專利名稱：一種新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的電力電子檢測控制裝置，特別是涉及一種新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置(ASDVG)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電力電子設(shè)備等非線性負(fù)荷大量接入電網(wǎng)，使電網(wǎng)供電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，其中各種電力電子開關(guān)器件的大量應(yīng) 用和負(fù)載的頻繁波動(dòng)是最主要的干擾源，導(dǎo)致了一系列不良影響，電氣設(shè)備不能正常運(yùn)行工作。目前通常采用并聯(lián)型無源濾波器、靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償SVC裝置來抑制諧波、補(bǔ)償無功，但存在響應(yīng)時(shí)間長，濾波能力差、容易與電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生諧振、占地面積大等關(guān)鍵性缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，檢測結(jié)果準(zhǔn)確的新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置(ASDVG)。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下方案一種新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置，該裝置包括啟動(dòng)柜、功率柜、控制柜和電抗器，功率柜、啟動(dòng)柜和連接電抗器依次串聯(lián)連接，并與電網(wǎng)并聯(lián)連接，啟動(dòng)柜包括接觸器KM、旁路電阻R ;功率柜包括開關(guān)器件IGBT和直流電容；首先由母線經(jīng)過所述旁路電阻R對所述直流電容充電，同時(shí)由來自控制柜的PWM脈沖控制IGBT的通斷，將直流電容兩端的直流電壓逆變成交流電壓，并通過IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷控制該交流電壓的頻率、幅值和相位，從而產(chǎn)生電流，并經(jīng)過電抗器L將該電流注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置輸出無功調(diào)節(jié)。所述的靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置，所述的控制柜的控制電路采用FPGA現(xiàn)場可編程門陣列和DSP信號(hào)處理器。所述的靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置的控制方法，首先通過控制信號(hào)對主開關(guān)QF進(jìn)行閉合操作并檢測其狀態(tài)，確認(rèn)系統(tǒng)并入電網(wǎng)；此時(shí)由于啟動(dòng)柜的接觸器KM處于斷開狀態(tài)，所以母線電流經(jīng)過旁路電阻R對功率柜的直流電容進(jìn)行充電。功率柜將電容器的充電狀況報(bào)給控制柜。待到控制柜認(rèn)為充電完成時(shí)，控制柜給啟動(dòng)柜發(fā)出指令，閉合接觸器KM，之后向功率柜發(fā)送PWM脈沖。至此，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；各種開關(guān)量狀態(tài)送入控制柜主控CPU進(jìn)行狀態(tài)判斷，確認(rèn)系統(tǒng)正常運(yùn)行；通過采集到的模擬量進(jìn)行FFT和PWM計(jì)算得出PWM脈沖并送往FPGA，由FPGA將PWM脈沖發(fā)送給功率柜進(jìn)行脈沖的觸發(fā)控制，由該P(yáng)WM脈沖控制IGBT的通斷，將直流電容兩端的直流電壓逆變成交流電壓，并通過IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷控制該交流電壓的頻率、幅值和相位，從而產(chǎn)生電流，并經(jīng)過電抗器L將該電流注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置輸出無功調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明在不需要增加濾波支路情況下，對背景諧波具備治理能力。通過控制PWM脈沖，向系統(tǒng)中輸入電流的方式可濾除13次及以下諧波。
2、本發(fā)明動(dòng)態(tài)快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出，最大限度滿足功率因數(shù)補(bǔ)償要求，任意時(shí)刻的功率因數(shù)達(dá)到0. 98 I. O。3、本發(fā)明可提供感性和容性無功，且無需配置濾波支路，任何時(shí)候都可對新型靜止無功發(fā)生器裝置配套電容器組進(jìn)行擴(kuò)容或改造，滿足可能的工況變化帶來的新需求。4、本發(fā)明輸出無功補(bǔ)償電流不隨母線電壓下降而下降，低電壓下可輸出額定電流，且具備過載能力，短期輸出無功電流可大于額定電流。5、本發(fā)明運(yùn)行損耗低，主要是連接電抗器損耗和IGBT損耗，成套裝置運(yùn)行損耗不到 0. 5%。6、本發(fā)明采用FPGA現(xiàn)場可編程門陣列和DSP信號(hào)處理器，具備標(biāo)準(zhǔn)通訊接口(RS232/485或者以太網(wǎng))，可采用Modbus或TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊，上傳數(shù)據(jù)和接受指令，實(shí)現(xiàn)遙控功能。
7、本發(fā)明采用新型IXD顯示操作界面，中文顯示，操作簡單方便。


圖I本發(fā)明裝置的電路原理圖；圖2控制柜硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3控制柜控制算法流程具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。見圖1，一種新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置(ASDVG)，該裝置包括啟動(dòng)柜、功率柜、控制柜和電抗器，功率柜、啟動(dòng)柜和電抗器依次串聯(lián)連接，并與電網(wǎng)并聯(lián)連接。啟動(dòng)柜包括接觸器KM、旁路電阻R、電流霍爾互感器TA、避雷器Z。旁路電阻R串于充電回路，能夠限制上電時(shí)直流電容的充電涌流，避免IGBT模塊、直流電容損壞。電流霍爾互感器TA用于取得裝置的發(fā)出電流，并回報(bào)給控制柜。功率柜以IGBT變流裝置為核心，包括開關(guān)器件IGBT和直流電容。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先由母線經(jīng)過啟動(dòng)柜的旁路電阻R對直流電容充電，同時(shí)由來自控制柜的PWM脈沖控制IGBT的通斷，將直流電容兩端的直流電壓逆變成交流電壓，并通過IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷控制該交流電壓的頻率、幅值和相位，從而產(chǎn)生電流(此電流為依據(jù)系統(tǒng)的瞬時(shí)情況計(jì)算得出，目標(biāo)是吸收無功，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，此電流沒有下限，但有上限，上限不超過本裝置的系統(tǒng)容量。)，并經(jīng)過電抗器L將該電流注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置輸出無功調(diào)節(jié)。同時(shí)向控制柜返回功率柜的狀態(tài)。電抗器起到抑制電流噪聲，限制短路電流，增強(qiáng)控制的穩(wěn)定性的作用。參考圖2是控制柜的工作原理示意圖，圖3是其算法流程圖，控制柜是整個(gè)裝置的控制核心。系統(tǒng)的啟動(dòng)過程是首先通過控制信號(hào)對主開關(guān)QF進(jìn)行閉合操作并檢測其狀態(tài)，確認(rèn)系統(tǒng)并入電網(wǎng)；此時(shí)由于啟動(dòng)柜的接觸器KM處于斷開狀態(tài)，所以母線電流經(jīng)過旁路電阻R對功率柜的直流電容進(jìn)行充電。功率柜將電容器的充電狀況報(bào)給控制柜。待到控制柜認(rèn)為充電完成時(shí)，控制柜給啟動(dòng)柜發(fā)出指令，閉合接觸器KM，之后向功率柜發(fā)送PWM脈沖。至此，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。各種開關(guān)量狀態(tài)(圖I中的主開關(guān)分合閘、啟動(dòng)開關(guān)分合閘等)送入控制柜主控CPU進(jìn)行狀態(tài)判斷，確認(rèn)系統(tǒng)正常運(yùn)行；通過采集到的模擬量(系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)電流)進(jìn)行FFT和PWM計(jì)算得出PWM脈沖并送往FPGA，由FPGA將PWM脈沖發(fā)送給功率柜進(jìn)行脈沖的觸發(fā)控制；功率柜也通過光纖通信向控制器報(bào)告功率柜是否正常和溫度情況。如果溫度過高，控制柜將通過控制風(fēng)機(jī)電源的方式打開功率柜的風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)功率柜的散熱，使其溫度下降。控制柜控制保護(hù)綜合系統(tǒng)可快速檢測系統(tǒng)的電壓、無功變化，據(jù)此實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生和分配，并對本裝置實(shí)現(xiàn)分層分級的保護(hù)；監(jiān)測單元通過獨(dú)立的采集系統(tǒng)，對系統(tǒng)狀態(tài)和裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并可根據(jù)現(xiàn)場需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能。EEPROM用于保存程序運(yùn)行的參數(shù)配置，并在備用EEPROM中留有備份，以保障系統(tǒng)能夠可靠地取得運(yùn)行時(shí)所需的參數(shù)信息。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置，其特征在于，該裝置包括啟動(dòng)柜、功率柜、控制柜和電抗器，功率柜、啟動(dòng)柜和連接電抗器依次串聯(lián)連接，并與電網(wǎng)并聯(lián)連接，啟動(dòng)柜包括接觸器KM、旁路電阻R ;功率柜包括開關(guān)器件IGBT和直流電容；首先由母線經(jīng)過所述旁路電阻R對所述直流電容充電，同時(shí)由來自控制柜的PWM脈沖控制IGBT的通斷，將直流電容兩端的直流電壓逆變成交流電壓，并通過IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷控制該交流電壓的頻率、幅值和相位，從而產(chǎn)生電流，并經(jīng)過電抗器L將該電流注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置輸出無功調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置，其特征在于，所述的控制柜的控制電路采用FPGA現(xiàn)場可編程門陣列和DSP信號(hào)處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置的控制方法，其特征在于，首先通過控制信號(hào)對主開關(guān)QF進(jìn)行閉合操作并檢測其狀態(tài)，確認(rèn)系統(tǒng)并入電網(wǎng)；此時(shí)由于啟動(dòng)柜的接觸器KM處于斷開狀態(tài)，所以母線電流經(jīng)過旁路電阻R對功率柜的直流電容進(jìn)行充電。功率柜將電容器的充電狀況報(bào)給控制柜。待到控制柜認(rèn)為充電完成時(shí)，控制柜給 啟動(dòng)柜發(fā)出指令，閉合接觸器KM，之后向功率柜發(fā)送PWM脈沖。至此，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；各種開關(guān)量狀態(tài)送入控制柜主控CPU進(jìn)行狀態(tài)判斷，確認(rèn)系統(tǒng)正常運(yùn)行；通過采集到的模擬量進(jìn)行FFT和PWM計(jì)算得出PWM脈沖并送往FPGA，由FPGA將PWM脈沖發(fā)送給功率柜進(jìn)行脈沖的觸發(fā)控制，由該P(yáng)WM脈沖控制IGBT的通斷，將直流電容兩端的直流電壓逆變成交流電壓，并通過IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷控制該交流電壓的頻率、幅值和相位，從而產(chǎn)生電流，并經(jīng)過電抗器L將該電流注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置輸出無功調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型靜止型動(dòng)態(tài)無功發(fā)生器裝置，該裝置包括啟動(dòng)柜、功率柜、控制柜和電抗器，功率柜、啟動(dòng)柜和連接電抗器依次串聯(lián)連接，并與電網(wǎng)并聯(lián)連接，首先由母線經(jīng)過所述旁路電阻R對所述直流電容充電，同時(shí)由來自控制柜的PWM脈沖控制IGBT的通斷，將直流電容兩端的直流電壓逆變成交流電壓，并通過IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷控制該交流電壓的頻率、幅值和相位，從而產(chǎn)生電流，并經(jīng)過電抗器L將該電流注入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置輸出無功調(diào)節(jié)。該裝置具有在響應(yīng)速度、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、降低系統(tǒng)損耗、增加傳輸能力、提高瞬變電壓極限、降低諧波和減少占地面積等更加優(yōu)越的性能，降低生產(chǎn)成本，使用維護(hù)方便。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102723724SQ201210228310
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月4日
發(fā)明者張玉良 申請人:遼寧立德電力電子有限公司