一種可控串聯(lián)補償裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可控串聯(lián)補償裝置，包括串聯(lián)在三相輸電線即a、b、c各相輸電線中的共三個完全相同的補償裝置，每個補償裝置都包括一個主電路，即每一相輸電線中都串聯(lián)有一個主電路，這三個主電路完全相同；可控串聯(lián)補償裝置還包括一個控制器；各相輸電線的主電路中的電流傳感器和電壓傳感器獲得的電流、電壓采樣信號接入控制器，控制器輸出的各相驅(qū)動信號分別接到輸電線的主電路中開關(guān)管的門極；控制器通過控制開關(guān)管的動作，等效改變串聯(lián)接入輸電線中的電容的大小，從而補償線路中的分布電感，實現(xiàn)電網(wǎng)的無功補償，改善電能質(zhì)量。本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，搭建簡便，體積小。
【專利說明】一種可控串聯(lián)補償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及串聯(lián)補償技術(shù)，具體涉及可控串聯(lián)補償裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前研究應(yīng)用較多的可控串聯(lián)補償技術(shù)主要有晶閘管控制串聯(lián)電容器TCSC、GTO控制串聯(lián)電容器GCSC、靜止同步串聯(lián)補償器SSSC等。它們都是通過在傳輸線路中串連接入一定的設(shè)備，改變線路的靜態(tài)和動態(tài)特性，達到改善電網(wǎng)運行的目的。串聯(lián)補償在固定電容和電感基礎(chǔ)上發(fā)展來的，補償設(shè)備不改變線路電壓等級和基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只改變線路阻抗和壓降。引入串聯(lián)電容，相當(dāng)于增加了串聯(lián)阻抗兩端的總電壓幅值，因而線路電流隨之增力口，從而使輸送功率得到增加。這三種補償技術(shù)中，TCSC和GCSC的損耗相對較小，但是它們的諧波畸變都很大而且補償范圍受到限制，SSSC的補償范圍很大、諧波畸變較小，但SSSC的峰值損耗和穩(wěn)態(tài)損耗都較大而且補償裝置的重量體積都很大。這些因素使得這三種串聯(lián)補償技術(shù)應(yīng)用場合受到各自技術(shù)特點的限制。
[0003]由現(xiàn)有TCSC、GCSC、SSSC補償特性和損耗曲線比較可知，零補償時，所有補償器的損耗正比于管閥損耗+電抗損耗(變壓器損耗)，額定線路電流時，TCSC約為0.5%，GCSC、SSSC 約為 0.7 ?0.9% ；
[0004]補償電壓可控時，損耗是線路電流的函數(shù)，TCSC約為0.4%，GCSC約為0.6%，SSSC約為0.9%O
實用新型內(nèi)容
[0005]鑒于以上背景，為了克服現(xiàn)有的不足，提供了一種可控串聯(lián)補償裝置，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，相比TCSC、GCSC有較大的補償范圍減低諧波畸變，而相比SSSC則大大簡化了補償裝置的結(jié)構(gòu)，降低其損耗，在保證補償效果前提下補償裝置有更小的重量和體積，實現(xiàn)了這三種補償裝置各自優(yōu)點的優(yōu)化整合。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是:
[0007]一種新型可控串聯(lián)補償裝置，包括串聯(lián)在a、b、c各相輸電線中的共3個完全相同的補償裝置。每個補償裝置都包括一個主電路，即每一相輸電線之間都串聯(lián)有一個主電路，這三個主電路完全相同?？煽卮?lián)補償裝置還包括控制器。從各相電流傳感器和電壓傳感器獲得的電流、電壓采樣信號接入控制器，控制器輸出的各相驅(qū)動信號分別接到各相主電路中開關(guān)管的門極?？刂破魍ㄟ^控制開關(guān)管的動作，等效改變串聯(lián)接入輸電線之間的電容的大小，從而補償線路中的分布電感，從而達到實現(xiàn)電網(wǎng)的無功補償，改善電能質(zhì)量的目的。
[0008]上述的串聯(lián)補償裝置中，a相輸電線中串聯(lián)接入的補償裝置的主電路包括:第一
開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第一電容、電壓傳感器和電流傳感器；第一開關(guān)管與第一二極管反并聯(lián)，第二開關(guān)管與第二二極管反并聯(lián)，第三開關(guān)管與第三二極管反并聯(lián)，第四開關(guān)管與第四二極管反并聯(lián)，第二開關(guān)管源極與第三開關(guān)管的漏極串聯(lián)形成橋臂一，第一開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極串聯(lián)形成橋臂二。第一電容、橋臂一和橋臂二這三者并聯(lián)，其中第一電容的正極接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，第一電容的負(fù)極接第三開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極；電壓傳感器的輸入和第一電容并聯(lián)，電壓傳感器的輸出端Va接控制器相應(yīng)的采樣信號輸入端；電流傳感器的輸入一端接a相輸電線的入端，另一端接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極，電流傳感器a的輸出端ia接微控制器的米樣信號輸入端；第一開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極接a相輸電線的出端。
[0009]上述的串聯(lián)補償裝置中，控制器輸入端包括有采樣信號輸入端。依次有a相、c相電流米樣信號，a相、b相和c相電壓米樣信號?？刂破鞯妮敵龆税╝相、b相和c相驅(qū)動信號輸出端。
[0010]上述的串聯(lián)補償裝置中，所述控制器采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片實現(xiàn)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單，搭建簡便，這種串聯(lián)補償技術(shù)相比TCSC、GCSC有較大的補償范圍提高并降低諧波畸變，而相比SSSC則大大簡化了補償裝置的結(jié)構(gòu)、降低了電能損耗，補償裝置的重量和體積更小。本實用新型主要用于高電壓、長距離輸電中補償線路的分布電感的無功補償，提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)穩(wěn)定性，改善線路的電能質(zhì)量、加長送電距離和增大輸送能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是可控串聯(lián)補償裝置的a相主電路；
[0014]圖3是控制器的示意圖；
[0015]圖4是控制器的控制邏輯圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明，但本實用新型的實施和保護范圍不限于此。
[0017]圖1給出了本實用新型的串聯(lián)補償裝置的總體結(jié)構(gòu)圖，該裝置是由分別串聯(lián)在a相、b相、c相輸電線路中完全相同的三個補償裝置以及一個控制器組成。從圖中可以看出它的總體結(jié)構(gòu)，而控制器是集成在裝置里面。
[0018]圖2給出了本實用新型示例的可控串聯(lián)補償裝置a相的主電路圖。b相和c相輸電線中間串聯(lián)的補償裝置的主電路同a相完全相同。這里就以a相為例介紹，b相和c相也是相同的主電路結(jié)構(gòu)，就不一一贅述。
[0019]a相輸電線之間串聯(lián)接入的主電路包括:第一開關(guān)管Gal、第二開關(guān)管Ga2、第三開關(guān)管Ga3、第四開關(guān)管Ga4、第一二極管Dal、第二二極管Da2、第三二極管Da3、第四二極管Da4、第一電容Ca、電壓傳感器和電流傳感器；第一開關(guān)管與第一二極管反并聯(lián)，第二開關(guān)管與第二二極管反并聯(lián)，第三開關(guān)管與第三二極管反并聯(lián)，第四開關(guān)管與第四二極管反并聯(lián)，第二開關(guān)管源極與第三開關(guān)管的漏極串聯(lián)形成橋臂一，第一開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極串聯(lián)形成橋臂二。第一電容、橋臂一和橋臂二這三者并聯(lián)，其中第一電容的正極接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，第一電容的負(fù)極接第三開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極；電壓傳感器的輸入和第一電容Ca并聯(lián)，電壓傳感器的輸出端Va接控制器相應(yīng)的采樣信號輸入端；電流傳感器的輸入一端接a相輸電線的入端，另一端接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極，電流傳感器a的輸出端ia接微控制器的米樣信號輸入端；第一開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極接a相輸電線的出端。
[0020]圖3給出了控制器的示意圖，控制器輸入端包括有采樣信號輸入端:依次有a相、c相電流米樣信號，a相、b相和c相電壓米樣信號。控制器的輸出端包括a相、b相和c相驅(qū)動信號輸出端?？刂破鹘邮罩麟娐犯髀穫鞲衅鞯牟蓸有盘?，經(jīng)過處理產(chǎn)生驅(qū)動信號，分別驅(qū)動三相輸電線之間串聯(lián)的補償裝置中開關(guān)管的動作，通過改變補償電容接入各相的時間的長短來控制產(chǎn)生的無功的大小，從而實現(xiàn)要求的補償效果。
[0021]控制器接收主電路采樣得到的各相的電流和電壓值，然后分別計算a相、b相、c相輸入電壓和輸入電流的過零點時刻，將輸入電壓的過零點時刻減去輸入電流的過零點時亥IJ，若兩者差值為正，則提前控制器控制模塊輸出的驅(qū)動信號的上升沿時刻，且提前的時刻與差值的大小等比例；若兩者差值為負(fù)，則延后控制器輸出的驅(qū)動信號的上升沿時刻，延后的時刻同樣與差值等比例。由此來保證各相的輸出電壓和輸出電流的過零點時刻相同，這時各相的功率因素即為1，從而實現(xiàn)無功功率補償。
[0022]圖4給出了控制器的控制邏輯圖，在具體實施中，本實用新型裝置使用的控制芯片為TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片。采樣獲得的電壓信號Va、Vb、Vc經(jīng)過設(shè)定的查詢表查詢比較之后，得到在電容最低電壓Vcmin的時候的電壓相位r，r作為相位滯后調(diào)節(jié)的輸入。通常，還對相位角r設(shè)置一個反饋控制，得到的參考電壓Uref作為查詢表的輸入。采樣獲得的電流信號ia、ic經(jīng)過鎖相環(huán)，得到電流的相位角r2，作為門控邏輯的輸入。同時，鎖相環(huán)中包含有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把ia、ic轉(zhuǎn)換為id和iq，以便于后面的相位滯后調(diào)節(jié)。相位滯后調(diào)節(jié)的輸出rl作為門控邏輯的輸入。在門控邏輯中，實現(xiàn)如前所述的電壓、電流的相位調(diào)控并輸出門控信號，控制開關(guān)管的動作。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:控制器接收主電路各路傳感器的采樣信號，經(jīng)過處理產(chǎn)生驅(qū)動信號，分別驅(qū)動三相輸電線之間串聯(lián)的補償裝置中開關(guān)管的動作，通過改變補償電容接入各相的時間的長短來控制產(chǎn)生的無功的大小，從而實現(xiàn)要求的補償效果。這種串聯(lián)補償技術(shù)相比TCSC、GCSC有較大的補償范圍提高并降低諧波畸變，而相比SSSC則大大簡化了補償裝置的結(jié)構(gòu)、降低了電能損耗，補償裝置的重量和體積更小。
[0024]表I給出了 TCSC、GCSC、SSSC和本實用新型提出的串聯(lián)補償裝置的各項指標(biāo)的對比:
[0025]表I
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種可控串聯(lián)補償裝置，其特征在于:包括串聯(lián)在三相輸電線即a、b、c各相輸電線中的共3個完全相同的補償裝置，每個補償裝置都包括一個主電路，即每一相輸電線中都串聯(lián)有一個主電路，這三個主電路完全相同；可控串聯(lián)補償裝置還包括一個控制器；各相輸電線的主電路中的電流傳感器和電壓傳感器獲得的電流、電壓采樣信號接入控制器，控制器輸出的各相驅(qū)動信號分別接到輸電線的主電路中開關(guān)管的門極；控制器通過控制開關(guān)管的動作，等效改變串聯(lián)接入輸電線中的電容的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控串聯(lián)補償裝置，其特征在于:a相輸電線中串聯(lián)接入的補償裝置的主電路包括:第一開關(guān)管(Gal)、第二開關(guān)管(Ga2)、第三開關(guān)管(Ga3)、第四開關(guān)管(Ga4)、第一二極管(Dal)、第二二極管(Da2)、第三二極管(Da3)、第四二極管(Da4)、第一電容(Ca)、電壓傳感器和電流傳感器；第一開關(guān)管與第一二極管反并聯(lián)，第二開關(guān)管與第二二極管反并聯(lián)，第三開關(guān)管與第三二極管反并聯(lián)，第四開關(guān)管與第四二極管反并聯(lián)，第二開關(guān)管源極與第三開關(guān)管的漏極串聯(lián)形成第一橋臂，第一開關(guān)管的源極與第四開關(guān)管的漏極串聯(lián)形成第二橋臂；第一電容、第一橋臂和第二橋臂三者并聯(lián)，其中第一電容的正極接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，第一電容的負(fù)極接第三開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極；電壓傳感器的輸入和第一電容并聯(lián)，電壓傳感器的輸出端Va接控制器相應(yīng)的米樣信號輸入端；電流傳感器的輸入一端接a相輸電線的入端，另一端接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極，電流傳感器a的輸出端ia接微控制器的采樣信號輸入端；第一開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極接a相輸電線的出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控串聯(lián)補償裝置，其特征在于:控制器輸入端包括有采樣信號輸入端，米樣信號輸入端包括a相、c相電流米樣信號輸入端,和a相、b相和c相電壓米樣信號輸入端；控制器的輸出端包括a相、b相和c相驅(qū)動信號輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項所述的可控串聯(lián)補償裝置，其特征在于:所述控制器采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片實現(xiàn)。
【文檔編號】H02J3/01GK203722236SQ201420109892
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】康龍云, 陶思念, 林玉健 申請人:華南理工大學(xué)