諧振注入型配電線路三相不平衡過電壓抑制裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種諧振注入型配電線路三相不平衡過電壓抑制裝置，該裝置通過有源逆變電路向配電網(wǎng)中性點注入特定幅值與相位的零序電流，以達到三相不平衡過電壓抑制的目的。該裝置包含一并聯(lián)諧振注入支路，可增大系統(tǒng)零序阻抗，以保證中性點電壓較低時，裝置注入電流的可控性。該裝置控制系統(tǒng)采用比例諧振控制器進行電流控制，以實現(xiàn)注入電流的快速、高精度控制。本發(fā)明可快速、精確抑制配電網(wǎng)三相不平衡過電壓，對提高電能質(zhì)量、維護系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要的意義。
【專利說明】
諧振注入型配電線路三相不平衡過電壓抑制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種諧振注入型配電線路三相不平衡過電壓抑制裝置，特別適用于配 電網(wǎng)三相不平衡過電壓抑制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于我國配電網(wǎng)慣行的接地方式、線路架設(shè)方法與線路中電壓互感器及補償電容 的不對稱布置，使得我國配電網(wǎng)長期存在三相對地參數(shù)不對稱的情況，容易引發(fā)三相不平 衡。三相不平衡過電壓會給電力系統(tǒng)及用戶帶來一系列的危害，包括：降低配電變壓器的出 力，危及變壓器的安全與壽命；增加電動機和輸電線路的損耗；影響用電設(shè)備尤其是單相 負(fù)荷的正常運行；各相電壓不對稱還會危及系統(tǒng)的絕緣，并給故障檢測帶來困難，容易導(dǎo)致 保護裝置誤動作。一旦在不平衡的情況下發(fā)生故障，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)進入諧振狀態(tài)，使中性 點位移電壓迅速增大，導(dǎo)致供電設(shè)備無法正常工作，影響配電系統(tǒng)供電可靠性。
[0003]目前國內(nèi)外已有的配電網(wǎng)三相不平衡治理方法包括：（1)改變系統(tǒng)接地方式；（2 )手 動/自動投切電容/電抗器組；（3)使用電力電子設(shè)備控制的靜止無功補償裝置。改變系統(tǒng) 接地方式常用經(jīng)消弧線圈接地或消弧線圈串聯(lián)電阻接地，但該方法在系統(tǒng)運行方式發(fā)生較 大變化時可能導(dǎo)致諧振的發(fā)生，帶來更大的不平衡過電壓；使用投切電容/電抗器組方式 抑制三相不平衡時，投切時間及投切容量均由系統(tǒng)以往的運行經(jīng)驗推測、計算得來，難以精 確快速地達到抑制要求；靜止無功補償裝置采用電力電子及現(xiàn)代控制技術(shù)，動態(tài)性能優(yōu)良， 有十分廣闊的應(yīng)用前景，但這些裝置的主要功能是對負(fù)荷不平衡引起的線路無功缺額進行 補償，只能減小輸電線路上的電壓偏移，并不能對中性點位移電壓進行補償。
[0004] 因此，為了對三相參數(shù)不對稱造成的三相不平衡過電壓進行抑制，本發(fā)明提出了一 種諧振注入型配電線路三相不平衡過電壓抑制裝置，其基本原理為：通過裝置逆變電路向 配電網(wǎng)中性點注入一零序電流，調(diào)整該電流的幅值和相位來控制系統(tǒng)零序電壓，從而實現(xiàn) 對三相不平衡過電壓的抑制。為更好地注入該零序電流并控制系統(tǒng)零序電壓，本發(fā)明采用 并聯(lián)諧振注入支路及注入電流閉環(huán)控制方法，可保證注入電流的可控性，實現(xiàn)對注入電流 的快速、高精度控制，具深遠的意義和廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決配電線路三相對地參數(shù)不對稱帶來的三相不平衡問題，本發(fā)明提出了一種 諧振注入型配電線路三相不平衡抑制裝置，該裝置主要由采樣模塊、DSP控制模塊、整流電 路、逆變電路、輸出濾波器及諧振注入支路構(gòu)成，通過閉環(huán)反饋控制注入電流幅值及相位實 現(xiàn)三相不平衡抑制。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供了一種并聯(lián)諧振注入支路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可在保證輸出電流 能力的情況下，實現(xiàn)輸出電流的可靠調(diào)節(jié)。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟： 1)采樣模塊對中性點電壓4及三相電壓私、I嘆進行連續(xù)、實時采樣后將信號送入 DSP主控板，并執(zhí)行步驟2); 2) 若中性點電壓4超過整定值，即系統(tǒng)相電壓的15%，DSP將實時計算逆變電路占空 比，并控制驅(qū)動電路產(chǎn)生PWM脈沖，經(jīng)逆變電路輸出適當(dāng)?shù)拿}沖電壓，并執(zhí)行步驟3); 3) 步驟2)中的脈沖電壓經(jīng)輸出濾波器與諧振注入支路向配電網(wǎng)中性點注入電流，通 過閉環(huán)反饋控制器實時調(diào)節(jié)采樣模塊檢測的注入電流的幅值及相位，保證注入電流的無差 調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對三相不平衡的抑制，再返回步驟1)。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是： 1) 可實時檢測中性點電壓，在中性點出現(xiàn)過電壓時迅速注入零序電流對配電線路三相 不平衡進行抑制； 2) 諧振注入支路能增大配電系統(tǒng)零序阻抗，提高控制系統(tǒng)阻尼率，避免在三相不平衡 抑制過程中出現(xiàn)注入零序電流不受控制的情況； 3) 采用電流閉環(huán)反饋控制，以注入電流為控制目標(biāo)，通過實時調(diào)節(jié)注入電流幅值與相 位，達到快速抑制中性點電壓的目的。
[0009] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
【附圖說明】
[0010] 圖1是諧振注入型配電線路三相不平衡抑制裝置拓?fù)鋱D。
[0011] 圖2是本發(fā)明的注入支路設(shè)計原理圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明的閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。
[0013] 圖4為比例諧振控制器的波特圖。
[0014] 圖5為三相電壓波形抑制前后對比圖。
[0015] 圖6為采用并聯(lián)諧振注入支路前中性點電壓抑制效果圖。
[0016] 圖7為采用并聯(lián)諧振注入支路后中性點電壓抑制效果圖。
【具體實施方式】
[0017] 圖1為本發(fā)明裝置的拓?fù)鋱D，H戌是系統(tǒng)三相電源，m心心6分別表 示三相對地電阻及電容，A、尤及q構(gòu)成并聯(lián)諧振注入支路，4、G為濾波支路，中性點電壓 4及注入電流Λ經(jīng)采樣器采樣后輸送至調(diào)理電路，dsp主控板對采集到的信號進行處理與 計算后得到注入電流的幅值與相位，濾波后經(jīng)注入支路注入中性點，具體計算方法如下：
[0018] 由基爾霍夫定律可知：
(1)
[0019] 如果注入電流取值為
(2)
[0020] 則4=0,即中性點位移電壓為零，徹底消除了配電網(wǎng)正常運行時因三相對地不對 稱電流產(chǎn)生的中性點位移過電壓。因此，通過向配電網(wǎng)中性點注入零序電流，可以實現(xiàn)中性 點位移過電壓抑制。
[0021] 為保證注入電流能更好地抑制系統(tǒng)三相不平衡，實現(xiàn)對中性點電壓精確迅速的控 制，設(shè)計圖2所示的并聯(lián)諧振注入支路原理圖。忽略系統(tǒng)對地電阻并進行戴維南等效后，配 電網(wǎng)可等效為一電壓源爲(wèi)與電容G的串聯(lián)支路，同時，輸出電壓Μ由整流逆變器發(fā)出，經(jīng) 濾波器濾波后輸出電壓^的幅值和相位完全可控。注入支路的阻抗可表示為：
(3)
[00221 亦俁iTF由袢占由壓為雪的前搵下_ W知逆變器輸出電壓與注入電流的關(guān)系為：
(4)
[0023] 因此，逆變器輸出電壓與注入支路參數(shù)的關(guān)系為：
(5)
[0024] 綜合權(quán)衡系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與諧振注入支路的關(guān)系，結(jié)合式（3)、（4)、（5)，設(shè)計諧振注 入支路具體參數(shù)，應(yīng)滿足的條件有：（1)注入支路電感、電容參數(shù)應(yīng)避開諧振點，將其設(shè)計 在感性偏諧5%的狀態(tài)，以避免筆過大導(dǎo)致電流無法注入中性點的問題；（2)為防止注入支 路與系統(tǒng)電容發(fā)生串聯(lián)諧振，注入支路阻抗?fàn)?wèi)不能與配電網(wǎng)對地容抗相等；（3)為控制注 入支路的功率損耗在一定范圍，設(shè)計注入支路電阻的阻值為其感抗與容抗之差的10%。式 (6)給出了注入支路參數(shù)的具體設(shè)計依據(jù)：
(6)
[0025」 圖3為本友明的電沭捏制糸統(tǒng)不蒽圖，為保證注入電流能迅速跟蹤目標(biāo)、提高控 制精度、減小穩(wěn)態(tài)誤差，對電流采用比例諧振控制方法。同時考慮到在現(xiàn)實情況中元器件參 數(shù)的測量問題以及數(shù)字控制器的精度有限，不可能使得諧振頻率處的增益為無窮大，因此 在設(shè)計比例諧振控制器時須考慮實際諧振頻率與理想諧振頻率的偏差，否則在實際諧振頻 率處由于增益的急劇下降，無法消除穩(wěn)態(tài)誤差。故綜合上述分析取比例諧振控制器傳遞函 數(shù)為· (7)
[0026] 并設(shè)置其參數(shù)為：皂=1，夂=1，也:為諧振頻率。該比例諧振控制器能彌補實際頻 率與諧振頻率之間的偏差引起的穩(wěn)態(tài)精度偏低問題，且能夠減小諧波對系統(tǒng)輸出波形的影 響，其波特圖如圖4所示。
[0027] 本文建立了配電網(wǎng)三相不平衡過電壓抑制系統(tǒng)的仿真模型，以驗證所述三相不平 衡過電壓抑制裝置原理的有效性，系統(tǒng)電源為線電壓380V的對稱三相交流電，設(shè)置A、B兩 相對地電容均為100 _，而C相對地電容(6=200:^,從而人為地制造了配電網(wǎng)三相不平 衡，0.1 s時刻向系統(tǒng)注入電流，經(jīng)過極短的時間后可將中性點電壓抑制到零，實現(xiàn)了三相不 平衡的精確、快速抑制（如圖5、圖6所示)。圖7所示為使用并聯(lián)諧振支路注入零序電流抑 制中性點電壓的仿真結(jié)果，對比圖6與圖7可以看到，通過諧振注入支路注入電流的抑制效 果更為明顯，且可以大大減小在注入電流瞬間對電網(wǎng)的沖擊。
【主權(quán)項】
1. 一種諧振注入型配電線路三相不平衡過電壓抑制裝置，包括采樣模塊、DSP控制模 塊、整流電路、逆變電路、輸出濾波器及諧振注入支路，其原理為：裝置逆變電路在配電網(wǎng)發(fā) 生三相不平衡過電壓時輸出零序電流，該電流經(jīng)諧振注入支路注入配電網(wǎng)中性點，調(diào)節(jié)該 電流的值可控制系統(tǒng)零序電壓，實現(xiàn)三相不平衡過電壓的抑制具體步驟如下： 1) 信號采樣模塊連續(xù)、實時測量配電網(wǎng)中性點電壓及三相電壓，當(dāng)中性點電壓大于整 定值時，判定為配電網(wǎng)三相不平衡，執(zhí)行步驟2); 2) 通過DSP主控板驅(qū)動有源逆變電路向配電網(wǎng)中性點注入一零序電流，對該注入電流 采用閉環(huán)反饋控制，實時調(diào)節(jié)其幅值和相位，直到實現(xiàn)中性點位移電壓的抑制，再返回步驟 1)〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種諧振注入支路，其特征在于：該支路位于輸出濾波器與 配電網(wǎng)中性點之間，可增大配電網(wǎng)零序阻抗，避免了注入電流不可控及裝置控制系統(tǒng)振蕩 問題。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種注入電流閉環(huán)控制方法，其特征在于：采用比例諧振控 制器對注入電流進行控制，可使注入電流快速、精確地跟蹤目標(biāo)值，保證三相不平衡過電壓 抑制的實時性和準(zhǔn)確性。
【文檔編號】H02J3/12GK105990841SQ201510181379
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年4月17日
【發(fā)明人】王文, 曾祥君, 賀蕾思思, 范必雙, 周豐, 劉鵬, 蔡演存
【申請人】長沙理工大學(xué)