[發明專利]無功補償及三相平衡裝置以及快速響應算法

有效

• 申請號: 201910223166.2
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN110011325B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 尹陸軍;李俊;嚴良占
• 申請（專利權）人: 安徽一天電能質量技術有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/26
• 代理公司: 合肥洪雷知識產權代理事務所(普通合伙) 34164
• 代理人: 孫小華

本發明公開了無功補償及三相平衡裝置以及快速響應算法。包括多個補償模塊組成的補償系統和控制系統，控制系統包括AD采樣模塊和開關控制模塊，控制系統包括還包括通信模塊，無功補償及三相平衡裝置快速響應算法。本發明可以用較低的成本完成無功功率的快速跟蹤補償，以提高功率因數，同時可以完成系統三相電流的平衡，適用于工業設備的電能質量治理，尤其是無功需求波動頻繁且三相電流不平衡的現場。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，特別是涉及一種無功補償及三相平衡裝置以及快速響應算法，更具體地說是一種基于嵌入組合式無功補償及三相平衡裝置uSVG以及快速響應算法。

背景技術

近些年，全球生產制造業重新布局，中國工業制造業勢頭強勁，傳統制造過程中的沖壓、焊裝、噴涂等工藝流程以及新型制造業中的機器人的使用，都會引起無功功率需求的較大波動，若無快速跟蹤的無功功率支撐，則會引起系統電壓的大幅度閃變，從而影響生產產品質量。比如當諸多焊機安裝于三相系統相間，因為各個相間安裝的電焊機功率等級不同且工作在不同時段，所以工作過程中三相電流大小與相位均有很大不同，造成三相不平衡問題；同時電焊機工作為斷續沖擊型負載，工作過程連續時間多在0.1-1秒，在此過程中電流很大，無功需求有也很大，若此時段中系統容性無功支持不足，會引起系統電壓嚴重跌落，從而影響電焊機的焊機溫度，導致焊接質量下降，出現殘次品。再如由于自動化裝配設備中大量機器人的應用，導致生產過程中均存在大量變頻器驅動操作機構，這些變頻器大多為6脈波或12脈波整流橋，功率因數低且需求變化較大。總之，現代化的生產設備對無功功率的需求巨大且波動頻繁，如果沒有合適的設備就地快速提供無功功率，勢必對電網電壓帶來沖擊，而電壓不正常的電能質量問題，會影響設備尤其是精密設備的正常運行。考慮到上述問題，為滿足現場需求，已經研發出了多種無功補償及三相不平衡治理裝置，從技術先進程度與解決現場問題的實用性方面講，晶閘管投切的電容器電抗以及有源的動態無功補償設備凸現出了其優越性，但也存在其固有的缺點：其中晶閘管投切電容器電抗器成本較低但傳統的操作方式下其投切速度特別是投入時的速度很慢，均大于0.02秒，尤其是在波動型無功需求時無法跟蹤；而有源的動態無功補償裝置由于采用了快速的IGBT電力電子開關，對波動型負載的跟蹤很快且可以輸出不平衡電流，但是電力電子開關成本太高，大容量應用不現實，而且電力電子開關的通斷過程會給電網帶來高次諧波，因此雖然技術上存在優勢但應用仍受諸多限制。為了解決大容量的無功波動以及三相不平衡問題，市場上最前沿的設備為混合補償設備。整個裝置由多個傳統的電容器單元與一個有源SVG模塊的組合。無源的電容器部分由無源控制器與多個電容器單元組成，由于電容器單元為“角外接”(電容器先組成角接，然后再與外部晶閘管及電感組合，晶閘管開關與電容器支路沒法一一對應)，所以三個電容器只能同時投切，沒法實現三相不平衡治理功能；由于無源控制器與電容器單元間采用IO口傳輸投切信號，所以機柜內需要很多二次控制線，生產、調試、維護均不方便，且整柜的EMC性能不好，驅動信號容易被干擾導致誤投切。有源模組部分也包括有源模組及有源PWM控制器，控制器對有源模組的高頻率PWM信號通過IO口或光纖傳輸。這種結構的混合補償設備因為成本原因，有源部分容量通常很小，通常占整柜容量不足10％，所以運行過程所需絕大部分容量由無源部分承擔，有源部分只承擔電容器投切時的級差部分，對三相不平衡的治理功能也相當有限。從某種意義上講，混合補償是為了應對現場無功需求大容量波動的權益之計，也是無耐之舉，但在快速度性方面并無太大提升且增加了系統復雜程度。