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          科技創新

          智能型有源三相功率平衡裝置的自動化控制技術來源:河南匯德電氣 時間:2016/1/15 16:30:00

                 智能型有源三相功率平衡裝置的自動化控制技術,由河南匯德電氣鄧教授的發明,具體涉及一種提高供電可靠性、助力電網節能降損的戶外智能型有源三相功率平衡裝置。

                智能型有源三相功率平衡裝置的自動化控制技術背景:

                 隨著現代科技的發展,電力系統中負載形式的多樣化,對電能質量造成了一定的影響,而各種設備對電能質量的要求愈益提高。負載的不平衡會導致電網的供電質量劣化,線路損耗增加等一系列不利因素。為了減少負載不平衡對系統供電質量的影響,應使系統負載平衡化。目前,應用最廣泛的是靜止無功補償裝置(SVC),可對不平衡負載進行分相補償,其典型方式是固定電容器+晶閘管控制電抗器(FC+TCR);還有晶閘管投切電容器(TSC)也獲得了廣泛應用,TSC只能分組投切,和TCR配合使用,連續調節無功功率,對系統不平衡負載進行分相控制,能達到平衡負載的目的。但SVC補償裝置固有的缺點是含有較多的無源器件—電抗器或電容器,體積龐大。而且TCR這些類型的SVC本身還會產生低次諧波電流,也需安裝濾波器,通常采用無源濾波器與SVC并聯使用,這樣會增加成本,甚至在實際運行時可能出現諧波嚴重放大而不是衰減。另外,SVC的工作范圍較窄,當系統電壓降低到一定程度時,輸出的無功將隨電壓的下降而大幅下降,無法對系統提供足夠的無功支持。

                智能型有源三相功率平衡裝置的自動化控制技術特點

                 智能型有源三相功率平衡裝置,采用了先進的電力電子(PE)技術,利用三相橋式全控PWM變流技術,自動平衡三相的有功功率和無功功率。同時可消除中性線的基波電流,使三相功率完全平衡。從而解決三相不平衡導致的線路損耗,提高線路輸電能力、提高電網的電力品質和供電的可靠性。

                智能型有源三相功率平衡裝置的自動化控制技術工作原理

                 三相功率平衡裝置工作原理是通過檢測負載連接點的電壓和負載電流,通過指令電流運算電路,推知此時負載功率情況,檢測出此功率平均分配到三相時每相對應的指令電流幅值,加上維持直流側電壓恒定時對應的指令電流幅值,即為要求的指令電流幅值。再由檢測到電壓值通過運算電路計算得到三相電壓的相位,與指令電流幅值相乘后便可得到期望的電源電流指令電流。通過運算電路與實際的電源電流比較、作差后得到誤差信號,通過補償器開關管的導通和關斷,使得實際電流值跟蹤期望的指令電流值,最終達到補償負載為平衡的目的。

          因此,三相功率平衡裝置由兩大部分組成:即指令電流運算電路和補償電流發生電路。其中,指令電流運算電路的核心是檢測補償對象中的功率情況,計算負載平衡時的電源電流指令電流。補償電流發生電路的作用是根據指令電流運算部分得出的指令信號,控制電路產生實際的電源電流。

                 常用的控制方法有三種:(1)檢測負載電流的控制方式;(2)檢測電源電流的控制方式;(3)復合控制方式,即同時檢測負載電流和電源電流的控制方式。我們所采用的就是復合控制方式,如圖1所示,圖中的補償裝置主要包括畸變電流檢測電路,電流跟蹤控制電路,驅動電路和主電路等。在此方式下,指令電流信號主要來自負載電流,在其作用下,可對負載中的諧波電流進行較好的補償。而電源電流的作用主要是抑制高通濾波器和電網阻抗之間的諧振,使系統有較好的穩定性??梢钥闯?,復合控制方式綜合了前二種控制方式的優點。經實踐證明,其補償效果也是最優的。

                智能型有源三相功率平衡裝置的自動化控制技術具體實施方法

                 (1) 低通濾波器的設計

                 本項發明有源三相功率平衡裝置,其控制系統的設計包括:指令電流運算電路和補償電流發生電路。指令運算電路主要是根據檢測到的瞬時值按照選定的算法計算出電源電流基準值。此過程中,低通濾波器的設計很關鍵,這里我們選用巴特沃斯(Butter worth)低通濾波器,能確保電源電流指令電流的準確性并獲得理想的補償效果。

                 (2) 控制環節的設計

                 采用了雙環控制,即P1電壓外環和P1電流內環控制。電壓外環的主要作用是控制補償裝置直流測電容的電壓維持在額定值附近;而電流環的主要作用是控制電源電流值。具體過程是以電壓外環的輸出和控制算法的結果為基準值,與實際檢測到的電源電流比較;通過坐標變換,此誤差信號在旋轉坐標中經P1電流調節器進行控制,使三相電源電流正弦對稱,實現負載平衡,補償負載諧波和無功功率。

                 (3) 空間矢量脈寬調制(SVPWM)的選用

                 與常規的正弦波脈寬調制(SPWM)方法對比,SVPWM調制具有電壓利用率高的優點(提高了15.47%)。并且,SVPWM能使電機轉矩脈動降低,電流波形畸變減小,更易于實現數字化。同時,還可證明電壓SVPWM調制技術可等效為注入一定零序分量的SPWM。

                 (4)控制系統中的元器件及設計參數的選定

                 按照系統控制框圖,三相電源電壓有效值為55V,負載電流有效值<3A,連接電感選為3mH,直流測電容選為470μF,電容電壓基準值設為165V,開關管選用SSH10N110的功率MOSFET,開關頻率是20KHz。

                 選用10位ADC轉換器,其最小轉換時間為500ns,16個多路復用的輸出通道,可觸發兩個8通道輸入A/D轉換器。

                 電壓檢測采用控制變壓器(工頻)檢測,變比為220/6

                 電流傳感器采用LA28—NP型,設定的原付邊變比為3/1000

                 選用1R2130作為補償裝置開關管的驅動芯片,只需一個供電電源即可驅動三相橋式逆變電路的6個功率開關器件,驅動電路簡單可靠。

                 本文鏈接地址:http://www.www.0zpz.com/news_show/197.html 

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