CN107769221A - 一种供电质量优化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一用于提高电网供电质量的装置及方法.针对配网供电线路末端电压远低于允许范围，同时电压波动很大，低压电网普遍频繁出现过负荷现象，导致低压线路损耗显著增大，整个低压电网的功率因数低，供电电压波动大，供电合格率低，并对电器设备造成巨大危害。为低压电网加装供电质量优化装置，可实时自动调节供电电压，使其稳定于标准值，可向用电设备直接提供无功，大幅度降低低压配电网的线路损耗，使无功就地达到平衡，提高配电网实际输电容量，消除谐波电流在线路产生的损耗及对其他用电设备产生的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一用于提高电网供电质量的装置及方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高和家用电器的普及，低压用户、特别是住宅用户的用电量逐年大幅增长，然而厂矿单位、住宅小区、商店等配电线路更新改造速度相对滞后，导致线路末端电压远低于允许范围，同时电压波动很大，低压电网普遍频繁出现过负荷现象，洗衣机、空调器、电视机等非照明负荷难以正常工作，并对电器设备造成巨大危害。同时，由于新增电气负荷大量采用电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置，对无功功率需求很大，并产生大量高次谐波电流，因而导致低压线路损耗显著增大，整个低压电网的功率因数低，供电电压波动大，供电合格率低。
解决上述问题的最佳方案是，遵从就地补偿、就地治理的原则，在低压配电网上，直接加装无功补偿、谐波治理及电压自动调节装置。为低压电网加装无功补偿、谐波治理及电压自动调节装置，可实时自动调节供电电压，使其稳定于标准值，可向用电设备直接提供无功，大幅度降低低压配电网的线路损耗，使无功就地达到平衡，提高配电网实际输电容量；滤除低压配电网的用户设备产生的谐波电流，消除谐波电流在线路产生的损耗及对其他用电设备产生的干扰；提高10/0.4kV变压器运行安全性；大幅度改善由于高压线路雷击、瞬间短路、过负荷等原因造成的电压闪变等异常情况，保护用电设备的安全。
发明内容
本发明的目的是设计一种供电质量优化装置及方法，其具有成本低，可靠性高，维护方便，可提高电网功率因数、滤除电网谐波、调节并隐定电网供电电压。
本发明所设计的一种供电质量优化装置，其包括：
一个交流电源输入，包含一号端口和二号端口；
一个变压器，所述变压器副边的一端与交流电源一号端口连接，变压器副边的另一端作为本发明装置的输出端；
一个单相可逆倍压电路，用于调节交流侧电流及直流电压；
一个输入电抗器，其一端与与所述交流电源输出端口联接，其另一端与所述单相可逆倍压电路的交流侧联接，用于限制、平滑交流电源电流；
一个直流滤波电路，其正、负端分别与所述单相可逆倍压电路的直流侧连接，其中点与所述交流电源的二号端口及所述变压器原边的一端连接，用于实现电压滤波功能；
一个单相逆变电路，其直流侧与所述直流滤波电路的直流侧连接，用于实现将直流电转变为交流电，其交流侧与所述变压器原边的一端连接，从而将所述单相逆变电路的输出交流电耦合并变压至副边绕组；
一个旁路开关，与所述变压器的原边或副边连接，用于本发明装置待机或故障时的保护；
一个交流电压传感器，其输入端分别与所述交流电源的两个端口连接，用于检测交流电源的电压；
一个直流电压传感器电路，其输入端与所述直流滤波电路连接，用于检测直流电压；
一个电流传感器，与所述交流电源的一个输入端口联结，或者与本装置的输出端连接，用于检测交流电源或本装置输出端的电流；
一个控制单元，与所述交流电压传感器、直流电压传感器电路、电流传感器联接，并采集交流电源电压、直流电压、交流电流信号；所述控制单元还与所述单相可逆倍压电路、单相逆变电路相联接，以控制其工作状态；所述控制单元还与所述旁路开关联接，控制其的通断。
上述交流电源输入，是220V电压等级或400V电压等级的单相交流电源输入。
上述单相可逆倍压电路，是包含有两只或两组IGBT等半导体功率开关器件构成的一个桥臂。
上述的直流滤波电路，是包含有两只或两组、由电解电容器或薄膜电容器或超级电容器联接成的电路。
上述的单相逆变电路，是包含有两只或两组IGBT等半导体功率开关器件构成的一个桥臂。
本发明所设计的一种供电质量优化装置，还包括一组并联于所述变压器副边绕组的低通滤波电路，所述低通滤波电路包含有交流滤波电容器。
上述的控制单元包含有微控制器(CPU)芯片，所述微控制器存储有可执行代码及数据，可实现对所述单相可逆倍压电路、单相逆变电路、旁路开关的控制。
本发明所所述的旁路开关，是由接触器、或者断路器、或者可控硅构成的。
本发明所设计的一种供电质量优化方法，包括以下步骤：
由控制单元通过交流电压传感器及电流传感器采集交流电源电压及电流；
根据上述采集的电压、电流的相位差计算出实测功率因数；
将上述计算得到的实测功率因数与设定的理想功率因数值进行对比；
当实测功率因数与理想功率因数值有偏差时，通过控制单元实时调节向单相可逆倍压电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节交流侧无功电流的大小，使上述偏差减小，达到稳定功率因数的目的；
由控制单元通过直流电压传感器电路采集直流滤波电路的直流电压；
将上述采集到的直流电压与设定的理想直流电压进行对比；
当实测直流电压与理想直流电压值有偏差时，通过控制单元实时调节向单相可逆倍压电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节交流侧有功电流的大小，使上述偏差减小，达到稳定直流电压的目的；
根据采集得到的实测交流电源电压值，与所设定的理想交流电压值对比；
当实测的交流电源电压值与理想交流电压值有偏差时，通过控制单元实时调节向单相逆变电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节单相逆变电路的交流侧电压，进而调节变压器副边绕组电压，该副边绕组电压与交流电源电压叠加后，形成一个总的输出电压，从而达到调节输出电压的目的；
本发明所设计的一种供电质量优化方法，其还包括一下步骤：
根据所述采集到的电流值，计算出谐波电流；
通过控制单元实时调节向所述单相可逆倍压电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节单相可逆倍压电路的交流侧电流，使其产生一个与上述计算出的谐波电流符号相反的电流，以实现消除交流电源谐波电流的目的。
附图说明
图1是本发明供电质量优化装置的电气结构图。
图2是本发明供电质量优化装置的一个实施例图。
具体实施方式
下面结合附图，详细介绍本发明供电质量优化装置实施及工作过程。
如图1所示，是供电质量优化装置的电气结构图。其中交流电源由一号端口1及二号端口2接入，一号端口与变压器8的副边绕组的一端口连接，变压器8副边绕组的另一端口作为本发明装置的输出端口。电感3与单相可逆倍压电路4的交流侧连接，二号端口与直流滤波电路5的中点连接，单相可逆倍压电路4的直流侧与直流滤波电路5的正、负端连接。输入交流电经单相可逆倍压电路4调制后，再经直流滤波电路5滤波，变为直流电。
单相逆变电路6的直流侧与直流滤波电路5的正、负端连接。单相逆变电路6的交流侧连接变压器8的原边一端，变压器8的原边另一端与直流滤波电路5的中点连接。单相逆变电路6输出一个经PWM调制后的电压，施加于变压器8的原边绕组，该电压经变压器8变压后，与一号端口串联连接，从而起到调整输出电压的作用。
变压器8的副边绕组同时并联一个旁路开关7，作为故障及检修时的旁路通路。
控制单元11与单相可逆倍压电路4及单相逆变电路6连接，用于控制其中半导体开关器件的通、断状态，同时检测其工作正常与否。
控制单元11同时与交流电压传感器10、直流电压传感器电路12、电流传感器9连接，用于检测本发明装置的输入交流电源电压、电流及直流滤波电路5的电压。
图2是本发明供电质量优化装置的一个实施例图，其交流电源出入可接入220V交流电，其中单相可逆倍压电路4由两只串联的IGBT单相桥14组成，其交流侧与输出端口连接，而单相逆变电路6由两只串联的IGBT单相桥15构成，其交流侧与变压器原边连接。
低通滤波电路16与旁路开关7并联，用于滤除变压器副边的高频脉动电流。
本发明所设计的一种供电质量优化方法，其工作过程通过以下步骤实现：
由控制单元11通过交流电压传感器10及电流传感器9采集交流电源电压及电流，根据所采集的电压、电流的相位差计算出实测功率因数，将上述计算得到的实测功率因数与设定的理想功率因数值进行对比，当实测功率因数与理想功率因数值有偏差时，通过控制单元6实时调节向单相可逆倍压电路4发送的pwm脉冲占空比，从而调节交流电源输入的无功电流的大小，使上述偏差减小，达到稳定功率因数的目的。
控制单元11通过直流电压传感器电路采集直流滤波电路的直流电压，并与设定的理想直流电压进行对比，当实测直流电压与理想直流电压值有偏差时，通过控制单元11实时调节向单相可逆倍压电路4发送的pwm脉冲占空比，从而调节交流侧有功电流的大小，使上述偏差减小，达到稳定直流电压的目的；
控制单元11根据采集得到的实测交流电源电压值，与所设定的理想交流电压值对比，当实测的交流电源电压值与理想交流电压值有偏差时，通过控制单元11实时调节向单相逆变电路6发送的pwm脉冲占空比，从而调节单相逆变电路6的交流侧电压，进而调节变压器8副边绕组电压，该副边绕组电压与交流电源输入的电压叠加后，形成一个总的输出电压，从而达到调节输出电压的目的；
控制单元11根据所述采集到的电流值，计算出谐波电流，通过控制单元11实时调节向所述单相可逆倍压电路4发送的pwm脉冲占空比，从而调节单相可逆倍压电路4的交流侧电流，使其产生一个与上述计算出的谐波电流符号相反的电流，以实现消除交流电源输入谐波电流的目的。
Claims (10)
1.一种供电质量优化装置，其特征在于：其包括：
一个交流电源输入，包含一号端口和二号端口；
一个变压器，所述变压器副边的一端与交流电源一号端口连接，变压器副边的另一端作为本发明装置的输出端；
一个单相可逆倍压电路，用于调节交流侧电流及直流电压；
一个输入电抗器，其一端与与所述交流电源输出端口联接，其另一端与所述单相可逆倍压电路的交流侧联接，用于限制、平滑交流电源电流；
一个直流滤波电路，其正、负端分别与所述单相可逆倍压电路的直流侧连接，其中点与所述交流电源的二号端口及所述变压器原边的一端连接，用于实现电压滤波功能；
一个单相逆变电路，其直流侧与所述直流滤波电路的直流侧连接，用于实现将直流电转变为交流电，其交流侧与所述变压器原边的一端连接，从而将所述单相逆变电路的输出交流电耦合并变压至副边绕组；
一个旁路开关，与所述变压器的原边或副边连接，用于本发明装置待机或故障时的保护；
一个交流电压传感器，其输入端分别与所述交流电源的两个端口连接，用于检测交流电源的电压；
一个直流电压传感器电路，其输入端与所述直流滤波电路连接，用于检测直流电压；
一个电流传感器，与所述交流电源的一个输入端口联结，或者与本装置的输出端连接，用于检测交流电源或本装置输出端的电流；
一个控制单元，与所述交流电压传感器、直流电压传感器电路、电流传感器联接，并采集交流电源电压、直流电压、交流电流信号；所述控制单元还与所述单相可逆倍压电路、单相逆变电路相联接，以控制其工作状态；所述控制单元还与所述旁路开关联接，控制其的通断。
2.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于：所述的交流电源输入，是 220V电压等级或400V电压等级的单相交流电源输入。
3.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于：所述的单相可逆倍压电路，是包含有两只或两组IGBT等半导体功率开关器件构成的一个桥臂。
4.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于：所述的直流滤波电路，是包含有两只或两组、由电解电容器或薄膜电容器或超级电容器联接成的电路。
5.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于：所述的单相逆变电路，是包含有两只或两组IGBT等半导体功率开关器件构成的一个桥臂。
6.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于，其还包括：一组并联于所述变压器副边绕组的低通滤波电路，所述低通滤波电路包含有交流滤波电容器。
7.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于：所述的控制单元包含有微控制器(CPU)芯片，所述微控制器存储有可执行代码及数据，可实现对所述单相可逆倍压电路、单相逆变电路、旁路开关的控制。
8.根据权利要求1所述的一种供电质量优化装置，其特征在于：所述的旁路开关，是由接触器、或者断路器、或者可控硅构成的。
9.一种供电质量优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：
由控制单元通过交流电压传感器及电流传感器采集交流电源电压及电流；
根据上述采集的电压、电流的相位差计算出实测功率因数；
将上述计算得到的实测功率因数与设定的理想功率因数值进行对比；
当实测功率因数与理想功率因数值有偏差时，通过控制单元实时调节向单相可逆倍压电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节交流电源输入无功电流的大小，使上述偏差减小，达到稳定功率因数的目的；
由控制单元通过直流电压传感器电路采集直流滤波电路的直流电压
将上述采集到的直流电压与设定的理想直流电压进行对比；
当实测直流电压与理想直流电压值有偏差时，通过控制单元实时调节向单相可逆倍压电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节交流侧有功电流的大小，使上述偏差减小，达到稳定直流电压的目的；
根据采集得到的实测交流电源电压值，与所设定的理想交流电压值对比；
当实测的交流电源电压值与理想交流电压值有偏差时，通过控制单元实时调节向单相逆变电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节单相逆变电路的交流侧电压，进而调节变压器副边绕组电压，该副边绕组电压与交流电源电压叠加后，形成一个总的输出电压，从而达到调节输出电压的目的。
10.根据权利要求8所述的一种供电质量优化装置方法，其特征在于，还包括以下步骤：
根据所述采集到的电流值，计算出谐波电流；
通过控制单元实时调节向所述单相可逆倍压电路发送的pwm脉冲占空比，从而调节单相可逆倍压电路的交流侧电流，使其产生一个与上述计算出的谐波电流符号相反的电流，以实现消除交流电源输入谐波电流的目的。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180306 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |