三相電網(wǎng)相間不平衡治理電路、治理系統(tǒng)及治理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)村供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的改善，具體涉及一種治理三相電網(wǎng)相間不平衡的電網(wǎng)戶外柱上裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)系統(tǒng)多為低壓三相四線制供電，電網(wǎng)負(fù)荷多為單相負(fù)載、負(fù)荷分布不均衡、以及用電時(shí)間存在差異性，使得三相負(fù)荷不平衡，N線存在較大的電流，造成電網(wǎng)系統(tǒng)線損率高；三相不平衡引起變壓器損耗增大，發(fā)熱嚴(yán)重，變壓器損壞嚴(yán)重，同時(shí)三相不平衡也降低了變壓器的出力，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量以及電網(wǎng)供電的安全性。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)多數(shù)是使用三相電力電容器或者由三個(gè)單相電容器構(gòu)成的三相電力電容器來補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率。中國(guó)專利號(hào)為200510045751.6，名稱為:“高效補(bǔ)償三相不平衡負(fù)荷和無功功率的裝置”采用Λ接法的補(bǔ)償器(電容器或者電抗器)或用同一組Y接法的補(bǔ)償器件，通過由功率控制器控制的單相開關(guān)使它們實(shí)現(xiàn)既能把它們同時(shí)加在各相上，也能加在不同的各相與各相之間或者各相與零線之間，即能用做三相共補(bǔ)，也能用做單相補(bǔ)償，也能實(shí)現(xiàn)有功功率的平衡；中國(guó)專利號(hào)為201410330635.8，名稱為:“一種有功功率平衡調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)难b置”，無功共補(bǔ)智能電容器和Α、B、C相分補(bǔ)無功補(bǔ)償智能電容器，通過設(shè)置AB線有功平衡調(diào)節(jié)智能電容器Cab、BC線有功平衡調(diào)節(jié)智能電容器Cbc、CA線有功平衡調(diào)節(jié)智能電容器Cca，實(shí)現(xiàn)有功功率的平衡?，F(xiàn)有技術(shù)也有采用有源器件構(gòu)成的三相不平衡裝置。中國(guó)專利號(hào)為201310224032.5，名稱為:“一種負(fù)載不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)”采用DSP+FPGA控制架構(gòu)的一種有源型負(fù)載不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)，雖說是詳細(xì)描述了方法和實(shí)現(xiàn)過程，但是上述專利中都并未采用有效方法治理由于高頻開關(guān)諧波對(duì)電網(wǎng)造成的電磁干擾污染，而且未處理與電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能性，無法在電網(wǎng)電力系統(tǒng)應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)通過無源器件，通過開關(guān)投切，組合的方式實(shí)現(xiàn)功率的平衡調(diào)節(jié)，但是以上方法存在階梯型補(bǔ)償?shù)膯栴}，而且會(huì)存在過補(bǔ)償或者欠補(bǔ)償，只能降低三相有功的平衡度，無法實(shí)現(xiàn)線性補(bǔ)償，無法根本解決三相不平衡問題；而且采用開關(guān)投切組合的方式，尤其在電網(wǎng)系統(tǒng)中，負(fù)載波動(dòng)非常頻繁，將導(dǎo)致開關(guān)頻繁地投切工作，容易造成開關(guān)器件的損壞，對(duì)于電網(wǎng)系統(tǒng)，維護(hù)性和操作性太差；采用無源器件投切的方式實(shí)現(xiàn)功率三相不平衡治理，容易造成與電網(wǎng)發(fā)生諧振，造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定；而且采用無源器件實(shí)現(xiàn)方法，存在體積大，重量大的問題，很難在電網(wǎng)戶外柱上安裝；所以目前有功功率平衡技術(shù)應(yīng)用上還存在缺陷，尤其是很難在電網(wǎng)戶外柱上使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決采用無源器件的補(bǔ)償方式無法實(shí)現(xiàn)線性補(bǔ)償、容易與電網(wǎng)發(fā)生諧振、補(bǔ)償裝置體積大、重量大、很難在電網(wǎng)戶外柱上安裝的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種三相電網(wǎng)相間不平衡治理裝置及方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]三相電網(wǎng)相間不平衡治理電路，包括三個(gè)網(wǎng)側(cè)電感、三個(gè)逆變電感、三相全波電路、電容C4和電容C5，所述三個(gè)網(wǎng)側(cè)電感包括電感器L1、電感器L2和電感器L3，所述三個(gè)逆變電感包括電感器L4、電感器L5和電感器L6，三個(gè)網(wǎng)側(cè)電感的一端分別與三相電網(wǎng)A、B、C連接，三個(gè)網(wǎng)側(cè)電感另一端分別與三個(gè)逆變電感對(duì)應(yīng)連接，三個(gè)逆變電感的另一端分別與三相全波電路的逆變輸出側(cè)連接，所述電容C4、電容C5為三相全波電路直流側(cè)的支撐電容；
[0008]電感器LI與電感器L4的連接點(diǎn)連接有串聯(lián)的電阻Rl與電容Cl，電感器L2與電感器L5的連接點(diǎn)連接有串聯(lián)的電阻R2與電容C2，電感器L3與電感器L6的連接點(diǎn)連接有串聯(lián)的電阻R3與電容C3 ;所述電容Cl、電容C2、電容C3的另一端連接于電網(wǎng)N線，電容C4、電容C5的中點(diǎn)與電網(wǎng)N線連接。
[0009]上述三相全波電路是由3個(gè)IGBT模塊構(gòu)成的。
[0010]三相電網(wǎng)相間不平衡治理系統(tǒng)，包括三相電網(wǎng)相間不平衡治理電路、檢測(cè)采樣調(diào)理單元、控制運(yùn)算單元以及驅(qū)動(dòng)單元，
[0011]所述檢測(cè)采樣調(diào)理單元用于采樣來自三個(gè)網(wǎng)側(cè)電感和三相逆變電感連接點(diǎn)處的三相逆變輸出電流、三相逆變電感與三相全波電路連接處的三相LCL濾波電流、外部加載的三相負(fù)載電流以及三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)理的輸出調(diào)理信號(hào)；
[0012]所述控制運(yùn)算單元包括軟鎖相環(huán)控制模塊、提取模塊以及SPWM調(diào)制模塊，
[0013]所述軟鎖相環(huán)控制模塊對(duì)三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相，輸出同步信號(hào):
[0014]所述提取模塊:基于對(duì)稱分量法的一種自適應(yīng)控制法，依據(jù)同步信號(hào)，將三相負(fù)載電流由相分量變換為序分量，得到需要補(bǔ)償?shù)恼蚍至侩娏鳌⒇?fù)序分量電流和零序分量電流的值:后將零序分量電流運(yùn)算得到基波零序電流和諧波零序電流；最終將正序分量電流、負(fù)序分量電流、基波零序電流和諧波零序電流，發(fā)送給SPWM調(diào)制模塊；
[0015]所述SPWM調(diào)制模塊:接收正序分量電流、負(fù)序分量電流、基波零序電流和諧波零序電流相加后進(jìn)行SPWM調(diào)制，得到三路PWM信號(hào)電平；
[0016]所述驅(qū)動(dòng)單元:將三路PWM信號(hào)電平轉(zhuǎn)換調(diào)理，得到6路隔離的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制三相全波電路的IGBT模塊。
[0017]上述控制運(yùn)算單元還包括保護(hù)模塊，用于依據(jù)電壓、電流和頻率保護(hù)設(shè)備。
[0018]上述控制運(yùn)算單元基于DSP和FPGA。
[0019]三相電網(wǎng)相間不平衡治理方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0020]I)采樣來自三個(gè)網(wǎng)側(cè)電感和三相逆變電感連接點(diǎn)處LCL濾波電流、三相逆變電感與三相全波電路連接處的三相逆變輸出電流、外部加載的三相負(fù)載電流以及三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)理的輸出調(diào)理信號(hào)；
[0021]2)對(duì)三相電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相，輸出同步信號(hào):
[0022]3)依據(jù)同步信號(hào)，將三相負(fù)載電流由相分量變換為序分量，得到需要補(bǔ)償?shù)恼蚍至侩娏?、?fù)序分量電流和零序分量電流的值:后將零序分量電流運(yùn)算得到基波零序電流和諧波零序電流；最終將正序分量電流、負(fù)序分量電流、基波零序電流和諧波零序電流；
[0023]4)接收正序分量電流、負(fù)序分量電流、基波零序電流和諧波零序電流后進(jìn)行相加，再進(jìn)行SPWM調(diào)制，得到三路PWM信號(hào)電平；
[0024]5)將三路PWM信號(hào)電平轉(zhuǎn)換調(diào)理，得到六路隔離的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制三相全波電路的IGBT模塊，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，得到需要輸出的電流。
[0025]上述步驟3)基于對(duì)稱分量法的一種自適應(yīng)控制法。
[0026]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是:
[0027]1、本發(fā)明能治理三相不平衡，降低三相不平衡度:三相四線系統(tǒng)，由于單相負(fù)載的因素，導(dǎo)致三相不平衡，引起變壓器損耗增大，變壓器出力不足，線路損耗增大。本發(fā)明通過電流互感器檢測(cè)負(fù)載電流，在提取的零序電流的基礎(chǔ)上，基于對(duì)稱分量法的一種自適應(yīng)控制法，提取出負(fù)序電流、正序分量電流、基波零序電流和諧波零序電流，由DSP運(yùn)算產(chǎn)生需要補(bǔ)償?shù)呢?fù)序指令，正序指令、零序指令，將指令疊加作為電流給定，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，使設(shè)備輸出相應(yīng)的補(bǔ)償電流，最終達(dá)到治理三相不平衡的目標(biāo)，降低三相不平衡度；
[0028]2、本發(fā)明多倍N線