一种采用冗余控制的无功补偿装置的制作方法

1.本实用新型涉及无功补偿技术领域，具体涉及一种采用冗余控制的无功补偿装置。


背景技术：

2.随着风电占比的不断增加，风电、光伏由于能源的固有属性不稳地，导致电能输出的稳定性较差，必须配备无功补偿装置。现在主流的无功补偿装置基本以第三代无功补偿装置(static vargenerator，简称svg)为主。近年来，随着svg广泛的使用，svg的一些弊端也慢慢表现出来了。svg通过适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，从而使该电路输出满足要求的无功电流，实现动态调整控制侧电压或无功的目的。
3.现有的svg系统通过三相星行接线然后串联电抗，通过调整igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件)的开断实现pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)占空比控制，实现对交流侧输出电压的相位和幅值调整，继而实现平衡电场无功。
4.但是随着svg无功调整过程中，igbt不断分-合-分，随着工作次数的增加，igbt的使用寿命慢慢减低，当igbt击穿时，svg功率阀组便会出现故障，导致svg装置跳闸，从而影响发电厂的电网的无功支撑，同时还会导致发电厂被电网考核的事件。


技术实现要素：

5.因此，本实用新型要解决的技术问题在于解决现有技术中igbt重复工作导致无功补偿装置故障跳闸，从而影响发电厂的电网的无功支撑，同时还会导致发电厂被电网考核的事件的问题，从而提供了一种采用冗余控制的无功补偿装置。
6.本实用新型实施例提供了一种采用冗余控制的无功补偿装置，包括：
7.多个无功补偿模组，所述多个无功补偿模组串联组成三路链路，所述三路链路分别与三相电源连接；其中，所述无功补偿模组包括多个主用功率模组与至少一个冗余功率模组，主用功率模组与冗余功率模组串联；
8.多个旁路开关，所述多个旁路开关分别与各主用功率模组和各冗余功率模组并联。
9.可选地，无功补偿模组，包括：直流电容和逆变桥；其中所述逆变桥与所述直流电容并联，并与所述三相电源连接。
10.可选地，还包括：控制器；
11.所述控制器与所述旁路开关连接，以实现对旁路开关的开合控制。
12.可选地，所述控制器，包括：采样板卡、控制板卡和驱动板卡；其中，所述控制板卡与所述采样板卡、所述驱动板卡和所述旁路开关连接。
13.可选地，所述采样板卡采用电流传感器或电压传感器。
14.可选地，所述控制板卡采用数字信号处理器或可编程逻辑控制器。
15.可选地，所述驱动板卡采用脉冲宽度调制器。
16.可选地，所述旁路开关采用电磁式交流接触器，或晶闸管和整流桥，或双向晶闸管。
17.可选地，还包括：
18.连接电抗器，所述连接电抗器设置在每路链路中与所述三相电源连接。
19.可选地，还包括：
20.具体的，启动电阻是串联在整个回路中防止启动瞬间烧毁直流电容和功率器件；旁路开关与启动电阻并联，由于设备启动柜后不需要启动电阻始终串联在电路中，为降低有功损耗通过旁路开关进行旁路。
21.本实用新型技术方案，具有如下优点：
22.本实用新型实施例提供了一种采用冗余控制的无功补偿装置，通过在无功补偿模组中增加冗余功率模组，当无功补偿模组出现故障时，不会立刻跳闸，只是旁路故障模组，仍可以继续工作，降低了跳闸频率，增加了无功补偿装置的运行稳定性，提升了电网运行的稳定性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型实施例中的一种采用冗余控制的无功补偿装置一个具体示例的结构示意图；
25.图2为本实用新型实施例中的旁路开关与无功补偿模组连接示意图；
26.图3为本实用新型实施例中的无功补偿模组的结构示意图；
27.图4为本实用新型实施例中的控制器的结构示意图。
28.图中，1-无功补偿模组；2-主用功率模组；3-冗余功率模组；4-旁路开关；5-直流电容；6-逆变桥；7-控制器；8-采样板卡；9-控制板卡；10-驱动板卡；11-连接电抗器；12-启动电阻。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上端”、“内部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连
接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.本实用新型提供一种采用冗余控制的无功补偿装置，如图1-2所示，包括：
34.多个无功补偿模组1，所述多个无功补偿模组1串联组成三路链路，所述三路链路分别与三相电源连接；其中，所述无功补偿模组1包括多个主用功率模组2与至少一个冗余功率模组3，主用功率模组2与冗余功率模组3串联。
35.多个旁路开关4，所述多个旁路开关4分别与各主用功率模组2和各冗余功率模组3并联。
36.具体地，如图2所示，多个无功补偿模组1串联组成的三路链路分别对应电网的a、b、c三相，采用星型连接结构，以a相为例，包括n+m个无功补偿模组1，分别是a1、a2、
…
、an、an+1
…
an+m，包括n个主用功率模组2和m个冗余功率模组3，每个主用功率模组2与冗余功率模组3对应设置一个旁路开关4，分别是ka1、ka2
…
kan、kan+1，
…
，kan+m。
37.进一步地，n个主用功率模组2与m个冗余功率模组3同时在线工作，初始工作时，主用功率模组2对应的旁路开关4处于打开状态，冗余功率模组3对应的旁路开关4处于关闭状态，当检测到某个主用功率模组2出现异常时，通过与其对应的旁路开关4可以将该故障的主用功率模组2旁路(即出现故障的主用功率模组2对应的旁路开关4闭合)，从而将其从链路中脱离，此时，链路中的级数将由n+m级变成n+m-1级，需要选取第一个冗余功率模组3作为主用功率模组2继续进行工作，不会改变链路中svg节点的级数，确保对主用功率模组2进行切换后，能够保持与切换前相同的工作状态。
38.具体的，所述旁路开关4采用电磁式交流接触器，或晶闸管和整流桥，或双向晶闸管。
39.进一步地，旁路开关4可以在各无功补偿模组1的输出端设有一继电器，利用控制常开和常闭状态来实现故障无功补偿模组1的分离；或采用晶闸管和整流桥，各无功补偿模组1的输出端连接到两对二极管组成的整流桥，所以晶闸管始终处于正向压降下，当检测到无功补偿模组1内部故障时，立即封锁igbt脉冲，并触发晶闸管导通，实现旁路分离；或者采用双向晶闸管。
40.在一可选实施例中，如图3所示，无功补偿模组1，包括：直流电容5和逆变桥6；其中所述逆变桥6与所述直流电容5并联，并与所述三相电源连接。
41.具体的，直流电容5作为桥式变流器储能元件输出直流电压通过逆变桥6将直流电压逆变为交流电压；其中，逆变桥6由四只反并联开关器件igbt组成，并二极管整流。
42.在一可选实施例中，如图4所示，还包括：控制器7；
43.所述控制器7与所述旁路开关4连接，以实现对旁路开关4的开合控制。
44.进一步地，控制器7可以与人机交互界面连接，当出现故障时发出警告，提前申请调度，在检修期人为进行模组更换，不影响电站正常运行。
45.在一可选实施例中，如图4所示，所述控制器7，包括：采样板卡8、控制板卡9和驱动
板卡10；其中，所述控制板卡9与所述采样板卡8、所述驱动板卡10和所述旁路开关4连接。
46.具体的，所述采样板卡8采用电流传感器或电压传感器；所述控制板卡9采用数字信号处理器或可编程逻辑控制器；所述驱动板卡10采用脉冲宽度调制器。
47.进一步地，控制器7的工作过程为：采样板卡8将采集的电流信号或电压信号进行数模转换，控制板卡9基于采样板卡8发送的数据，利用控制算法生成驱动信号，驱动板卡10将控制板卡9所产生的驱动信号进行功率放大，将功率放大的信息来驱动igbt，igbt驱动电路同时反馈igbt是否存在过流、短路故障，将存在的过流、短路故障信号发送给控制板卡9，控制板卡9基于该过流、短路故障信号生成开关信号，开关信号通过光纤传送给驱动板卡10，通过驱动板卡10的隔离放大控制旁路开关4的开通与关断。
48.在一可选实施例中，还包括：
49.连接电抗器11，所述连接电抗器11设置在每路链路中与所述三相电源连接。
50.其中，连接电抗器11起到防止过电流、滤除纹波的作用。
51.在一可选实施例中，还包括：
52.启动电阻12，所述启动电阻12设置在每路链路中与所述无功补偿模组1的输入端和所述连接电抗器11的输出端连接，并与所述旁路开关4(j)并联。
53.具体的，启动电阻12是串联在整个回路中防止启动瞬间烧毁直流电容5和功率器件；旁路开关4与启动电阻12并联，由于设备启动柜后不需要启动电阻12始终串联在电路中，为降低有功损耗通过旁路开关4进行旁路。
54.上述一种采用冗余控制的无功补偿装置，通过在无功补偿模组1中增加冗余功率模组3，当无功补偿模组1出现故障时，不会立刻跳闸，只是旁路故障模组，仍可以继续工作，降低了跳闸频率，增加了无功补偿装置的运行稳定性，提升了电网运行的稳定性。
55.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。