智能平衡補償方法及其裝置制造方法
【專利摘要】一種智能平衡補償方法及其裝置，包括：①、在三相四線制電源與負載間設(shè)置平衡補償裝置，平衡補償裝置采集電源側(cè)和負載側(cè)的電壓電流值；②、平衡補償裝置根據(jù)采集到的電壓電流值，計算得出基準電流值；將每相電流與基準電流進行比對，比對得到每相差額電流；③、利用多電平逆變器可調(diào)電流源產(chǎn)生差額電流，并將差額電流并入每相電流中，從而使得電網(wǎng)三相電流電壓平衡。本發(fā)明采用向量合成方法獲取一個差額電流，并把差額電流加在三相電流中，從而有效解決了三相不平衡的問題。而且，本發(fā)明提高了功率因數(shù)，增加了變壓器有效容量，降低了系統(tǒng)的諧波電流，減小了中性線電流。對于配網(wǎng)的安全、高效、低耗運行能夠發(fā)揮重要的作用。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種解決電網(wǎng)三相不平衡的方法，并涉及實施該方法所采用的平衡補 償裝置。 智能平衡補償方法及其裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)的發(fā)展，包括電力電子裝置在內(nèi)的各類用電設(shè)備不斷地增加，一方面是 引入了更多的干擾源，另一方面，更多的用電設(shè)備卻需要高質(zhì)量的電能，因此造成了供求關(guān) 系上的矛盾。在中、低壓配電網(wǎng)中，三相線路的非線性負荷具有很大的隨機性，而且也不可 能是完全平衡的。配電變壓器的不平衡運行會帶來變壓器運行損耗及三相配電電壓偏差， 而在此運行狀態(tài)中，產(chǎn)生了負序分量，負序分量將會引起旋轉(zhuǎn)電機的附加發(fā)熱，增加系統(tǒng)損 耗，降低系統(tǒng)運行效率。
[0003] 城鄉(xiāng)10kV及以下配電網(wǎng)三相功率不對稱主要是由于大部分電力用戶用電時從三 相電網(wǎng)中任取一相而引起的，目前解決的主要方法是電力運營部門根據(jù)各相負載的分布情 況，調(diào)整用電大戶的某個用電單位的用電，使該區(qū)域配電網(wǎng)三相負載趨于基本平衡。但這種 方法費時費力，且僅能使配電網(wǎng)趨于三相平衡，影響正常工業(yè)生產(chǎn)。
[0004] 專利號為200910087456. 5、發(fā)明名稱為"10kV及以下配電網(wǎng)的平衡配電系統(tǒng)"的 發(fā)明專利申請，與本專利有所不同： 1)裝置所采用的電流源模塊不同，專利7456中采用的是三相模塊組合型多電平變換 器，三相三角形接線的級聯(lián)多電平變換器的一種。而本裝置是采用三線四線制的三電平逆 變器，在硬件上有本質(zhì)的不同。
[0005] 2)在算法上，差額電流的算法不一樣。
[0006] 3)整體裝置的組成不一樣。專利7456中采用的是三相模塊組合型多電平變換器 構(gòu)成的電流源；而本裝置除了可單獨使用三線四線制的三電平逆變器構(gòu)成的可調(diào)電流源來 達到平衡補償效果外，還可以在此基礎(chǔ)上增加一次電容補償單元，電容濾波單元來構(gòu)成裝 置。
[0007] 專利號為201210214840. 9、發(fā)明名稱為"一種適用于低壓配電網(wǎng)的在線治理三相 負荷不平衡的方法"的發(fā)明專利申請，與本專利有所不同： 1)該裝置調(diào)節(jié)負荷的設(shè)備在終端負荷側(cè)，通過調(diào)節(jié)負荷開關(guān)在A、B、C三相間的不同轉(zhuǎn) 換來達到用電負荷側(cè)的三相平衡。而本裝置是通過可調(diào)電流源調(diào)節(jié)低壓配變0. 4kV側(cè)各相 的電流來達到配壓輸出側(cè)的三相電流電壓平衡。
[0008] 2)由于負荷側(cè)的負荷大小，時間變化均很迅速，通過分節(jié)開關(guān)把負荷在各相之間 切換無法跟上負荷的變化。
[0009] 3)由于可調(diào)負荷的電流是固定的，而負荷側(cè)的三相不平衡電流的大小變化多樣， 因此通過調(diào)整相間固定負載來達到三相電流完全平衡是無法完成的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是電網(wǎng)三相不平衡的問題，提供一種智能平衡補償方法 及其裝置。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段： 一種智能平衡補償方法，它包括以下步驟： ① 、在三相四線制電源與負載間設(shè)置平衡補償裝置，平衡補償裝置采集電源側(cè)和負載 側(cè)的電壓電流值； ② 、平衡補償裝置根據(jù)采集到的電壓電流值，計算得出基準電流值；將每相電流與基準 電流進行比對，比對得到每相差額電流； ③ 、利用多電平逆變器可調(diào)電流源產(chǎn)生差額電流，并將差額電流并入每相電流中，從而 使得電網(wǎng)三相電流電壓平衡。
[0012] 在步驟②中，所述的基準電流是這樣獲取的：i)幅值確定：基準電流幅值為采集 到的三相電流值平均值；ii)相位確定：以采集到的其中一相電壓中的相位為基準相位。
[0013] 在步驟②中，每相的差額電流是這樣獲取的：將采集到的各相電流與各相基準電 流進行向量合成得到差額電流。
[0014] 一種智能平衡補償裝置，它包括微處理器，微處理器的輸入端連接電源側(cè)和負載 側(cè)的電壓電流互感器，它還包括設(shè)置在微處理器輸出端的多電平逆變器以及連接在逆變器 輸出端的輸出電抗器和濾波電路。它還包括位于多電平逆變器側(cè)、與多電平逆變器并聯(lián)運 行的無功補償模塊和無源濾波模塊。
[0015] 與多電平逆變器并聯(lián)運行的無功補償模塊、無源濾波模塊采用控制設(shè)備及投切電 容器開關(guān)進行控制。
[0016] 所述的投切電容器開關(guān)為晶閘管、接觸器、負荷開關(guān)中的任意一種。
[0017] 所述的投切電容器開關(guān)為并聯(lián)設(shè)置的一個、兩個、三個或甚至更多個。
[0018] 投切電容器開關(guān)與多電平逆變器共用一個控制設(shè)備；或者，投切電容器開關(guān)與多 電平逆變器分別采用各自的控制設(shè)備進行控制。
[0019] 所述的無功補償模塊為采用三角形接法或星形接法或三角形接法和星形接法混 合接法連接在一起的補償電容器組。
[0020] 采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，采用向量合成方法獲取一個差額電流，并把差額電 流加在三相電流中，從而有效解決了三相不平衡的問題。而且，本發(fā)明提高了功率因數(shù)，增 加了變壓器有效容量，降低了系統(tǒng)的諧波電流，減小了中性線電流。對于配網(wǎng)的安全、高效、 低耗運行能夠發(fā)揮重要的作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0022] 圖2為差額電流向量合成圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明中可調(diào)電流源拓撲電路圖。
[0024] 圖4為多個投切電容器組與可調(diào)電流源共用一個控制設(shè)備的一次系統(tǒng)電路圖，其 中無功補償模塊為采用三角形接法。
[0025] 圖5為多個投切電容器組與可調(diào)電流源共用一個控制設(shè)備的一次系統(tǒng)電路圖，其 中無功補償模塊為采用Y接法。
[0026] 圖6為多個投切電容器組與可調(diào)電流源共用一個控制設(shè)備的一次系統(tǒng)電路圖，其 中無功補償模塊為采用星型接法和三角形接法共補的方式。
[0027] 圖7為多個投切電容器組與可調(diào)電流源分別采用各自的控制設(shè)備進行控制的一 次系統(tǒng)電路圖，其中無功補償模塊為采用三角形接法。
[0028] 圖8為兩個投切電容器開關(guān)與可調(diào)電流源分別采用各自的控制設(shè)備進行控制的 一次系統(tǒng)電路圖，其中無功補償模塊為采用星型（Y)接法。
[0029] 圖9為多個投切電容器組與可調(diào)電流源分別采用各自的控制設(shè)備進行控制的一 次系統(tǒng)電路圖，其中無功補償模塊為采用Y接法和三角形接法混合接法。
【具體實施方式】
[0030] 如圖1所示，一種智能平衡補償方法，它包括以下步驟： ① 、在三相四線制電源與負載間設(shè)置平衡補償裝置，平衡補償裝置采集電源側(cè)和負載 側(cè)的電壓電流值； ② 、平衡補償裝置根據(jù)采集到的電壓電流值，計算得出基準電流值；將每相電流與基準 電流進行比對，比對得到每相差額電流； ③ 、利用多電平逆變器可調(diào)電流源產(chǎn)生差額電流，并將差額電流并入每相電流中，從而 使得電網(wǎng)三相電流電壓平衡。
[0031] 在步驟②中，基準電流是這樣獲取的：i)幅值確定：基準電流幅值為采集到的三 相電流值平均值；ii)相位確定：以采集到的其中一相電壓中的相位為基準相位。每相的差 額電流是這樣獲取的：將采集到的各相電流與各相基準電流進行向量合成得到差額電流， 如圖2所示，la為實際采集到的電流值，la"為想要獲取的基準電流，也可以稱之為目標電 流，la'為差額電流。這樣，實際電流值la與差額電流la'全部獲取到后，就可以在基準 相位上獲取到基準電流，從而實現(xiàn)三相平衡。
[0032] 如圖3所示，一種智能平衡補償裝置，它包括微處理器，微處理器的輸入端連接電 源側(cè)和負載側(cè)的電壓電流互感器，它還包括多電平逆變器的可調(diào)電流源以及連接在逆變器 輸出端的輸出電抗器和濾波電路。另外，它還包括位于多電平逆變器側(cè)、與多電平逆變器并 聯(lián)運行的無功補償模塊和無源濾波模塊。
[0033] 如圖4一圖9所示，與多電平逆變器并聯(lián)運行的無功補償模塊、無源濾波模塊采用 控制設(shè)備及投切電容器開關(guān)。上述的投切電容器開關(guān)為晶閘管、接觸器、負荷開關(guān)中的任意 一種，其個數(shù)為并聯(lián)設(shè)置的一個、兩個、三個或甚至更多個。上述的無功補償模塊為采用三 角形Λ接法或星形Y接法或三角形Λ接法和星形Y接法混合接法連接在一起的補償電容器 組。
[〇〇34] 在控制方式上，投切電容器開關(guān)與多電平逆變器可以共用一個控制設(shè)備，也可以 是投切電容器開關(guān)與多電平逆變器分別采用各自的控制設(shè)備進行控制。
【權(quán)利要求】
1. 一種智能平衡補償方法，其特征在于，它包括以下步驟： ① 、在三相四線制電源與負載間設(shè)置平衡補償裝置，平衡補償裝置采集電源側(cè)和負載 側(cè)的電壓電流值； ② 、平衡補償裝置根據(jù)采集到的電壓電流值，計算得出基準電流值；將每相電流與基準 電流進行比對，比對得到每相差額電流； ③ 、利用多電平逆變器可調(diào)電流源產(chǎn)生差額電流，并將差額電流并入每相電流中，從而 使得電網(wǎng)三相電流電壓平衡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能平衡補償方法，其特征在于：在步驟②中，所述的基準 電流是這樣獲取的：i)幅值確定：基準電流幅值為采集到的三相電流值平均值；ii)相位確 定：以采集到的其中一相電壓中的相位為基準相位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能平衡補償方法，其特征在于：在步驟②中，每相的差額電 流是這樣獲取的：將采集到的各相電流與各相基準電流進行向量合成得到差額電流。
4. 一種智能平衡補償裝置，其特征在于：它包括微處理器，微處理器的輸入端連接電 源側(cè)和負載側(cè)的電壓電流互感器，它還包括設(shè)置在微處理器輸出端的多電平逆變器以及連 接在逆變器輸出端的輸出電抗器和濾波電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能平衡補償裝置，其特征在于：它還包括位于多電平逆變 器側(cè)、與多電平逆變器并聯(lián)運行的無功補償模塊和無源濾波模塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能平衡補償裝置，其特征在于：與多電平逆變器并聯(lián)運行 的無功補償模塊、無源濾波模塊采用控制設(shè)備及投切電容器開關(guān)進行控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能平衡補償裝置，其特征在于：所述的投切電容器開關(guān)為 晶閘管、接觸器、負荷開關(guān)中的任意一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能平衡補償裝置，其特征在于：所述的投切電容器開關(guān)為 并聯(lián)設(shè)置的一個、兩個、三個或甚至更多個。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6或或7或8所述的智能平衡補償裝置，其特征在于：投切電容器開 關(guān)與多電平逆變器共用一個控制設(shè)備；或者，投切電容器開關(guān)與多電平逆變器分別采用各 自的控制設(shè)備進行控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能平衡補償裝置，其特征在于：所述的無功補償模塊為采 用三角形接法或星形接法或三角形接法和星形接法混合接法連接在一起的補償電容器組。
【文檔編號】H02J3/26GK104065092SQ201410242972
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】毛四新 申請人:毛四新