本實用新型屬于低壓配電網技術領域，尤其是一種應用于低壓配網的治理三相不平衡的裝置。

背景技術：

我國城鄉(xiāng)居民和商業(yè)低壓配電網中配電變壓器均采用三相變壓器，三相負荷與單相負荷共存。近年來，隨著社會經濟建設的發(fā)展，三相不平衡、功率因數低、電壓質量不合格三方面問題已日益凸顯，解決低壓配電網電能質量尤其治理三相不平衡是電網規(guī)劃和建設的主要任務之一。

當前治理農網三相不平衡的方法主要有均勻分布負荷、增加短路容量、電感與電容組合調整等方法，這些治理方法直接成本很低，能取得一定的效益，但是，上述技術方案都是依托單一的裝置實現，受技術、客觀性等因素的影響并不能取得很好的效果，還會造成大量的人力浪費，不能從根本上解決問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于彌補現有技術的不足之處，提供一種設計合理、性能可靠且成本低廉的應用于低壓配網的治理三相不平衡的裝置。

本實用新型解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種應用于低壓配網的治理三相不平衡的裝置，包括三個信號采集及調整單元、三個A/D轉換單元、三個DSP處理模塊、FPGA驅動控制模塊、三個IGBT輸出模塊、RISC主控制器、人機交互界面模塊和三遙接口模塊，三個信號采集及調整單元同步采集電網三相電能參數并進行調整，三個信號采集及調整單元分別通過A/D轉換單元連接各自的DSP處理模塊，三個DSP處理模塊輸出PWM控制信號并連接到FPGA驅動控制模塊；三個DSP處理模塊還與RISC主控制器相連接，RISC主控制器與人機交互界面模塊和三遙接口模塊相連接，RISC主控制器還與FPGA驅動控制模塊相連接并控制FPGA驅動控制模

塊選擇IGBT驅動信號并驅動IGBT單元。

本實用新型的優(yōu)點和積極效果是：

1、本實用新型實現了低壓配網三相不平衡的治理功能，并且能夠進行無功補償及穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，有效地改善了配電網電能質量，解決了我國低壓配電網因三相負荷不平衡、無功功率較大等因素引起的線路損耗增加，電能質量、安全可靠性降低及配電設備容量利用率降低等問題，實現了國家電網公司提出的建設安全可靠、運行靈活、節(jié)能環(huán)保、經濟高效的配電網要求。

2、本實用新型通過治理三相不平衡、無功補償、電壓波動治理可以降低低壓配電變壓器及配網傳輸的線損，提高供電公司的售電收益、提高配電變壓器的出力、設備使用率及壽命、提高農網配電功率因數。

3、本實用新型對提高低壓配網安全可靠供電能力、電能質量和配電設備容量利用率，降低配網損耗，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓具有確切效果，對滿足人民生活發(fā)展和經濟增長的需要具有積極意義。

附圖說明

圖1是本實用新型的電路方框圖；

圖2為補償三相不平衡原理框圖；

圖3為補償三相不平衡的處理步驟1原理框圖；

圖4為補償三相不平衡的處理步驟2原理框圖；

圖5a為無功補償單相原理圖；

圖5b為理想情況的單相等效電路圖；

圖5c為實際應用的單相等效電路圖；

圖5d為電流超前的相量圖；

圖5e為電流滯后的相量圖；

圖6為電壓支撐原理框圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳述：

一種應用于低壓配網的治理三相不平衡的裝置，如圖1所示，包括三個信號采集及調整單元(A相信號采集及調整單元、B相信號采集及調整單元、C相 信號采集及調整單元)、三個A/D轉換單元、三個DSP處理模塊(A相DSP處理模塊、B相DSP處理模塊和C相DSP處理模塊)、FPGA驅動控制模塊、三個IGBT輸出模塊(A相IGBT輸出模塊、B相IGBT輸出模塊和C相IGBT輸出模塊)、RISC主控制器、人機交互界面模塊和三遙接口模塊。三個信號采集及調整單元同步采集電網A、B、C三相的電能參數并進行調整，然后通過A/D轉換單元后進入每相的DSP處理模塊，每相DSP處理模塊根據數據同步完成三相不平衡補償、無功補償、電壓支撐(電壓波動調節(jié))所需PWM控制信號并連接到FPGA驅動控制模塊；三個DSP處理模塊還與RISC主控制器相連接，RISC主控制器與人機交互界面模塊和三遙接口模塊相連接實現人機交互功能、三遙通信功能，RISC主控制器還與FPGA驅動控制模塊相連接并根據每相的DSP運算數據，自動分析三種補償模式的優(yōu)先級，從而觸發(fā)FPGA驅動控制模塊選擇IGBT驅動信號并驅動IGBT單元，使電網的電能質量得到最優(yōu)化的改善。

本實用新型的工作原理：

(1)補償三相不平衡

本實用新型在運行時，會通過外接電流互感器(CT)實時檢測電網電流，然后將CT采集到的電流信息發(fā)給內部控制器進行處理，經過控制器分析之后，裝置就會發(fā)現系統(tǒng)的電流不平衡狀態(tài)，同時計算出三相電流達到平衡狀態(tài)所需轉換的電流值，從而輸出相應的PWM信號，驅動整流IGBT及逆變IGBT電路，實現了系統(tǒng)所需要補償電流的輸出，即將不平衡電流從電網負荷電流小的相輸出到電網負荷電流大的相，使電網各相電流達到平衡狀態(tài)，如圖2所示。

如圖3所示，電網電流出現了不平衡狀態(tài)：A相電流為15安培、B相電流為10安培、C相電流為5安培，平衡狀態(tài)應為A、B、C三相均為10安培電流，A相電流要達到平衡狀態(tài)則需要減小5安培的電流，B相電流正好為10安培無需調整，C相電流如要達到平衡狀態(tài)則需要增加5安培的電流，經過DSP運算完成之后，控制器就會通過IGBT驅動電路來驅動C相IGBT動作，將C相的交流電整流為直流電之后儲存在裝置內部的母線電容中；然后，控制器就會通過IGBT驅動電路來驅動A相IGBT動作，將裝置內部的母線電容(A、B、C公用同一組母線電容)上的直流電進行逆變，然后輸出到系統(tǒng)A相上，這樣A、B、C三相 電流全部為10A，如圖4所示。整個補償不平衡的過程可以理解為：電網電流從系統(tǒng)C相流入該裝置5安培，從該裝置內部流出5安培到系統(tǒng)A相，從而使得A、B、C三相電流全部重新分配為10安培，而電網的三相總電流保持不變。其原理就是將某相可以額外輸出的電流存儲到裝置母線電容中，然后從母線電容取出電流補償需要補償的某相。當然，這一系列的計算及控制動作都是在很短的時間內完成的，并且，在這一過程中該裝置只是起到一個重新分流的作用，只需消耗很小一部分的能量(如風扇運轉、控制器件的能量消耗、開關器件的能量消耗)。其動作是瞬時的，而在某一段時間內其收發(fā)電流的有效值卻是平衡的，因此可以將其動作的結果理解為分流作用，使得系統(tǒng)三相電流的有效值達到一個平衡狀態(tài)。當系統(tǒng)三相電流都偏離平衡點時，其補償原理與兩相偏離平衡點的狀況類似。其根本原則依然是將某相可以額外輸出的電流存儲到該裝置母線電容中，然后從母線電容取出電流補償需要補償的某相。

(2)無功補償

本實用新型的無功補償功能正常運行時就是先將電網電流進行整流，將直流電能存儲于裝置的電容中，相當于從電網中獲取補償無功功率所需的能量，然后通過電力電子開關的通斷將直流側電壓轉換成交流側與電網同頻率的輸出電壓，其核心就像一個電壓型逆變器，只不過其交流側輸出接的不是無源負載，而是電網。因此，當僅考慮基波時該裝置可以等效地被視為幅值和相位均可控的與電網同頻率的交流電壓源，它通過交流電感連接到電網上。無功補償單相原理圖如圖5a所示，其工作原理可用圖5b所示的等效電路來說明。設電網電壓和該裝置輸出交流電壓分別用相量和表示，則連接電感X上的電壓即為和的相量差，而連接電感的電流是可以由其電壓來控制的，這個電流就是裝置從電網吸收的電流因此，改變該裝置交流側輸出電壓的幅值及其相對于的相位，就可以改變連接電感上的電壓，從而控制該裝置從電網吸收電流的相位和幅值，也就控制了裝置吸收無功功率的性質和大小。在圖5b中,將連接電感視為理想電感，沒有考慮其損耗以及變流器的損耗,因此不必從電網吸收有功能量。在這種情況下，只需使與同相，僅改變的幅值大小即可以控制該裝置從電網吸收的電流是超前還是滯后90°，并且能控制該電流的大小。如圖 5b所示,當U₁大于Us時，電流超前電壓90°，裝置吸收容性的無功功率；當U₁小于Us時，電流滯后電壓90°，裝置吸收感性的無功功率。在實際應用中要考慮到連接電感的損耗和變流器本身的損耗(如管壓降、線路電阻等)，并將總的損耗集中作為連接電感的電阻考慮，則該裝置的實際等效電路如圖5c所示,其電流超前和滯后工作的相量圖如圖5d和圖5e所示。在這種情況下,變流器電壓與電流仍是相差90°，因為變流器無需有功能量。而電網電壓與電流的相差則不再是90°，而是比90°小了δ角，因此電網提供了有功功率來補充電路中的損耗，也就是說，相對于電網電壓來講，電流中有一定量的有功分量。這個δ角也就是變流器電壓與電網電壓的相位差。改變這個相位差，并且改變的幅值，則產生的電流的相位和大小也就隨之改變，該裝置從電網吸收的無功功率也就因此得到調節(jié)。

(3)電壓波動調節(jié)

如圖6所示，本實用新型對補償點電壓進行采樣，將電壓信息傳遞給內部DSP，以判斷補償點電壓是否超過設定值，當電壓超過調壓上限(Umax)時，裝置內部發(fā)出PWM信號控制IGBT輸出與電網電壓相位滯后90°的電流，即感性電流，降低電壓；當電壓低于調壓下限(Umin)時，裝置內部發(fā)出PWM信號控制IGBT輸出與電網電壓相位超前90°的電流，容性電流，提升電壓。最終使各相電壓穩(wěn)定在正常范圍內。

本實用新型經試驗，可以看出具有以下功能特點：

(1)具備三相不平衡補償功能，三相不平衡度可降至3％以下；

(2)具備無功補償功能，功率因數可達0.99級；

(3)具備電壓支撐功能；

(4)容感性負載-1～1補償效果可調。

需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本實用新型保護的范圍。