本实用新型涉及低电压电能质量综合治理技术领域，特别涉及一种电能质量治理装置。
背景技术：
受用户用电行为不确定影响，低压台区供电系统往往出现非常复杂的变化，三相不平衡便是一种常见情况，它不仅会影响到用户用电，还会加大供电企业变压器损耗，给电力企业造成经济损失。
低压台区处于电力网络的末梢，供电半径大、负荷昼夜变化较大、无功补偿装置配置不合理、用户用电行为不确定。由于居民小区电网属于低压配电网，一般由10/0.4kV变压器接入大电网，网内负荷大多工作在三相380/220V和单相220V电压等级，电压低、容量小、波动大。近年来，随着人民生活水平的提高和电力电子技术的高速发展，各种家用电器在给人们的生活带来便利的同时，也给电网的经济、可靠、高质量供电带来了巨大的挑战。
此外，城市10kV/0.4kV配电网络广泛使用电缆，在低谷时段电缆充电电流使整个台区无功功率呈容性特性，进一步加剧了台区电压的升高。而目前低压台区仅配置电容器作无功补偿设备，无法解决电压偏高的问题。
低压台区的三相不平衡问题严重影响到电网和电气设备地安全运行，除此之外，还有功率因数低、谐波大等问题：
(1)三相不平衡
主要表现为某相电流偏大，严重时会超过100％。由于用户为单相或两相负荷，或者电网负荷配置的不合理，都会导致三相电压不平衡，三相电压不 平衡的危害有：
a、增加损耗；
b、配变出力减少甚至烧毁配变；
c、影响用户用电设备的安全使用；
d、中性线过载甚至烧毁。
(2)电压波动
由于三相不平衡，会引起各相电压产生波动，当某相负载较轻时，则该相电压偏差容易超上限；而在负荷高峰时容易出现该相电压偏低的情况。这些情况都使母线电压产生较大的偏差，从而影响用户的正常用电。电压偏低或偏高的主要危害有：
a、照明灯具发暗或过亮，甚至烧毁；
b、烧坏电机；
c、增大线损；
d、变电设备有功负荷能力降低。
(3)谐波
公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置(含家用电器电源)、变压器、发电机、变频器、电弧炉和荧光灯等产生的。非线性负荷形成谐波源，其谐波含有率高，对电网运行产生严重污染。
(4)功率因数偏低
功率因数偏低造成网络损耗，网络输送的有功功率也低，因其在线路及配变上造成的无功压降大，导致用户侧电压也偏低。
上述问题都会造成三相不平衡、电压波动、功率因数偏低等现象，不仅影响人们正常工作生活，也给电网造成一定的经济损失和安全隐患。
而且由三相不平衡引起的无功不足、负荷不平衡这两个问题已成为配电系统的两大难题。针对无功不足的问题，国内解决的办法是：合理配置低压无功补偿电容器，其补偿的原则多数是共补与分补相结合，并采取可控硅投 切、接触器运行的技术模式并附加电压质量监测系统，其采取手段多是通过远红外或GPRS通讯系统去实现。目前这项技术已基本成熟，但它没有考虑到如何去改善配电低压系统三相不平衡的情况，投切不当时，反而增加不平衡的情况。因此，三相不平衡的问题已成为当前配电系统亟待解决的问题。
进一步的，目前市场上针对配网负荷特性中的冲击性、非线性、三相不平衡特性和暂态电压特性，涌现了大量改善电能质量及治理三相不平衡的设备：如无源LC滤波器、静态无功补偿装置SVC、静止无功补偿发生器SVG、有源滤波APF、动态电压调节器DVR等。但在实践中，上述装置往往难以达到预期效果，究其原因，一是上述设备大都只针对改善电能质量的某一方面，没有综合解决电能质量问题；二是局限于补偿算法，不能有效、及时、准确进行电能补偿。三是补偿有限制；不仅大大增加了治理成本，还增加了装置运行维护的复杂度，降低了系统可靠性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种电能质量治理装置，从而克服配电低压系统三相不平衡的缺点。
本实用新型的另一目的在于提供一种电能质量治理装置，从而克服谐波对电网运行产生严重污染的缺点。
为实现上述目的，根据本实用新型一方面，提供了一种电能质量治理装置，包括：串联型有源电力滤波器、并联型有源电力滤波器、PWM控制器和主控制器；串联型有源电力滤波器中的第一逆变器和并联型有源电力滤波器中的第二逆变器通过一个直流贮能电容器耦合在一起，串联型有源电力滤波器通过支流电容和变压器串联接入电网系统，并联型有源电力滤波器通过滤 波电路并联接入电网系统；所述主控制器的采集端与电网系统连接以采集电网系统的输入电压和电流，该主控制器的输出端分别通过一个PWM控制器与所述第一逆变器、所述第二逆变器连接以分别根据输入电压和电流控制所述串联型有源电力滤波器、所述并联型有源电力滤波器输出补偿电流、指定电压。
优选地，上述技术方案中，还包括一升压补偿装置，其包括：并联接入电网系统的旁路刀闸，隔离刀闸，取样电压互感器，串补电容器，氧化锌组件，限流阻流器以及放电开关；所述隔离刀闸，所述限流阻流器和所述放电开关依次串联接入电网系统；串联的所述限流阻流器和所述放电开关依次与所述取样电压互感器，所述串补电容器和所述氧化锌组件并联。
优选地，上述技术方案中，还包括一电阻，所述电阻与所述限流阻流器并联。
优选地，上述技术方案中，所述支流电容和变压器以并联的方式连接。
为实现上述目的，根据本实用新型另一方面，提供了一种带有电能质量治理的综合配电箱，综合配电箱内安装有上述电能质量治理装置。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型通过将串联型有源电力滤波器和并联型有源电力滤波器耦合在一起，根据电网系统的电压和电流情况，通过主控制器控制串联型有源电力滤波器和并联型有源电力滤波器的逆变器的投切情况，平衡调节变压器的三相的有功负载，抑制谐波，同时补偿变压器功率因数，使电网系统运行在最合理状态。
附图说明
图1是根据本实用新型电能质量治理装置的电路结构图。
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进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1显示了根据本实用新型优选实施方式的电能质量治理装置的电路结构示意图。如图1所示，电能质量治理装置包括：串联型有源电力滤波器APF、并联型有源电力滤波器SVG、PWM控制器、主控制器和升压补偿装置；串联型有源电力滤波器APF中的第一逆变器和并联型有源电力滤波器SVG中的第二逆变器通过一个直流贮能电容器CS耦合在一起，串联型有源电力滤波器APF通过支流电容Ci和变压器T串联接入电网系统，支流电容Ci和变压器T以并联的方式连接；并联型有源电力滤波器APF通过滤波电路并联接入电网系统，该实施例中优选的，滤波电路可采用滤波模块PF，也可采用LC滤波电路；主控制器的采集端与电网系统连接以采集电网系统的输入电压和电流，该主控制器的输出端分别通过一个PWM控制器与第一逆变器、第二逆变器连接以分别根据输入电压和电流控制串联型有源电力滤波器APF、并联型有源电力滤波器SVG输出补偿电流、指定电压。
在该实施例中，电网系统具体由三相电网侧以及与三相电网侧连接的负载侧构成。
该电能质量治理装置具体工作原理为：一方面，当负载侧的三相电流偏离正常值时，三相电压出现偏差，主控制器采集的三相电流和三相电压出现偏差，经主控制器精确计算后控制串联型有源电力滤波器APF中的第一逆变器将支流电容Ci的电压进行PWM控制器调制变换为交流补偿电流注入电网系统中，以补偿非正常电流与正常电流之差，最终使负载侧的三相电流保持平衡，从而确保对电压敏感的用电设备的可靠工作。另一方面，当负载侧的用电负荷从电网侧吸收无功电流并向电网侧注入负序电流和谐波电流时，主控制器采集的三相电流和三相电压出现偏差，经主控制器精确计算后控制并 联型有源电力滤波器SVG的第二逆变器将支流电容Ci的电压进行PWM控制器调制而改变第二逆变器的输出电压，进而来调节并联型有源电力滤波器SVG的补偿电流，使之与负载侧的无功电流、负序电流和谐波等畸变电流大小相等、方向相反，从而保证负载侧的用电负荷对电网不产生污染，此外，串联补偿是用以补偿线路电感压降，提高电压质量，具有限制补偿电容放电冲击电流、线路短路时电容击穿保护。其中，通过主控制器计算出补偿度，从而输出容性波形以提高功率因数。
值得说明的是，该实施例中，还提供了一种带有电能质量治理的综合配电箱，综合配电箱内安装有上述电能质量治理装置。
该装置设计不同于传统电能质量治理类设备，设计的主要目标是能够有效调节变压器出线侧电流不平衡度，同时抑制谐波，降低相电压波动，并提升功率因数。进一步地，该装置配置有高性能静止无功发生器SVG，即并联型有源电力滤波器，SVG是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分。SVG并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿，且对电网电压进行动态稳定调节。同时SVG是利用可关断器件，将直流电压逆变成交流电压，通过连接的变压器耦合到交流系统中。由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅型双极晶体管)组成的H桥电路输出的交流逆变电压相位和幅值可灵活控制，从而实现动态提供容性或者感性无功的功能。SVG可以连续双向输出无功功率，动态稳定系统电压，精细化的调节系统电压幅值。
该实施例进一步地，系统中的APF与SVG协同工作，当测量到某相电压电流过高或过低时，主控制器计算出相间调制电流，由PWM控制器启动APF和SVG协同工作，调节各相电流电压，使得变压器T出线侧保持三相平衡。与以往产品相比，治理效果明显提高，并且小型化，可与综合配电箱(JP)组合一起使用，从而有效克服了现有电能质量治理设备种类少、自动化程度 低、功能单一、效果差等缺点。同时使综合配电箱具有自动平衡三相负载、三相调压、滤波、计量、保护、控制、无功补偿等于一体的新型综合配电装置，在满足客户“用上电”的基础上，进一步满足“用好电”的要求。
继续参考图1，引入了一升压补偿装置，该升压补偿装置包括：并联接入电网系统的旁路刀闸KM2，隔离刀闸KM1，取样电压互感器PT，串补电容器C1，氧化锌组件RV，电阻R1，限流阻流器以及放电开关K1；隔离刀闸KM1，限流阻流器和放电开关K1依次串联接入电网系统；串联的限流阻流器和放电开关K1依次与取样电压互感器PT，串补电容器C1和氧化锌组件RV并联，电阻R1和限流阻流器并联。引入该升压补偿装置后，当电网系统的电压稍低时，能够进行补偿。其中，装置中各部件的作用为：
串补电容器C1：用以补偿线路压降，提高电压质量，降低线损。
氧化锌组件RV：其为压敏电阻，用以限制串补电容器C1两端的电压，由氧化锌阀片串并联组成，电网线路正常运行时串补电容器C1的电压低于氧化锌的门槛电压，氧化锌不动作；外部短路时，将串补电容器C1两端的电压限制在较低的水平，保护串补电容器C1不受损。
放电开关K1：用以快速释放串补电容器C1存储的电荷，正常运行时处于分闸状态，线路发生短路时用以接通串补电容器C1的放电回路。
限流阻流器：用以限制串补电容器C1的放电电流，由放电电阻和放电电感并联而成。
旁路刀闸KM2：跨接在串补电容器C1的两侧，正常运行时处于分闸状态，升压补偿装置长期退出或需要检修时处于闭合状态。
隔离刀闸KM1，升压补偿装置投入正常运行时处于合闸状态，装置长期退出或需要检修时处于打开状态。
综上，本实用新型通过将串联型有源电力滤波器和并联型有源电力滤波器耦合在一起，根据电网系统的电压和电流情况，通过主控制器控制串联型 有源电力滤波器和并联型有源电力滤波器的逆变器的投切情况，平衡调节变压器的三相的有功负载，抑制谐波，同时补偿变压器功率因数，使电网系统运行在最合理状态。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。