CN207398834U - 一种基于电力电子技术的串联电压补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于电力电子技术的串联电压补偿装置，采用不可控整流模块将电网的交流电整成直流电，储能模块存储不可控整流模块输出的直流电并为变流器模块供电，信号采样模块采集电压信号和电流信号并将信号传输给数字信号处理模块，数字信号处理模块计算分析数字信号得到实时电压补偿数据并输出控制指令，变流器模块接收控制指令后将储能模块输出的直流电逆变为交流电，该交流电的电压经LC滤波模块处理后，由串联耦合变压器模块耦合到电网。上述电压补偿装置采用数字信号处理器模块进行计算分析，响应速度快，能够实时动态的补偿低电压，且能抑制过电压、电压暂降和电压暂升。

Description

一种基于电力电子技术的串联电压补偿装置

技术领域

本实用新型涉及串联电压补偿技术领域，尤其是基于电力电子技术的串联电压补偿装置。

背景技术

电力电子设备在生活中被广泛应用，如：电焊机、电弧炉、工业中的交直流开关变换装置，随着其发展，这些电力电子设备对外接电源电能的质量要求越来越高，电能质量问题变得越来越重要。且由于用户对电能质量的关注度和要求越来越高，很多以前不被视为电力故障的事件现在都成为了电能质量问题。

串联电压补偿装置串联于负载和电网之间，当***发生电压跌落时，装置输出补偿电压，确保负载侧电压稳定，使负载不受***电压跌落影响。串联电压补偿装置的逆变器控制方法及控制***的优劣，则直接关系到其功能实现的好坏与装置的安全稳定。现有的串联电压补偿装置由于采样、计算分析延时的影响，控制信号输出滞后，导致***的稳定性差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用性新提出一种能够实时动态的补偿低电压，且能抑制过电压、电压暂降和电压暂升的电压补偿装置。

本实用新型通过以下技术方案实现的：一种基于电力电子技术的串联电压补偿装置，包括：

不可控整流模块，连接电网，将交流电整成直流电；

储能模块，接收并存储所述不可控整流模块输出的直流电；

变流器模块，接收所述储能模块输出的直流电，并将所述储能模块输出的直流电逆变为交流电；

信号采样模块，采集电网中的电压信号、所述储能模块输出的直流电压信号和所述变流器模块输出的电流信号并将采集信号中的模拟信号转变为数字信号；

LC滤波模块，对所述变流器模块输出的交流电中的电压进行滤波处理；

数字信号处理模块，接收所述信号采样模块输出的数字信号，通过计算分析得到实时补偿数据，并输出控制指令给所述变流器模块和所述LC滤波模块；

串联耦合变压器模块，将滤波后的交流电压耦合到电网。

进一步的，所述基于电力电子技术的串联电压补偿装置还包括旁路保护模块，所述旁路保护模块包括断路器和双向晶闸管，所述旁路保护模块与所述串联耦合变压器模块连接，所述旁路保护模块用于装置保护和旁路切换。

进一步的，所述不可控整流模块包括二极管，所述二极管构成整流桥，所述整流桥将电网的交流电整成直流电并对所述储能模块进行充电。

进一步的，所述储能模块包括超级电容和限流电阻，所述超级电容存储所述不可控整流模块输出的直流电并为所述变流器模块供电，所述限流电阻与所述超级电容串联用以限制支路中的电流。

进一步的，所述变流器模块包括逆变桥和IGBT驱动模块，所述逆变桥将所述储能模块输出的直流电压逆变为交流电压，所述IGBT驱动模块接收所述数字信号处理模块输出的控制指令并通断所述变流器模块的电路。

进一步的，所述信号采样模块包括电流传感器、电压传感器、滤波放大电路以及A/D转换芯片，所述电流传感器采集所述变流器模块输出的电流信号，所述电压传感器采集电网中的电压信号和所述储能模块输出的直流电压信号，采集到的电流信号和电压信号经过所述滤波放大电路后输出给所述A/D转换芯片，所述A/D转换芯片将采集信号中的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给所述数字信号处理模块。

进一步的，所述LC滤波模块包括滤波单元，所述滤波单元包括滤波电容和滤波电感。

进一步的，所述数字信号处理模块包括相互连接的DSP模块和FPGA模块；

所述DSP模块连接所述信号采样模块并对所述信号采样模块采集的数据进行计算分析以获得实时补偿数据；

所述FPGA模块分别连接所述信号采样模块、所述IGBT驱动模块与所述旁路保护模块，所述FPGA模块接收所述DSP模块传输的实时补偿数据并根据实时补偿数据传输控制指令，所述FPGA模块控制所述信号采样模块采集数据并控制所述IGBT驱动模块的通断以及所述旁路保护模块的通断。

进一步的，所述串联耦合变压器模块包括串联变压器，所述串联变压器将所述LC滤波模块滤波后的电压耦合到电网。

本实用新型提供的基于电力电子技术的串联电压补偿装置采用数字信号处理器模块进行数据计算分析，在极短的时间内完成对电网电压检测与补偿的分析，进而控制变流器电网电压的补偿，响应速度极快，所述串联电压补偿装置通过对电网进行实时电压补偿去除电压暂降、电压暂升、低电压和过电压，保证负载继续平稳运行而不被中断。

附图说明

图1为所述基于电力电子技术的串联电压补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更加清楚、完整的说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

请参考图1，本实用新型提出一种基于电力电子技术的串联电压补偿装置，包括：不可控整流模块1、储能模块2、变流器模块3、信号采样模块4、LC滤波模块5、数字信号处理模块6、串联耦合变压器模块7、旁路保护模块8。

具体的，所述不可控整流模块1连接电网，将交流电整成直流电；所述储能模块2接收并存储所述不可控整流模块1输出的直流电；所述变流器模块3 接收所述储能模块2输出的直流电，并将所述储能模块2输出的直流电逆变为交流电；所述信号采样模块4采集电网中的电压信号、所述储能模块2输出的直流电压信号和所述变流器模块3输出的电流信号并将采集信号中的模拟信号转变为数字信号；所述LC滤波模块5对所述变流器模块3输出的交流电中的电压进行滤波处理；所述数字信号处理模块6接收所述信号采样模块4输出的数字信号，通过计算分析得到实时补偿数据，并输出控制指令给所述变流器模块3 和所述LC滤波模块5；所述串联耦合变压器模块7将滤波后的交流电压耦合到电网。

本实用新型提供的基于电力电子技术的串联电压补偿装置采用数字信号处理器模块进行数据计算分析，可以在极短的时间内完成对电网电压检测与补偿的分析，进而控制变流器电网电压的补偿，响应速度极快。

优选的，所述基于电力电子技术的串联电压补偿装置还包括旁路保护模块 8，所述旁路保护模块8包括断路器81和双向晶闸管82，所述旁路保护模块8 与所述串联耦合变压器模块7连接，所述旁路保护模块8用于装置保护和旁路切换。旁路保护模块8的设置用于装置保护和旁路切换，当电压补偿装置发生故障时，关断双向晶闸管82并闭合断路器81旁路装置便于装置维修，同时保证电网能脱离装置正常运行。

优选的，所述不可控整流模块1包括二极管11，所述二极管11构成整流桥 12，所述整流桥12将电网的交流电整成直流电并对所述储能模块2进行充电。

优选的，所述储能模块2包括超级电容21和限流电阻22，所述超级电容 21存储所述不可控整流模块1输出的直流电并为所述变流器模块3供电，所述限流电阻22与所述超级电容21串联用以限制支路中的电流。超级电容21存储来自不可控整流模块1的直流电，并为变流器模块3供电，通过串联一限流电阻22，限制电路中电流的大小，以防电流过大烧坏元器件，同时限流电阻22也能起分压作用。

优选的，所述变流器模块3包括逆变桥31和IGBT驱动模块32，所述逆变桥31将所述储能模块2输出的直流电压逆变为交流电压，所述IGBT驱动模块 32接收所述数字信号处理模块6输出的控制指令并通断所述变流器模块3的电路。变流器模块3中设置IGBT驱动模块32，其响应速度快且驱动功率小，具有节能且安装维修方便的优点。

优选的，所述信号采样模块4包括电流传感器41(未图示)、电压传感器 42(未图示)、滤波放大电路43(未图示)以及A/D转换芯片44(未图示)，所述电流传感器41采集所述变流器模块3输出的电流信号，所述电压传感器42 采集电网中的电压信号和所述储能模块2输出的直流电压信号，采集到的电流信号和电压信号经过所述滤波放大电路43后输出给所述A/D转换芯片44，所述A/D转换芯片44将采集信号中的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给所述数字信号处理模块6。

优选的，所述LC滤波模块5包括滤波单元51，所述滤波单元51包括滤波电容511和滤波电感512。LC滤波模块5用于将变流器模块3输出的含有高次谐波的电压进行滤波处理，使输出为纯净的基波电压。

优选的，所述数字信号处理模块6包括相互连接的DSP模块61和FPGA模块62；

所述DSP模块61连接所述信号采样模块4并对所述信号采样模块4采集的数据进行计算分析以获得实时补偿数据；

所述FPGA模块62分别连接所述信号采样模块4、所述IGBT驱动模块32 与所述旁路保护模块8，所述FPGA模块62接收所述DSP模块61传输的实时补偿数据并根据实时补偿数据传输控制指令，所述FPGA模块62控制所述信号采样模块4采集数据，并控制所述IGBT驱动模块32的通断以及所述旁路保护模块8的通断。本实用新型中的数字信号处理模块6同时采用DSP模块61和 FPGA模块62，利用DSP模块61的数据处理能力进行数据计算，在极短的时间内完成对电网电压检测与补偿的分析，利用FPGA模块62实现采样和补偿电流输出的控制，进而控制变流器电网电压的补偿，极其快速的矫正电压，去除电压暂降、电压暂升、低电压和过电压，保证负载继续平稳运行而不被中断。此外，通过对电路进行实时监测，及时发现电路故障并利用FPGA模块62控制旁路保护模块8通断电路以保护装置。

优选的，所述串联耦合变压器模块7包括串联变压器71，所述串联变压器 71将所述LC滤波模块滤波后的电压耦合到电网。通过数字信号处理模块6 分析电路电能质量，并控制输出补偿电压，经过滤波后的电压由串联变压器71 耦合到电网，对电网进行电压补偿，从而提高电网电能的质量，使电气设备的运行更加安全稳定。

当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述基于电力电子技术的串联电压补偿装置包括：

不可控整流模块，连接电网，将电网的交流电整成直流电；

储能模块，接收并存储所述不可控整流模块输出的直流电；

变流器模块，接收所述储能模块输出的直流电，并将所述储能模块输出的直流电逆变为交流电；

信号采样模块，采集电网中的电压信号、所述储能模块输出的直流电压信号和所述变流器模块输出的电流信号并将采集信号中的模拟信号转变为数字信号；

LC滤波模块，对所述变流器模块输出的交流电中的电压进行滤波处理；

数字信号处理模块，接收所述信号采样模块输出的数字信号，通过计算分析得到实时补偿数据，并输出控制指令给所述变流器模块和所述LC滤波模块；

串联耦合变压器模块，将滤波后的交流电压耦合到电网。

2.根据权利要求1所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述基于电力电子技术的串联电压补偿装置还包括旁路保护模块，所述旁路保护模块包括断路器和双向晶闸管，所述旁路保护模块与所述串联耦合变压器模块连接，所述旁路保护模块用于装置保护和旁路切换。

3.根据权利要求1所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述不可控整流模块包括二极管，所述二极管构成整流桥，所述整流桥将电网的交流电整成直流电并对所述储能模块进行充电。

4.根据权利要求1所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述储能模块包括超级电容和限流电阻，所述超级电容存储所述不可控整流模块输出的直流电并为所述变流器模块供电，所述限流电阻与所述超级电容串联用以限制支路中的电流。

5.根据权利要求2所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述变流器模块包括逆变桥和IGBT驱动模块，所述逆变桥将所述储能模块输出的直流电压逆变为交流电压，所述IGBT驱动模块接收所述数字信号处理模块输出的控制指令并通断所述变流器模块的电路。

6.根据权利要求1所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述信号采样模块包括电流传感器、电压传感器、滤波放大电路以及A/D转换芯片，所述电流传感器采集所述变流器模块输出的电流信号，所述电压传感器采集电网中的电压信号和所述储能模块输出的直流电压信号，采集到的电流信号和电压信号经过所述滤波放大电路后输出给所述A/D转换芯片，所述A/D转换芯片将采集信号中的模拟信号转化为数字信号并将数字信号传输给所述数字信号处理模块。

7.根据权利要求1所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述LC滤波模块包括滤波单元，所述滤波单元包括滤波电容和滤波电感。

8.根据权利要求5所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述数字信号处理模块包括相互连接的DSP模块和FPGA模块；

所述DSP模块连接所述信号采样模块并对所述信号采样模块采集的数据进行计算分析以获得实时补偿数据；

所述FPGA模块分别连接所述信号采样模块、所述IGBT驱动模块与所述旁路保护模块，所述FPGA模块接收所述DSP模块传输的实时补偿数据并根据实时补偿数据传输控制指令，所述FPGA模块控制所述信号采样模块采集数据并控制所述IGBT驱动模块的通断以及所述旁路保护模块的通断。

9.根据权利要求1所述的基于电力电子技术的串联电压补偿装置，其特征在于，所述串联耦合变压器模块包括串联变压器，所述串联变压器将所述LC滤波模块滤波后的电压耦合到电网。