基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器制造技术

本实用新型专利技术公开了基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器。该调节器由主电路和控制电路构成；主电路由三相整流桥、逆变器功率模块、输出滤波器、隔离变压器组成；控制电路由采样电路、DSP控制器、光电隔离输入输出电路和工业控制计算机组成。主电路由三相整流桥、逆变器功率模块、输出滤波器和隔离变压器组成。本实用新型专利技术的有益效果是：本实用新型专利技术可大大提高无功补偿装置的运行时间和效率，减少维护工作量，能充分发挥装置动态、快速的调节作用，加强中枢点的无功和电压调控能力，促使地区电网迅速实现无功平衡和电压稳定，提高电网的现代化和自动化水平。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电能质量调节器，特别涉及一种基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到了广泛应用。这些设备的运行使电网中电压和电流波形畸变越来越严重，谐波污染日益严重。另外，冲击性、波动性负荷，例如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且还会产生电压波动、跌落、三相不平衡、供电中断等电能质量问题，电网输出的交流电并不是稳定的正弦波，使供电质量不断恶化。另一方面，随着各种复杂的、精密的、 对电能质量敏感的用电设备不断普及，人们对电能质量的要求越来越高，因而电能质量成为目前研究的热点。目前改善电能质量的主要手段，如无源滤波器、有触点开关或晶闸管投切电容器、 静止无功补偿装置，以及不间断供电电源(UPS)等，并非是解决电能质量问题的最有效方法.无法满足人们对电能质量所提出的更高要求。1976年L. Gyugyi等人利用由基于大功率晶体管的脉宽调制(PWM)变流器构成有源电力滤波器(APF)和静止无功发生器(DSTATC0M) 来消除电网谐波，改善电压质量、补偿无功功率、改善负载不平衡等。此后，随着电力电子技术和PWM技术的飞速发展.以及对非正弦条件下无功功率理论的深入研究.特别是日本学者H. Akagi等人提出的瞬时无功功率理论.使得APF和DSTATC0M得到迅速的发展和完善.并开始由试验阶段逐渐转向工业应用阶段。本权利要求所述的多功能电能质量调节器能够同时实现功率因数和负载电压调节以及滤除电网谐波等功能。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器。这种电能质量调节器结构简单，并能够同时实现功率因数和负载电压调节以及滤除电网谐波等功能。本技术解决上述技术问题的技术方案是基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器，由主电路和控制电路组成。主电路由三相整流桥、逆变器功率模块、输出滤波器、隔离变压器组成。控制电路由采样电路、DSP 控制器、光电隔离输入输出电路和工业控制计算机组成；1)各部件的结构输出滤波器由电感和电容组成；DSP控制器设有I、II、III三个端口，DSP控制器的I端口为I/O输入输出口；II端口为采样模块；III端口为通信模块；2)各部件的连接关系三相整流桥的一端与电网相连，另一端连接电压支撑电容C的逆变器功率模块， 逆变器功率模块的输出端与输出滤波器的一端连接，输出滤波器的另一端连接隔离变压器的原边，隔离变压器的副边接电网；采样电路的输出端接DSP控制器的II，DSP控制器的I和光电隔离输入输出电路通过光纤相连，光电隔离输入输出电路的输出端与逆变器功率模块连接；DSP控制器的III 和工业控制计算机通过RS232串口连接；上述的逆变器功率模块采用infineon (英飞凌)的FF450R17ME3模块。上述的隔离变压器的原副边的匝数比为1 2。上述的述的DSP控制器模块采用合众达公司的DPS2812M控制器。上述的述采样电路采用两片AD7656芯片，精度16位。本技术的有益效果是1)在提高系统的暂态稳定性、阻尼系统振荡等方面，多功能电能质量调节器的性能大大优于传统的同步调相机；2)采用数字控制技术，系统可靠性高，基本不需要维护，可以节省大量维护费用； 同时，可通过调度中心EMS实现无功潮流和电压最优控制，是建设中的数字电力系统(DPS) 的组成部分；3)控制灵活、调节范围广，在感性和容性运行工况下均可连续快速调节，响应速度可达毫秒级。4)静止运行，安全稳定，没有调相机那样的大型转动设备，无磨损，无机械噪声，将大大提高装置寿命，改善环境影响。5)逆变器功率模块输出的PWM波经输出滤波器滤波后，波形即可满足要求，经变比为1 2的隔离变压器后输出，这样逆变器功率模块的直流侧电压不必很高就能适合于高电压等级条件下的无功补偿。综上所述，本技术可大大提高无功补偿装置的运行时间和效率，减少维护工作量，能充分发挥装置动态、快速的调节作用，加强中枢点的无功和电压调控能力，促使地区电网迅速实现无功平衡和电压稳定，提高电网的现代化和自动化水平。附图说明图1是本技术的基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器的结构示意图。图中三相整流桥1、逆变器功率模块2、输出滤波器3、隔离变压器4、采样电路5、 DSP控制器6、光电隔离输入输出电路7、工业控制计算机8、主电路9和控制电路10。图2是本技术的DSP控制器示意图。图中过零测定模块6-1、采样模块6-2、滤波模块6-3、故障检测模块6_4、通信模块 6-5。具体实施方式本技术的基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器的结构如图1所示，本技术所述的基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器，由主电路9和控制电路10组成。主电路9由三相整流桥1、逆变器功率模块2、输出滤波器3、隔离变压器4等组成。三相整流桥、逆变器功率模块、输出滤波器、隔离变压器依次串接。控制电路10包括采样电路 5、DSP控制器6、光电隔离输入输出电路7和工业控制计算机8。基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器的主电路9部分包括三相整流桥1、 逆变器功率模块2、输出滤波器3、隔离变压器4等；其控制电路10部分包括主要包括采样电路5、DSP控制器6、光电隔离输入输出电路7和工业控制计算机8。所述DSP控制器6的主要特征是以DPS2812M为核心，同时集成了常用的DSP外围电路，将实时处理能力和控制器外设功能集于一身。主电路9中的三相整流桥1的输出接有电压支撑电容C，其作用是为装置提供一个电压支撑；对于逆变器功率模块2选用开关频率较高的IGBT，并采用PWM 调制技术。刚上电时封锁逆变桥的六路脉冲，使其处于全桥整流状态，给电压支撑电容C充电。逆变器功率模块2由一组三相桥两电平结构构成，采用PWM调制技术进行控制。逆变器功率模块2输出的正弦电压经过输出滤波器3滤波后经由一个三相隔离变压器4连接到电网上。本新型多功能电能质量调节器可从系统吸收或发出无功功率，可将其看作是一个可控的无功电流源。控制电路10中，电网的三相电流、电压信号经采样电路5采集后，输入到DSP控制器6。DSP控制器6对采集的数据进行计算处理，输出PWM控制脉冲，PWM控制脉冲经光电隔离输入输出电路7送到逆变器功率模块2的控制端。工业控制计算机8通过RS232接口和DSP控制器6进行通讯，用来对电网的三相电流、电压信号进行实时显示，并具有历史数据查询和故障数据查询功能。本技术的DSP控制器结构如图2所示，DSP控制器6包括过零测定模块6_1、 采样模块6-2、滤波模块6-3、故障检测模块6-4和通信模块6-5。过零测定模块6-1的主要作用是实现同步信号过零点的采样。为了保证基于电压型逆变器的多功能电能质量调节器的输出电压与系统同步，必须测定电网电压的过零点作为采样的起始信号。DSP事件管理器的捕获单元可捕获其输入引脚上的跳变信号(信号上升沿或下降沿)，从而使得过零点的捕获实现起来比单片机容易得多。采样模块6-2的作用是实现对电网数据的交流实时采样。根据PWM波计算要求， 采样周期定为156us，频率为工频的1 倍，这样载波频率可到达U8X50 = 6400Hz，载波频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，周柯，周一勇，覃奇，高立克，宁文辉，刘路，楚红波，刘鹏，罗安，王刚，侯桂兵，孙娟，王逸超，谢宁，邓才波，
申请(专利权)人：广西电网公司电力科学研究院，湖南大学，广西电网公司百色供电局，
类型：实用新型
国别省市：