三相不平衡补偿装置的制作方法

本实用新型属于电力系统中，具体涉及一种三相不平衡补偿装置。

背景技术：

在车站，集镇、桥头等配电区线路三相不平衡负荷情况严重，对居民、工业用电造成了严重影响，存在很大的安全隐患(变压器噪声大、发热严重，异响等)。

由于400v低压配电系统用户侧几乎都是单相负荷，且用电具有不同时性，配变系统极易出现三相不平衡问题，不平衡度严重超标。400v低压配电系统供电半径长，因三相不平衡负荷和用电高低时段的影响，容易导致用户侧电压超过限值。配电系统广泛使用分组投切电容器，有补偿台阶，补偿效果差(极易出现过补或欠补)。配变过负荷严重，导致出力不足，发热严重，噪声大，降低配变寿命，甚至烧毁配变。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种三相不平衡补偿装置。具有响应时间短不产生谐波，不造成二次电网污染，双向分相电压补偿，提升电压质量，并能达到ip44防护等级。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

一种三相不平衡补偿装置，其特征在于，包括依次相连的高精度电流传感器、控制系统、igbt驱动单元和三相全桥单元；高精度电流传感器，实时监测电网系统中负荷电流情况，并将电网系统负荷电流实时传递到控制系统中，以供控制系统计算、决策；控制系统，用于监测电网系统电流/电压信息并进行处理分析，同时计算出达到平衡状态时各相所需的补偿电流值，然后将控制信号发送给igbt驱动器，驱动igbt进行高频通断、变换，使得三相全桥单元变换输出电网系统负荷所需电流值；igbt驱动单元，用于接收控制信号发出的脉冲宽度调制波，分时驱动igbt单元，同时也实时监测igbt状态，并将状态信息反馈给控制系统；三相全桥单元，包括绝缘栅双极性晶体管igbt组成的三相全桥，用于高频变换时输出交流补偿电流，进行三相不平衡时的动态电流转移、补偿。三相全桥单元包括六支igbt组成的三相全桥，其中每两只igbt串联组成一桥臂，共组成三个桥臂分别对应三相系统。igbt驱动单元包括三个子单元，每个igbt驱动子单元分别驱动对应某一桥臂上的两个igbt。

控制系统负责整个装置的数据采集、计算、判断、控制并发送脉冲宽度调制波pwm。

还包括高频滤波能电感，有三组相，分别串联在三相回路中，实现平滑、整定三相全桥单元输出电流为标准正弦电流，滤除高次谐波电流的功能。

还包括直流支撑电容，为两组电容进行串联，实现三相全桥功率变换时，电压支撑功能，同时提供三相四线制中性点。

还包括交流断路器，交流断路器是一种保护装置，实现装置和电网系统机械接触和隔离功能，同时具备热磁脱扣功能，当发生长时间过载或短路时，能迅速脱扣，实现装置和电网脱离。

系统电流信息通过外界电流互感器(ct)实时监测，并将系统电流信息发送给控制系统。

控制系统通过计算比较，判断电网系统是否处于不平衡状态，若判断出配电网系统处于不平衡状态，会再次计算出配电网系统达到平衡状态时各相所需补偿的电流值，最后将控制信号发送给igbt驱动器，驱动igbt高频通断，实现变流转换，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，实现能量均衡再分配，最后达到三相平衡状态，最终实现三相负荷补偿的功能。

通过三相不平衡补偿装置自身对配电网电压状态信息进行实时采样、滤波、计算，然后将配电网电压信息传递给控制系统。

控制系统首先判断补偿点电压是否超过设定值，当电压超过调压上限umax时，三相不平衡补偿装置通过驱动由igbt组成的三相全桥变换单元，向配电网系统输出感性电流，降低配电网系统电压；当电压低于调压下限umin时，三相不平衡补偿装置通过驱动由igbt组成的三相全桥变换单元，向配电网系统输出容性电流，提升电压。

其特征在于，通过外接的外界电流互感器(ct)和内部电压传感器，实时对电网电压和电流相位进行监测，并将配电网电能状态信息发送给控制系统。

通过控制系统高速计算分析配电网的无功含量，然后通过控制输出电流和电网电压的相位角，来实现控制向配电网系统发出无功功率，最后通过控制控制系统发出的脉冲宽度调制信号的占空比来实现无功功率大小的调节，发出控制信号给igbt驱动单元驱动igbt单元使逆变器产生满足要求的无功补偿电流，从而实现装置产生满足配电网实际需求的无功补偿电流。

三相不平衡补偿装置安装在配电台区配电变压器的低压侧，即介于电网变压器与用户负荷之间。

与现有技术比，本实用新型的有益效果为：

1.功能强大：三相不平衡负荷动态实时补偿功能。

2.四象限全时域无功补偿：-1～1无功动态全时域补偿功能。

3.电压支撑功能；容性、感性无功补偿功能。

4.电能质量治理效果显著：就地分布式动态补偿。

5.支持远程数据传输功能。

6.优异补偿效果：实时补偿，响应时间小于15ms；tuc为有源型补偿装置，是采用最新一代电力电子器件igbt构成电流源型装置，从机理上避免了由传统电容元器件带来的谐振现象，更稳定、安全；不产生谐波，不造成二次电网污染；双向分相电压补偿，提升电压质量。

7.全控型设备，免维护、节省人力成本：tuc采用先进的电力电子技术及高速数据处理技术，自动检测电网系统中各相电流的变化，实时计算并发出所需补偿电流，以使电网迅速达到平衡状态；整个过程由设备自动完成，无需人为操作，大大节省了由于操作传统补偿设备而消耗掉的人力成本。

8.多重保护，适应各种恶劣环境：tuc的内芯设备具备各种保护功能：过压保护、欠压保护、短路保护等；tuc的柜体具备保护功能：低压防雷、漏电保护；ip防护等级：ip44。

附图说明

图1为三相不平衡补偿装置安装示意图。

图2为三相不平衡负荷补偿原理和结构图。

图3为三相电压支撑原理图。

图4a为容性无功补偿矢量图。

图4b为感性无功补偿矢量图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，三相不平衡补偿装置安装在配电台区配电变压器的低压侧，即介于电网变压器与用户负荷之间。

如图2示意了三相不平衡负荷补充装置的结构，三相不平衡补偿装置，主要包括：包括依次相连的高精度电流传感器(7)、控制系统(3)、igbt驱动单元(2)和三相全桥单元(1)：此外还包括高频滤波电感(4)、直流支撑电容(5)、交流断路器(6)，其中高精度电流传感器(7)一端串接在电网系统，一端输入信号到控制系统(3)，为控制系统提供电网电能质量状态信息；控制系统(3)和igbt驱动单元(2)直接相连，控制系统会根据电流传感器传送回来的电网电能质量情况，通过内部高速计算、向igbt驱动单元发送驱动指令；igbt驱动单元(2)直接和三相全桥单元(1)内所有igbt相连，直接驱动三相全桥单元内igbt的开通和关断；高频滤波电感直接和三相全桥单元三个igbt桥臂相连，滤除三相全桥单元输出的高频谐波成分；直流支撑电容(5)有两端，分别是正极和负极，其中正极和三相全桥单元上桥臂相连，负极和三相全桥单元下桥臂相连，为三相全桥单元提供直流支撑功能；交流断路器(6)有两端，一端和高频滤波电感相连，一端和配电网相连。

三相全桥单元(1)，包括有六支igbt组成的三相全桥，其中每两只igbt串联组成一桥臂，共组成三个桥臂分别对应三相系统，用于高频变换时输出交流补偿电流，进行三相不平衡时的动态电流转移、补偿。六支igbt分别安装固定在散热器上。

igbt驱动单元(2)，包括三个子单元，每个igbt驱动子单元分别驱动对应某一桥臂上的两个igbt，用于接收控制信号发出的脉冲宽度调制波，分时高速驱动igbt单元，同时也实时监测igbt状态，并将状态信息反馈给控制系统。igbt驱动单元自身带有igbt过热保护、igbt短路保护、igbt过压保护功能。

控制系统(3)，用于监测电网系统电流/电压信息并进行处理分析，同时计算出达到平衡状态时各相所需的补偿电流值，然后将控制信号发送给igbt驱动器，驱动igbt进行高频通断、变换，使得三相全桥单元变换输出电网系统负荷所需电流值。

高精度电流传感器(7)为控制系统(3)实时监测电网系统中负荷电流情况，并将电网系统负荷电流实时传递到控制系统中，以供控制系统计算、决策。

高频滤波能电感(4)，有三组相，分别串联在三相回路中，实现平滑、整定三相全桥单元输出电流为标准正弦电流，滤除高次谐波电流的功能。

直流支撑电容(5)，为两组电容进行串联，实现三相全桥功率变换时，电压支撑功能，同时提供三相四线制中性点。

交流断路器(6)实现装置和电网系统机械接触和隔离功能，同时具备热磁脱扣功能，当发生长时间过载或短路时，能迅速脱扣，实现装置和电网脱离，保护装置，降低对电网的影响。

图2同时示意了第一种实施方式。该三相不平衡补偿装置(tuc-xxx-4-4l)安装在三相四线制电网与不平衡负载之间。通过外接电流互感器(ct)(未图示)实时对电网负荷进行监测，并将系统负荷信息发送给三相不平衡补偿装置(tuc-xxx-4-4l)的控制系统(3)。控制系统通过计算比较，判断电网系统是否处于不平衡状态，若判断出配电网系统处于不平衡状态，会再次计算出配电网系统达到平衡状态时各相所需补偿的电流值，最后将控制信号发送给igbt驱动器，驱动igbt高频通断，实现变流转换，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，实现能量均衡再分配，最后达到三相平衡状态，最终实现三相负荷补偿的功能。

如图3所示，示意了电压支撑的第二种实施方式。该三相不平衡补偿装置(tuc-xxx-4-4l)安装在三相四线制电网与不平衡负载之间。通过三相不平衡补偿装置内部电压传感器采集对配电网电压状态信息进行实时采样、滤波、计算，然后将配电网电压信息传递给控制系统。控制系统首先判断补偿点电压是否超过设定值，当电压超过调压上限umax时，三相不平衡补偿装置通过驱动由igbt组成的三相全桥变换单元，向配电网系统输出感性电流，降低配电网系统电压；当电压低于调压下限umin时，三相不平衡补偿装置通过驱动由igbt组成的三相全桥变换单元，向配电网系统输出容性电流，提升电压。通过以上控制方式，可实现装配该装置的配电网系统电网动态补偿的功能，从而实现配电网系统各相电压稳定在正常范围。

如图4a-4b所示，示意了无功补充的第三种实施方式。通过外接的外界电流互感器(ct)和内部电压传感器，实时对电网电压和电流相位进行监测，并将配电网电能状态信息发送给控制系统。通过控制系统高速计算分析配电网的无功含量，然后通过控制输出电流和电网电压的相位角，来实现控制向配电网系统发出无功功率，最后通过控制控制系统发出的脉冲宽度调制信号的占空比来实现无功功率大小的调节，发出控制信号给igbt驱动单元驱动igbt单元使逆变器产生满足要求的无功补偿电流，从而实现装置产生满足配电网实际需求的无功补偿电流，最终实现动态无功补偿功能。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。