一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置和補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微電網(wǎng)及電力低壓配網(wǎng)中的補(bǔ)償裝置和方法，具體為一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置和補(bǔ)償方法，利用該補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償方法通過數(shù)字信號(hào)對(duì)電網(wǎng)電壓電流實(shí)時(shí)采集，將實(shí)時(shí)采集到的電網(wǎng)電壓電流信號(hào)進(jìn)行必要的濾波處理之后，將實(shí)時(shí)采集到的電流信號(hào)送入三二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到dq0坐標(biāo)系下并對(duì)電流進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，將計(jì)算得到的占空比值返回到abc坐標(biāo)系下進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償，并對(duì)零線電流用專門的第四橋臂進(jìn)行單獨(dú)處理，從而達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償不平衡負(fù)載的目的。在完成不平衡負(fù)載補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，還可以對(duì)電網(wǎng)電壓電流以及IGBT實(shí)時(shí)電流進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)，并對(duì)實(shí)時(shí)采集回來的信號(hào)進(jìn)行存貯和處理。
【專利說明】一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置和補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力低壓配網(wǎng)中的補(bǔ)償裝置和方法，具體為一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置和補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在我國現(xiàn)有的傳統(tǒng)的三相四線制配電變壓器接線系統(tǒng)中，由于低壓單相負(fù)荷不能人工完全均分，分配的負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行率不同等各種原因，而造成三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象是不可避免的。而這種三相負(fù)荷不平衡現(xiàn)象將必然導(dǎo)致?lián)p耗增加、用電效率下降、零序電流增力口、縮短設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電力設(shè)備不能正常工作。
[0003]對(duì)變壓器的危害:三相負(fù)荷不平衡將使得變壓器處于不對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，從而造成變壓器的損耗增大。根據(jù)變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，在運(yùn)行中的變壓器中性線電流不能超過變壓器低壓側(cè)額定電流的25%。此外，三相負(fù)荷不平衡會(huì)造成變壓器零序電流過大，部分金屬件升溫增加，甚至導(dǎo)致變壓器燒毀。中性線和中性點(diǎn)電壓問題:中性線零序電流過大，引起中性線燒毀，造成中性點(diǎn)電壓偏移過大等問題。對(duì)用電設(shè)備的危害:三相負(fù)荷不平衡將使得電動(dòng)機(jī)中逆扭矩增加，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)升溫，效率下降，能耗增加等現(xiàn)象。因此三相負(fù)荷的不平衡會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備使用壽命縮短，加速設(shè)備部件更換頻率，增加設(shè)備維護(hù)成本。目前市場上補(bǔ)償效果最好的分相無功補(bǔ)償裝置對(duì)負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，也只能將系統(tǒng)中的無功電流部分補(bǔ)掉，而對(duì)于不對(duì)稱的有功電流部分卻無能為力，有時(shí)無功補(bǔ)償后卻使電流的不平衡度有可能更大，因此電業(yè)供電部門只能采用人工分線的方式進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整。
[0004]由上述可知，用電系統(tǒng)的三相負(fù)荷不平衡對(duì)變壓器、電氣設(shè)備以及用電系統(tǒng)的危害和影響是十分嚴(yán)重的，尤其是對(duì)電力能源的充分有效利用構(gòu)成極大的障礙。在電力供應(yīng)緊缺的今天，解決用電系統(tǒng)的三相不平衡問題已經(jīng)是迫在眉睫的任務(wù)了。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡不能被有效解決的問題，提供了一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置和補(bǔ)償方法。
[0006]本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置，包括橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的IGBT構(gòu)成的三相四橋臂全橋逆變電路、霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、其內(nèi)寫有鎖相環(huán)程序的數(shù)字信號(hào)處理器DSP和PWM驅(qū)動(dòng)模塊，數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)包括比例積分控制器，三相四橋臂全橋逆變電路的輸入端通過電感和三相四線電網(wǎng)連接，三相四橋臂全橋逆變電路的輸出端連接有直流側(cè)電容且和數(shù)字信號(hào)處理器DSP的直流電壓輸入端連接，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器的原邊都和三相四線電網(wǎng)連接，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器的副邊和濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸入端連接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸出端和PWM驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接，PWM驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端和IGBT的控制端連接。
[0007]利用上述的補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償方法，包括以下步驟: 51:霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)采樣三相四線電網(wǎng)的相電壓、相電流和中線電流，并將采樣的相電壓、相電流和中線電流輸入到濾波電路進(jìn)行濾波處理；
52:濾波后的相電壓、相電流和中線電流輸入數(shù)字信號(hào)處理器DSP中，數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)的鎖相環(huán)程序根據(jù)相電壓產(chǎn)生參考相位；
53:濾波后的相電流在數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)經(jīng)過3/2坐標(biāo)變換系并根據(jù)參考相位轉(zhuǎn)化為d、q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Id、Iq,中線電流經(jīng)過采樣后得到電流In ；
54:數(shù)字信號(hào)處理器DSP將預(yù)先設(shè)定的直流電壓參考值和由三相四橋臂全橋逆變電路輸入實(shí)際直流電壓值相減得到直流電壓差值A(chǔ)U，直流電壓差值A(chǔ)U經(jīng)過比例積分控制器得到d軸電流目標(biāo)參考值；
55:所得的電流Id與d軸目標(biāo)參考值相減得到d軸待補(bǔ)償?shù)牧?，電流Iq與q軸目標(biāo)參考值相減得到q軸待補(bǔ)償?shù)牧浚娏鱅n和O軸目標(biāo)參考值相減得到O軸待補(bǔ)償?shù)牧?，q軸目標(biāo)參考值和O軸目標(biāo)參考值都設(shè)為零；
56:將待補(bǔ)償量分別送入比例積分控制器內(nèi)，比例積分控制器得到d軸、q軸和O軸的占空比值DcUDq和DO ；
57:將上述的占空比值Dd、Dq送入2/3轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系得到三相坐標(biāo)系下各自的占空比Da、Db、Dc并將之和DO送到各自對(duì)應(yīng)的IGBT，控制IGBT開通和關(guān)斷；
58:三相四橋臂全橋逆變電路的直流側(cè)電壓由占空比Da、Db、Dc和DO維持恒定，三相四橋臂全橋逆變電路交流側(cè)則輸出補(bǔ)償電流補(bǔ)償?shù)饺嗨木€電網(wǎng)中，使得三相四線電網(wǎng)的負(fù)荷平衡。
[0008]傳統(tǒng)的補(bǔ)償方法側(cè)重電網(wǎng)的諧波處理，而本裝置可以輸出補(bǔ)償電流給電網(wǎng)，使得電網(wǎng)的負(fù)荷平衡，且裝置的可調(diào)整的不平衡度范圍較大，利用該裝置補(bǔ)償方法簡單，無需計(jì)算q軸和O軸目標(biāo)參考值，因此運(yùn)算速度較快，對(duì)裝置硬件要求低，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償效果好，可實(shí)現(xiàn)大不平衡負(fù)載條件下的連續(xù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為補(bǔ)償方法的流程圖。
[0011]圖3為電網(wǎng)負(fù)荷不平衡時(shí)的電流波形圖。
[0012]圖4為補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償后的電網(wǎng)電流波形圖。
[0013]圖5為補(bǔ)償裝置的控制算法圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置，包括橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的IGBT構(gòu)成的三相四橋臂全橋逆變電路、霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、其內(nèi)寫有鎖相環(huán)程序的數(shù)字信號(hào)處理器DSP和PWM驅(qū)動(dòng)模塊，數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)包括比例積分控制器，三相四橋臂全橋逆變電路的輸入端通過電感和三相四線電網(wǎng)連接，三相四橋臂全橋逆變電路的輸出端連接有直流側(cè)電容且和數(shù)字信號(hào)處理器DSP的直流電壓輸入端連接，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器的原邊都和三相四線電網(wǎng)連接，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器的副邊和濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸入端連接，數(shù)字信號(hào)處理器DSP的輸出端和PWM驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接，PWM驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端和IGBT的控制端連接。
[0015]利用上述的補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償方法，包括以下步驟:
51:霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)采樣三相四線電網(wǎng)的相電壓、相電流和中線電流，并將采樣的相電壓、相電流和中線電流輸入到濾波電路進(jìn)行濾波處理；
52:濾波后的相電壓、相電流和中線電流輸入數(shù)字信號(hào)處理器DSP中，數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)的鎖相環(huán)程序根據(jù)相電壓產(chǎn)生參考相位；
53:濾波后的相電流在數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)經(jīng)過3/2坐標(biāo)變換系并根據(jù)參考相位轉(zhuǎn)化為dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流Id、Iq,中線電流經(jīng)過采樣后得到電流In ；
54:數(shù)字信號(hào)處理器DSP將預(yù)先設(shè)定的直流電壓參考值和由三相四橋臂全橋逆變電路輸入實(shí)際直流電壓值相減得到直流電壓差值A(chǔ)U，直流電壓差值A(chǔ)U經(jīng)過比例積分控制器得到d軸電流目標(biāo)參考值；
55:所得的電流Id與d軸目標(biāo)參考值相減得到d軸待補(bǔ)償?shù)牧?，電流Iq與q軸目標(biāo)參考值相減得到q軸待補(bǔ)償?shù)牧?，電流In和O軸目標(biāo)參考值相減得到O軸待補(bǔ)償?shù)牧?，q軸目標(biāo)參考值和O軸目標(biāo)參考值都設(shè)為零；
56:將待補(bǔ)償量分別送入比例積分控制器內(nèi)，比例積分控制器得到d軸、q軸和O軸的占空比值DcUDq和DO ；
57:將上述的占空比值Dd、Dq送入2/3轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系得到三相坐標(biāo)系下各自的占空比Da、Db、Dc并將之和DO送到各自對(duì)應(yīng)的IGBT，控制IGBT開通和關(guān)斷；
58:三相四橋臂全橋逆變電路的直流側(cè)電壓由占空比Da、Db、Dc和DO維持恒定，三相四橋臂全橋逆變電路交流側(cè)則輸出補(bǔ)償電流補(bǔ)償?shù)饺嗨木€電網(wǎng)中，使得三相四線電網(wǎng)的負(fù)荷平衡。
[0016]具體實(shí)施時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)設(shè)有通訊模塊，通過該通訊模塊可以外部的監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通過監(jiān)視系統(tǒng)觀察電壓、電流等信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種不平衡負(fù)載補(bǔ)償裝置，其特征在于包括橋臂由兩個(gè)串聯(lián)的叩81構(gòu)成的三相四橋臂全橋逆變電路、霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器、其內(nèi)寫有鎖相環(huán)程序的數(shù)字信號(hào)處理器03？和？麗驅(qū)動(dòng)模塊，數(shù)字信號(hào)處理器03？內(nèi)包括比例積分控制器，三相四橋臂全橋逆變電路的輸入端通過電感和三相四線電網(wǎng)連接，三相四橋臂全橋逆變電路的輸出端連接有直流側(cè)電容且和數(shù)字信號(hào)處理器03？的直流電壓輸入端連接，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器的原邊都和三相四線電網(wǎng)連接，霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器的副邊和濾波電路的輸入端連接，濾波電路的輸出端和數(shù)字信號(hào)處理器03？的輸入端連接，數(shù)字信號(hào)處理器03？的輸出端和？麗驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端連接，？麗驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端和叩81的控制端連接。
2.一種利用權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償方法，其特征在于包括以下步驟: .51:霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)采樣三相四線電網(wǎng)的相電壓、相電流和中線電流，并將采樣的相電壓、相電流和中線電流輸入到濾波電路進(jìn)行濾波處理； .82:濾波后的相電壓、相電流和中線電流輸入數(shù)字信號(hào)處理器03？中，數(shù)字信號(hào)處理器08？內(nèi)的鎖相環(huán)程序根據(jù)相電壓產(chǎn)生參考相位； .83:濾波后的相電流在數(shù)字信號(hào)處理器03？內(nèi)經(jīng)過3/2坐標(biāo)變換系并根據(jù)參考相位轉(zhuǎn)化為么^旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流1(1、1(1，中線電流經(jīng)過采樣后得到電流III ； .54:數(shù)字信號(hào)處理器03？將預(yù)先設(shè)定的直流電壓參考值和由三相四橋臂全橋逆變電路輸入實(shí)際直流電壓值相減得到直流電壓差值八I直流電壓差值八[經(jīng)過比例積分控制器得到(1軸電流目標(biāo)參考值； .85:所得的電流1(1與(1軸目標(biāo)參考值相減得到(1軸待補(bǔ)償?shù)牧?，電?(1與(1軸目標(biāo)參考值相減得到(1軸待補(bǔ)償?shù)牧?，電流III和0軸目標(biāo)參考值相減得到0軸待補(bǔ)償?shù)牧?，^軸目標(biāo)參考值和0軸目標(biāo)參考值都設(shè)為零； .86:將待補(bǔ)償量分別送入比例積分控制器內(nèi)，比例積分控制器得到(1軸、^軸和0軸的占空比值0(1、0(1和00 ； .37:將上述的占空比值0(1、0(1送入2/3轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系得到三相坐標(biāo)系下各自的占空比03、013、00并將之和00送到各自對(duì)應(yīng)的工⑶!'，控制1(^81開通和關(guān)斷； .58:三相四橋臂全橋逆變電路的直流側(cè)電壓由占空比01 06、1)0和00維持恒定，三相四橋臂全橋逆變電路交流側(cè)則輸出補(bǔ)償電流補(bǔ)償?shù)饺嗨木€電網(wǎng)中，使得三相四線電網(wǎng)的負(fù)荷平衡。
【文檔編號(hào)】H02J3/26GK104362655SQ201410747001
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】賈慶英, 韓肖清, 孟潤泉, 曹國棟, 張惠生, 丁榮風(fēng), 梁暄, 王凱武 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司