一种静止无功发生器控制电路的制作方法

本实用新型属于电能质量控制技术领域，具体涉及一种静止无功发生器控制电路。

背景技术：

无功功率作为电力系统运行过程中的一个关键电能质量问题，在发电、输电、变电、配电和用电过程中发挥着重要的作用,随着配电网中电弧炉、轧钢机、分布式发电、电气化铁路等大容量无功负荷的运行，导致电力系统中无功功率需求的增加，但是大量的无功功率流入公用电网中，导致设备供电增加线路损耗，线路和变压器的压降增加从而引起电网电压的闪变和波动、降低电能利用率，会产生低次谐波，造成电网不对称，严重影响用户设备正常、安全运行，系统安全性降低。无功功率对电力系统的正常运行有着巨大的威胁，影响范围较大，因此，提高无功功率是确保电力系统安全运行的重要手段，解决这个问题的有效方法是对电网进行无功功率补偿。传统的无功补偿装置比如电容补偿器，同步调相机，饱和电抗器，静止无功补偿器(SVC)等，都由于占地面积大，成本高，补偿范围小，响应时间长，补偿谐波含量多，不能连续地动态的进行补偿等缺点。而现在的静止无功发生器(SVG)是一种性能理想的动态无功补偿装置，具有调节速度快、适用范围更宽，输出无功电流谐波小，装置结构紧凑、体积小、成本低等优点，为了使静止无功发生器(SVG)能够提高装置在电网谐波扰动情况下的运行性能，并使装置具有低次谐波补偿能力，适合进行配电网电能质量问题的综合治理，需要为静止无功发生器(SVG)设计合适的控制电路，但是，现有技术中还缺乏结构简单、设计合理、实现方便且成本低、工作可靠性高、使用效果好的静止无功发生器控制电路。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种静止无功发生器控制电路，其电路结构简单，设计合理，接线方便，提高了静止无功发生器的工作可靠性和稳定性，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种静止无功发生器控制电路，所述静止无功发生器包括主电路模块、开关管等效电阻组和滤波电感组，所述主电路模块包括三相全桥逆变电路和与三相全桥逆变电路连接的三相全桥整流电路，所述开关管等效电阻组包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述滤波电感组包括电感L1、电感L2和电感L3，所述电阻R1的一端、电阻R2的一端和电阻R3的一端分别与三相全桥逆变电路的三个中点连接，所述电感L1的一端、电感L2的一端和电感L3的一端分别与电网的A相线、B相线和C相线连接，所述电感L1的另一端、电感L2的另一端和电感L3的另一端分别与电阻R1的另一端、电阻R2的另一端和电阻R3的另一端连接；其特征在于：所述静止无功发生器控制电路包括电网电压检测电路、逆变直流侧电压检测电路、逆变输出电流检测电路、负载电流检测电路、A/D转换电路、微控制器模块和光耦隔离电路，所述电网电压检测电路包括A相电压传感器、B相电压传感器和C相电压传感器，以及分别与A相电压传感器、B相电压传感器和C相电压传感器的输出端连接的A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路和C相电压信号调理电路；所述逆变直流侧电压检测电路包括逆变直流侧电压传感器和与逆变直流侧电压传感器的输出端连接的逆变直流侧电压信号调理电路；所述逆变输出电流检测电路包括逆变输出A相电流传感器、逆变输出B相电流传感器和逆变输出C相电流传感器，以及分别与逆变输出A相电流传感器、逆变输出B相电流传感器和逆变输出C相电流传感器的输出端连接的逆变输出A相电流信号调理电路、逆变输出B相电流信号调理电路和逆变输出C相电流信号调理电路；所述负载电流检测电路包括负载A相电流传感器、负载B相电流传感器和负载C相电流传感器，以及分别与负载A相电流传感器、负载B相电流传感器和负载C相电流传感器的输出端连接的负载A相电流信号调理电路、负载B相电流信号调理电路和负载C相电流信号调理电路；所述A相电压信号调理电路的输出端、B相电压信号调理电路的输出端和C相电压信号调理电路的输出端，逆变直流侧电压信号调理电路的输出端，逆变输出A相电流信号调理电路的输出端、逆变输出B相电流信号调理电路的输出端和逆变输出C相电流信号调理电路的输出端，以及负载A相电流信号调理电路的输出端、负载B相电流信号调理电路的输出端和负载C相电流信号调理电路的输出端均与A/D转换电路的输入端连接；所述A/D转换电路的输出端与微控制器模块的输入端连接，所述光耦隔离电路与微控制器模块的输出端连接，所述三相全桥逆变电路的PWM控制信号输入端与光耦隔离电路的输出端连接。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述三相全桥逆变电路包括IGBT管VT1、IGBT管VT2、IGBT管VT3、IGBT管VT4、IGBT管VT5和IGBT管VT6，所述三相全桥整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6，所述IGBT管VT1的栅极、IGBT管VT2的栅极、IGBT管VT3的栅极、IGBT管VT4的栅极、IGBT管VT5的栅极和IGBT管VT6的栅极分别为三相全桥逆变电路的六个PWM控制信号输入端，所述二极管D1的阳极与IGBT管VT1的发射极连接，所述二极管D1的阴极与IGBT管VT1的集电极连接，所述二极管D2的阳极与IGBT管VT2的发射极连接，所述二极管D2的阴极与IGBT管VT2的集电极连接，所述二极管D1的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述二极管D2的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述IGBT管VT1的发射极与IGBT管VT2的集电极连接且为三相全桥逆变电路的第一个中点；所述二极管D3的阳极与IGBT管VT3的发射极连接，所述二极管D3的阴极与IGBT管VT3的集电极连接，所述二极管D4的阳极与IGBT管VT4的发射极连接，所述二极管D4的阴极与IGBT管VT4的集电极连接，所述二极管D3的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述二极管D4的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述IGBT管VT3的发射极与IGBT管VT4的集电极连接且为三相全桥逆变电路的第二个中点；所述二极管D5的阳极与IGBT管VT5的发射极连接，所述二极管D5的阴极与IGBT管VT5的集电极连接，所述二极管D6的阳极与IGBT管VT6的发射极连接，所述二极管D6的阴极与IGBT管VT6的集电极连接，所述二极管D5的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述二极管D6的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述IGBT管VT5的发射极与IGBT管VT6的集电极连接且为三相全桥逆变电路的第三个中点。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述A相电压传感器、B相电压传感器、C相电压传感器和逆变直流侧电压传感器均为霍尔电压传感器HVS-AS5。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路、C相电压信号调理电路和逆变直流侧电压信号调理电路的电路结构相同且均包括型号均为OP07的运算放大器芯片U2和运算放大器芯片U3，以及二极管D1和二极管D2；所述运算放大器芯片U2的反相输入端接有电阻R5，所述电阻R5未与运算放大器芯片U2的反相输入端连接的一端为A相电压信号调理电路8、B相电压信号调理电路9、C相电压信号调理电路10或逆变直流侧电压信号调理电路12的电压信号输入端Uin，所述运算放大器芯片U2的同相输入端通过电阻R7接地，所述运算放大器芯片U2的反相输入端与输出端之间接有电阻R6；所述运算放大器芯片U3的反相输入端通过电阻R8与运算放大器芯片U2的输出端连接，所述运算放大器芯片U3的同相输入端通过电阻R10接地，所述运算放大器芯片U3的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R9和电容C1，所述运算放大器芯片U3的输出端接有电阻R11，所述电阻R11未与运算放大器芯片U3连接的一端为A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路、C相电压信号调理电路或逆变直流侧电压信号调理电路的输出端Uout，所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极均与电阻R11未与运算放大器芯片U3连接的一端连接，所述二极管D1的阴极与+3.3V电源的输出端连接，所述二极管D2的阳极接地。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述逆变输出A相电流传感器、逆变输出B相电流传感器和逆变输出C相电流传感器，以及负载A相电流传感器、负载B相电流传感器和负载C相电流传感器均为霍尔电流传感器HCS-SYA。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述逆变输出A相电流信号调理电路、逆变输出B相电流信号调理电路和逆变输出C相电流信号调理电路，以及负载A相电流信号调理电路、负载B相电流信号调理电路和负载C相电流信号调理电路的电路结构相同且均包括型号均为OP07的运算放大器芯片U5、运算放大器芯片U6和运算放大器芯片U7，以及二极管D3和二极管D4；所述运算放大器芯片U6的反相输入端接有电阻R12，所述电阻R12未与运算放大器芯片U6的反相输入端连接的一端为逆变输出A相电流信号调理电路、逆变输出B相电流信号调理电路或逆变输出C相电流信号调理电路，以及负载A相电流信号调理电路、负载B相电流信号调理电路或负载C相电流信号调理电路的电流信号输入端Iin，且通过串联的电阻R13和电阻R14接地，所述运算放大器芯片U6的同相输入端通过电阻R19接地，所述运算放大器芯片U6的反相输入端与输出端之间接有电阻R18；所述运算放大器芯片U5的反相输入端和输出端均通过电阻R17与运算放大器芯片U6的反相输入端连接，所述运算放大器芯片U5的同相输入端通过电阻R15与+3.3V电源的输出端连接，且通过电阻R16接地；所述运算放大器芯片U7的反相输入端通过电阻R20与运算放大器芯片U6的输出端连接，所述运算放大器芯片U7的同相输入端通过电阻R22接地，所述运算放大器芯片U7的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R21和电容C2，所述运算放大器芯片U7的输出端接有电阻R23，所述电阻R23未与运算放大器芯片U7连接的一端为逆变输出A相电流信号调理电路、逆变输出B相电流信号调理电路或逆变输出C相电流信号调理电路，以及负载A相电流信号调理电路、负载B相电流信号调理电路或负载C相电流信号调理电路的输出端Iout，所述二极管D3的阳极和二极管D4的阴极均与电阻R23未与运算放大器芯片U7连接的一端连接，所述二极管D3的阴极与+3.3V电源的输出端连接，所述二极管D4的阳极接地。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述A/D转换电路包括A/D转换芯片AD7606。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述微控制器模块包括DSP数字信号处理器DSP28335。

上述的一种静止无功发生器控制电路，其特征在于：所述光耦隔离电路包括光耦隔离芯片HCPL-316J。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用了模块化的设计，电路结构简单，设计合理，接线方便。

2、本实用新型通过选用合适的电压传感器和电流传感器，并设计合适的电压信号调理电路和电流信号调理电路，使得数据采集处理的实时性好，对静止无功发生器的控制实时性好，工作可靠性高。

3、本实用新型能够提高静止无功发生器的工作稳定性。

4、采用本实用新型控制静止无功发生器，使得静止无功发生器在非理想电网能够安全有效的运行，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型的电路结构简单，设计合理，接线方便，提高了静止无功发生器的工作可靠性和稳定性，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型A相电压信号调理电路、B相电压信号调理电路、C相电压信号调理电路和逆变直流侧电压信号调理电路的电路原理图。

图3为本实用新型逆变输出A相电流信号调理电路、逆变输出B相电流信号调理电路和逆变输出C相电流信号调理电路，以及负载A相电流信号调理电路、负载B相电流信号调理电路和负载C相电流信号调理电路的电路原理图。

附图标记说明:

1-主电路模块； 2-A/D转换电路；

3-微控制器模块； 4-光耦隔离电路；

5-A相电压传感器； 6-B相电压传感器；

7-C相电压传感器； 8-A相电压信号调理电路；

9-B相电压信号调理电路； 10-C相电压信号调理电路；

11-逆变直流侧电压传感器； 12-逆变直流侧电压信号调理电路；

13-逆变输出A相电流传感器； 14-逆变输出B相电流传感器；

15-逆变输出C相电流传感器； 16-逆变输出A相电流信号调理电路；

17-逆变输出B相电流信号调理电路；

18-逆变输出C相电流信号调理电路；

19-负载A相电流传感器； 20-负载B相电流传感器；

21-负载C相电流传感器； 22-负载A相电流信号调理电路；

23-负载B相电流信号调理电路； 24-负载C相电流信号调理电路。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的静止无功发生器控制电路，所述静止无功发生器包括主电路模块1、开关管等效电阻组和滤波电感组，所述主电路模块1包括三相全桥逆变电路和与三相全桥逆变电路连接的三相全桥整流电路，所述开关管等效电阻组包括电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述滤波电感组包括电感L1、电感L2和电感L3，所述电阻R1的一端、电阻R2的一端和电阻R3的一端分别与三相全桥逆变电路的三个中点连接，所述电感L1的一端、电感L2的一端和电感L3的一端分别与电网的A相线、B相线和C相线连接，所述电感L1的另一端、电感L2的另一端和电感L3的另一端分别与电阻R1的另一端、电阻R2的另一端和电阻R3的另一端连接；所述静止无功发生器控制电路包括电网电压检测电路、逆变直流侧电压检测电路、逆变输出电流检测电路、负载电流检测电路、A/D转换电路2、微控制器模块3和光耦隔离电路4，所述电网电压检测电路包括A相电压传感器5、B相电压传感器6和C相电压传感器7，以及分别与A相电压传感器5、B相电压传感器6和C相电压传感器7的输出端连接的A相电压信号调理电路8、B相电压信号调理电路9和C相电压信号调理电路10；所述逆变直流侧电压检测电路包括逆变直流侧电压传感器11和与逆变直流侧电压传感器11的输出端连接的逆变直流侧电压信号调理电路12；所述逆变输出电流检测电路包括逆变输出A相电流传感器13、逆变输出B相电流传感器14和逆变输出C相电流传感器15，以及分别与逆变输出A相电流传感器13、逆变输出B相电流传感器14和逆变输出C相电流传感器15的输出端连接的逆变输出A相电流信号调理电路16、逆变输出B相电流信号调理电路17和逆变输出C相电流信号调理电路18；所述负载电流检测电路包括负载A相电流传感器19、负载B相电流传感器20和负载C相电流传感器21，以及分别与负载A相电流传感器19、负载B相电流传感器20和负载C相电流传感器21的输出端连接的负载A相电流信号调理电路22、负载B相电流信号调理电路23和负载C相电流信号调理电路24；所述A相电压信号调理电路8的输出端、B相电压信号调理电路9的输出端和C相电压信号调理电路10的输出端，逆变直流侧电压信号调理电路12的输出端，逆变输出A相电流信号调理电路16的输出端、逆变输出B相电流信号调理电路17的输出端和逆变输出C相电流信号调理电路18的输出端，以及负载A相电流信号调理电路22的输出端、负载B相电流信号调理电路23的输出端和负载C相电流信号调理电路24的输出端均与A/D转换电路2的输入端连接；所述A/D转换电路2的输出端与微控制器模块3的输入端连接，所述光耦隔离电路4与微控制器模块3的输出端连接，所述三相全桥逆变电路的PWM控制信号输入端与光耦隔离电路4的输出端连接。

本实施例中，如图1所示，所述三相全桥逆变电路包括IGBT管VT1、IGBT管VT2、IGBT管VT3、IGBT管VT4、IGBT管VT5和IGBT管VT6，所述三相全桥整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6，所述IGBT管VT1的栅极、IGBT管VT2的栅极、IGBT管VT3的栅极、IGBT管VT4的栅极、IGBT管VT5的栅极和IGBT管VT6的栅极分别为三相全桥逆变电路的六个PWM控制信号输入端，所述二极管D1的阳极与IGBT管VT1的发射极连接，所述二极管D1的阴极与IGBT管VT1的集电极连接，所述二极管D2的阳极与IGBT管VT2的发射极连接，所述二极管D2的阴极与IGBT管VT2的集电极连接，所述二极管D1的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述二极管D2的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述IGBT管VT1的发射极与IGBT管VT2的集电极连接且为三相全桥逆变电路的第一个中点；所述二极管D3的阳极与IGBT管VT3的发射极连接，所述二极管D3的阴极与IGBT管VT3的集电极连接，所述二极管D4的阳极与IGBT管VT4的发射极连接，所述二极管D4的阴极与IGBT管VT4的集电极连接，所述二极管D3的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述二极管D4的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述IGBT管VT3的发射极与IGBT管VT4的集电极连接且为三相全桥逆变电路的第二个中点；所述二极管D5的阳极与IGBT管VT5的发射极连接，所述二极管D5的阴极与IGBT管VT5的集电极连接，所述二极管D6的阳极与IGBT管VT6的发射极连接，所述二极管D6的阴极与IGBT管VT6的集电极连接，所述二极管D5的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述二极管D6的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述IGBT管VT5的发射极与IGBT管VT6的集电极连接且为三相全桥逆变电路的第三个中点。

本实施例中，所述A相电压传感器5、B相电压传感器6、C相电压传感器7和逆变直流侧电压传感器11均为霍尔电压传感器HVS-AS5。

具体实施时，所述A相电压传感器5、B相电压传感器6、C相电压传感器7分别与电网的A相线、B相线和C相线连接。

本实施例中，如图2所示，所述A相电压信号调理电路8、B相电压信号调理电路9、C相电压信号调理电路10和逆变直流侧电压信号调理电路12的电路结构相同且均包括型号均为OP07的运算放大器芯片U2和运算放大器芯片U3，以及二极管D1和二极管D2；所述运算放大器芯片U2的反相输入端接有电阻R5，所述电阻R5未与运算放大器芯片U2的反相输入端连接的一端为A相电压信号调理电路8、B相电压信号调理电路9、C相电压信号调理电路10或逆变直流侧电压信号调理电路12的电压信号输入端Uin，所述运算放大器芯片U2的同相输入端通过电阻R7接地，所述运算放大器芯片U2的反相输入端与输出端之间接有电阻R6；所述运算放大器芯片U3的反相输入端通过电阻R8与运算放大器芯片U2的输出端连接，所述运算放大器芯片U3的同相输入端通过电阻R10接地，所述运算放大器芯片U3的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R9和电容C1，所述运算放大器芯片U3的输出端接有电阻R11，所述电阻R11未与运算放大器芯片U3连接的一端为A相电压信号调理电路8、B相电压信号调理电路9、C相电压信号调理电路10或逆变直流侧电压信号调理电路12的输出端Uout，所述二极管D1的阳极和二极管D2的阴极均与电阻R11未与运算放大器芯片U3连接的一端连接，所述二极管D1的阴极与+3.3V电源的输出端连接，所述二极管D2的阳极接地。

本实施例中，所述逆变输出A相电流传感器13、逆变输出B相电流传感器14和逆变输出C相电流传感器15，以及负载A相电流传感器19、负载B相电流传感器20和负载C相电流传感器21均为霍尔电流传感器HCS-SYA。

本实施例中，如图3所示，所述逆变输出A相电流信号调理电路16、逆变输出B相电流信号调理电路17和逆变输出C相电流信号调理电路18，以及负载A相电流信号调理电路22、负载B相电流信号调理电路23和负载C相电流信号调理电路24的电路结构相同且均包括型号均为OP07的运算放大器芯片U5、运算放大器芯片U6和运算放大器芯片U7，以及二极管D3和二极管D4；所述运算放大器芯片U6的反相输入端接有电阻R12，所述电阻R12未与运算放大器芯片U6的反相输入端连接的一端为逆变输出A相电流信号调理电路16、逆变输出B相电流信号调理电路17或逆变输出C相电流信号调理电路18，以及负载A相电流信号调理电路22、负载B相电流信号调理电路23或负载C相电流信号调理电路24的电流信号输入端Iin，且通过串联的电阻R13和电阻R14接地，所述运算放大器芯片U6的同相输入端通过电阻R19接地，所述运算放大器芯片U6的反相输入端与输出端之间接有电阻R18；所述运算放大器芯片U5的反相输入端和输出端均通过电阻R17与运算放大器芯片U6的反相输入端连接，所述运算放大器芯片U5的同相输入端通过电阻R15与+3.3V电源的输出端连接，且通过电阻R16接地；所述运算放大器芯片U7的反相输入端通过电阻R20与运算放大器芯片U6的输出端连接，所述运算放大器芯片U7的同相输入端通过电阻R22接地，所述运算放大器芯片U7的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R21和电容C2，所述运算放大器芯片U7的输出端接有电阻R23，所述电阻R23未与运算放大器芯片U7连接的一端为逆变输出A相电流信号调理电路16、逆变输出B相电流信号调理电路17或逆变输出C相电流信号调理电路18，以及负载A相电流信号调理电路22、负载B相电流信号调理电路23或负载C相电流信号调理电路24的输出端Iout，所述二极管D3的阳极和二极管D4的阴极均与电阻R23未与运算放大器芯片U7连接的一端连接，所述二极管D3的阴极与+3.3V电源的输出端连接，所述二极管D4的阳极接地。

本实施例中，所述A/D转换电路2包括A/D转换芯片AD7606。

本实施例中，所述微控制器模块3包括DSP数字信号处理器DSP28335。

本实施例中，所述光耦隔离电路4包括光耦隔离芯片HCPL-316J。

本实用新型使用时，电网电压检测电路、逆变直流侧电压检测电路、逆变输出电流检测电路和负载电流检测电路检测的信号输出给A/D转换电路2，通过A/D转换电路2将模拟信号转换为数字信号后输出给微控制器模块3，微控制器模块3输出的控制信号通过光耦隔离电路4进行光电隔离后再输出给主电路模块1中的三相全桥逆变电路，实现对静止无功发生器的控制。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。