流之一，实现无功补偿的功能，最终实现***无功功率和负序分量的综合补偿。本实用新型的三相负载不平衡补偿器反应速度快，精度高，可以得到稳定快速的三相平衡控制效果，同时还可以相应的提高***功率因素。 
附图说明
图1是本实用新型的结构框图； 
图2是本实用新型的局部电气原理图。 
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明： 
请参阅图1，本实用新型的三相负载不平衡补偿器，包括依次相连的电流采样装置、DSP控制器1、PI控制器2、光电耦合器3和整流逆变电路4，电流采样装置包括分别设置在A相、B相、C相及中性线N上的四个电流互感器CT1、CT2、CT3、CT4，电流互感器CT1、CT2、CT3和CT4均与DSP控制器1相连。电流采样装置采集负载电路的电流信号，并把采集的电流信号馈给DSP控制器1；DSP控制器1对电流采样装置采集的电流信号进行分析计算，得到需要补偿的电流信号，并把需要补偿的电流信号输送至PI控制器2；PI控制器2根据接收的需要补偿的电流信号产生PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号发送给光电耦合器3；光电耦合器3接收PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号输送给整流逆变电路4；整流逆变电路4根据PWM脉冲信号输出各相需补偿的电流量。三相负载不平衡补偿器输出的是三相交流电能，一般接入交流电网，也可以是其他设备，四个输出端A、B、C为三相交流电，N为中性线。 
再请参阅图2，整流逆变电路4包括三相四桥臂逆变电路、电感L1、电感 L2、电感L3、电感L4和一个电容C1，三相四桥臂逆变电路由相互并联的四个桥臂组成，共包括八个开关管T1～T8，每个桥臂由两个开关管同向串联组成，串联中间连接点a、b、c、n为各桥输出端，T1、T3、T5、T7相连接的公共端和T2、T4、T6、T8相连接的公共端分别接三相四桥臂逆变电路的输入端，三相四桥臂逆变电路的输入端与光电耦合器3相连。四个电感L1、L2、L3、L4的输入端分别与三相四桥臂逆变电路的各桥输出端a、b、c、n相连，四个电感L1、L2、L3、L4的输出端接入交流电网，与负载相连。电容C1与三相四桥臂逆变电路的各桥臂并联，且与三相四桥臂逆变电路的输入端相连。优选地，开关管为带反并联二极管的IGBT。三相负载不平衡补偿器经IGBT开关管的通断控制后，输出的是电压量，需经过电感后变为电流量，对电力***进行补偿，使母线A相、B相、C相及中性线N上电流正弦对称，达到补偿的目的，同时，利用电感的储能作用来维持三相负载不平衡补偿器直流侧电压的恒定，以达到消除纹波电流的作用。 
本实施例中，DSP控制器的控制芯片采用TI公司的TMS320F2812。光电耦合器的型号为TLP350F。IGBT采用Semikron公司1200V/200A系列的软穿透式Simx系列，该系列IGBT具有以下特点：较高的开关频率，一般可稳定运行在10kHz，有助于提高整个装置的动态响应速度；结构简单，便于安装合调试；开关损耗和导通损耗都较小，有助于提高***的能量转换效率；适合于工业界应用的低廉的装置成本。 
本实用新型的工作原理是：电流互感器CT1、CT2、CT3、CT4分别采集负载电路A相、B相、C相、中性线N上电流isa、isb、isc、isn的电流信号，并把采集的电流信号传给DSP控制器1；DSP控制器1对接收的电流信号进行分析计算，得到需要补偿的电流信号，并把需要补偿的电流信号输送至PI控制器2；PI控制器2根据接收的需要补偿的电流信号产生PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号发送给光电耦合器3；光电耦合器3接收PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号输送给整流逆变电路4；整流逆变电路4根据PWM脉冲信号，驱动三相四桥臂逆变电路的八个IGBT开关管T1～T8的开通与关断，输出A相、B相、C相及中性线N需补偿的电流量ica、icb、icc、icn。三相负载不平衡补偿器并联接入电网后，输送给负载的A相电量ila=isa+ica、B相电量ilb=isb+icb、C相电量ilc=isc+icc、中性线N电量iln=isn+icn，使交流电力***各项电流均衡，中性线基本没有电流。 
综上所述，本实用新型的三相负载不平衡补偿器可以实时测量***负荷电流，控制***各相补偿电流的输出，将三相四桥臂逆变电路应用于三相负载不平衡补偿器中，通过三相之间的有功交换达到能量平衡，使交流电力***各项电流均衡，中性线基本没有电流，同时将***的无功电流作为补偿电流之一，实现无功补偿的功能，最终实现***无功功率和负序分量的综合补偿。本实用新型的三相负载不平衡补偿器结构较为灵活，性能稳定，并联接入电网，安装方便，使用简单，适用于工矿、企业、交通运输部门、居民区等低压配电网，可以得到稳定快速的三相平衡控制效果，同时还可以相应的提高***功率因素。而且，本实用新型的各部件均选用市面常用的产品，易于实现。 
以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。 

Claims (2)

1.一种三相负载不平衡补偿器，包括依次相连的电流采样装置、DSP控制器、PI控制器、光电耦合器和整流逆变电路，所述电流采样装置包括分别设置在A相、B相、C相及中性线N上的四个电流互感器，所述各电流互感器均与DSP控制器相连，其特征在于，所述整流逆变电路包括三相四桥臂逆变电路、四个电感和一个电容，所述三相四桥臂逆变电路由相互并联的四个桥臂组成，每个桥臂由两个开关管同向串联组成，串联中间连接点为各桥输出端，四个桥臂并联的两个相接端分别接所述三相四桥臂逆变电路的输入端；所述四个电感的输入端分别与所述三相四桥臂逆变电路的各桥输出端相连，所述四个电感的输出端与负载相连；所述电容与所述三相四桥臂逆变电路的各桥臂并联，且与三相四桥臂逆变电路的输入端相连，其中： 
所述电流采样装置采集负载电路的电流信号，并把采集的电流信号馈给所述DSP控制器； 
所述DSP控制器对电流采样装置采集的电流信号进行分析计算，得到需要补偿的电流信号，并把需要补偿的电流信号输送至PI控制器； 
所述PI控制器根据接收的需要补偿的电流信号产生PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号发送给所述光电耦合器； 
所述光电耦合器接收PWM脉冲信号，并把PWM脉冲信号输送给所述整流逆变电路； 
所述整流逆变电路根据PWM脉冲信号，驱动所述三相四桥臂逆变电路的八个开关管，输出各相需补偿的电流量。 
2.根据权利要求1所述的三相负载不平衡补偿器，其特征在于，所述开关管为带反并联二极管的IGBT。 
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