专利名称：一种动态电压快速补偿装置的利记博彩app
技术领域：
一种动态电压快速补偿装置
(—)技术领域本发明提供一种动态电压快速补偿装置。该装置能够实时检测电网电压并对此进行分析和判断，当电网电压出现电能质量问题时，该装置能够产生补偿电压并对电网进行补偿，从而保证负载工作正常。其中涉及电网数据采集，数字信号处理，电力切换，电力逆变技术以及补偿策略算法和控制算法。
背景技术：
电能既是一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转换的能源形式，又是一种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的特殊产品。供电电源的电能质量下降而影响电气设备正常工作的问题，早在电力供应一开始就引起了供用电双方的关注。目前，由于具有非线性负荷特征的设备在电力系统中得到了广泛应用，这些设备的运行使得电网中电压和电流波形畸变越来越严重，会使电网电压产生一些较为严重的电能质量问题。同时另一方面，随着现代科学技术的发展和工业规模的扩大，尤其是以信息技术为先导的知识经济时代的到来，社会对电能需求日益增加的同时，基于计算机、微处理器的管理、分析、检测、控制的用电和各种电力电子设备在电力系统中大量投入使用。这些设备对电源的波动和各种干扰十分敏感，任何电能质量问题都可能会造成产品质量下降或管理秩序的紊乱，造成重大的经济损失和不良的社会影响。因此，电力用户对电能质量提出了更高的要求。在这些电能质量问题中，电压凹陷问题受到的关注最多。据统计，在电能质量的诸多原因中，由于电压凹陷问题引起的用户投诉占到了 80%以上，而谐波，开关操作过电压等问题投诉数量不到20%。电压凹陷，即电网电压均方根植下降到10% -90%范围内，持续时间为O. 5个工频周期至I分钟的电压短期下降。据统计数据表明目前电网高达92%的扰动事故来源于电压凹陷问题，且他们的凹陷时间不超过2s，凹陷范围不超过20%。造成电压凹陷最常见的原因有故障电流和感应电动机启动以及变压器励磁涌流，开关操作等。这些都是电网系统中经常发生的事件。目前，电网凹陷问题主要有以下几种方法解决一、静止开关切换STS:电网负载由双电源供电，当发生凹陷时，STS可将负载电源切换为备用电源。此种方案虽能保证负载电能质量，但造价过高。二、不间断电源UPS :目前这种方案的应用较广。在电网电压发生凹陷时由UPS供电，提供给用户合格的电压，效率可达90 %以上。但是UPS大容量受限制，且维护费用较高。目前，随着电力电子技术的发展，新型动态电压恢复方法得到了广泛关注 该方法通过在电网中串联补偿源补偿电压凹陷。只有在电网电压发生凹陷时，补偿源输出补偿电压。基于此种方法，负载所需功率大部分仍由电网提供，因此动态电压恢复装置的工作效率较高，且容易实现大功率，维护费用低于UPS。针对以上问题，在方法三的基础上，提出一种动态电压快速补偿装置。该装置可以实时监测电网电压，电网电流，并通过数字信号处理算法得到电网各项数值。当电网发生电压凹陷问题时，通过DSP处理计算得到电网凹陷补偿量。该补偿量通过逆变输出工频交流与电网凹陷电压串联，实现电网凹陷的补偿。同时，该装置通过构造闭环控制系统并采用相关控制算法实现补偿的快速准确与稳定。
发明内容I、目的本发明的目的是提供一种动态电压快速补偿装置。该装置能够实时监测电网各项参数，当电网电压发生凹陷时产生逆变产生补偿电压对电网进行补偿，同时采用闭环控制算法使得补偿快速稳定，从而为负载端提供高质量的电能。2、技术方案本发明一一种动态电压快速补偿装置由硬件和软件算法两大部分构成硬件部分结构示意图如图I所示。该装置硬件结构包括基于DSP (数字信号处理器) 的控制及处理单元，信号采集调理单元，AD转换单元，直流交流逆变单元，补偿主电路单元， 直流储能单元，保护单元，装置供电电源单元。该装置软件算法部分包括电网检测算法，补偿策略算法，系统闭环控制算法以及装置硬件驱动。该装置硬件部分负责电网信号的采集调理，并根据计算得到的补偿电压值逆变输出补偿电压，将补偿电压可靠稳定的加载到电网中。软件算法部分负责将采集到的电网信号用相关算法进行检测识别，并根据得到的电网信息通过补偿策略算法进行补偿，输出补偿电压量。闭环控制算法保证补偿的准确性与稳定性。(I)硬件结构一种动态电压快速补偿装置硬件结构包括基于DSP (数字信号处理器)的控制及处理单元，信号采集调理单元，AD转换单元，直流交流逆变单元，补偿主电路单元，直流储能单元，保护单元，装置供电电源单元。基于DSP (数字信号处理器)的控制及处理单元是整个装置的核心，它控制采集调理电路以及AD转换电路对电网信息进行采集并进行分析计算， 并控制逆变电路输出交流补偿电压进行补偿。装置硬件结构框图如图I所示。所述基于DSP的控制及处理单元由TMS320F2812DSP芯片构成。该芯片是专用于控制领域的高性能32位定点DSP芯片，工作主频高达150MHz，处理能力可达150MIPS，它是整个装置的核心，负责接收由采集调理单元和AD转换单元输出的电网信息数据，并执行相关算法，对采集的数据进行分析计算，输出PWM信号控制逆变器输出。 所述信号采集调理单元由电压互感器，电流互感器，运算放大器，信号接口等组成。其结构框图如图2所示。6个电压互感器分别采集三相电网、负载电压，3个电流互感器采集三相负载电流。运算放大器0P07组成信号调理电路对9路信号进行放大，并输出9路模拟信号至AD单元。电压互感器采集的A相电压信号进入由运算放大器LM358和74LS14 组成的过零点滞回比较器，输出的相位信号输入DSP数字接口供补偿控制算法实现过零点补偿。所述AD转换单元由AD转换器，译码器芯片，总线收发器及中断逻辑器件组成。单元结构框图如图3所示。AD转换器采用3片MAX125，其为4路14位AD转换芯片。3片 MAX125的模拟输入分别接信号米集调理单兀输出的三相电网电压信号、负载电压信号和负载电流信号。译码器芯片74HC138对DSP地址线进行译码构成AD片选信号。总线收发器 74LVC4245对AD14位数据总线进行总线收发及电平转换。或逻辑门对3片AD转换完成逻辑信号进行或操作，可以实现当3片AD均转换完成时才输出总转换完成信号，构成DSP外部中断信号。译码器、总线收发器、逻辑或门构成总线接口与DSP相连接。[0013]所述直流交流逆变单元由IPM模块PS21867，光藕芯片HCPL4504，供电芯片 M57120L，逆变滤波器组成。逆变单元的核心部件为IPM模块PS21867，他的内部由三个桥臂、6个IGBT的驱动电路以及保护电路组成。PS21867可支持的直流母线最大电压为600V， 直流母线最大电流为30A。本装置采用2片PS21867，并且通过两两桥臂组成相互独立的三相全桥逆变电路，分别为三相电提供补偿电压。逆变采用SPWM波调制，PWM信号载波频率为 6. 4KHz，其通过由高速光藕芯片HCPL4504构成的光藕隔离后输入PS21867构成控制信号。 供电芯片M57120可输出4路相互隔离的15V直流电压，分别为IPM模块3个上桥IGBT和下桥IGBT提供驱动电压。逆变滤波器采用LC型滤波器，滤波器所用电感磁环的磁导率为 60H/m，选定材料为铁硅铝，磁环上绕制多股漆包线，电感设计值为680uH。LC滤波器所选电容为200uF交流电容，耐压为450V，设计截止频率为O. 5Khz，可以将6. 4Khz载波滤除。所述直流储能单元为多组蓄电池串联。蓄电池为逆变单元提供直流母线电压，电网电压凹陷补偿所需要的能量也从蓄电池提供。所述补偿主电路单元包括变压器和固态继电器。变压器将逆变产生的补偿电压串联进电网。固态继电器实现补偿电压的接入与断开。正常情况下，固态继电器闭合。当电网发生凹陷时，固态继电器断开，补偿电压串联进入电网。其结构图如图所示采用这种补偿主电路逆变器与电网实现了隔离，逆变器产生的高次谐波不会对电网造成影响，在电网工作正常时变压器无铜损耗。如图4所示，为逆变单元、补偿主电路单元及直流储能单元结构框图。所述保护单元由散热片，保险电路，温度传感器，三态门芯片74HC245构成。散热片安装在IPM模块上，防止IPM模块过热。保险电路安装在直流母线上，当母线电流过大时， 母线电路自动切断。PWM控制信号通过三态门芯片74HC245，温度传感器和IPM模块故障输出信号线连接至三态门芯片输出使能端，在有故障信号输出时关闭PWM控制信号。所述装置供电电源单元为交流直流电源模块，以及线性电源芯片。供电电源交流取自补偿后的电网电压，电源模块输出直流再经线性电源芯片为本装置各单元供直流电。(I)软件算法结构一种动态电压快速补偿装置软件算法主要包括电网检测算法、补偿策略算法系统闭环控制算法以及装置硬件驱动。装置软件算法工作流程如下由调理电路AD转换得到的三相电压电流波形经过电网检测算法，可识别出各路信号的幅值，相位。补偿策略算法根绝检测到电网电压电流信号幅值和相位进行分析判断，并计算出各相电压的补偿量。在补偿开始时，为提高快速性，首先进行开环控制进行补偿，在开环阶段后进入闭环控制。闭环控制算法根据补偿策略算法计算出的补偿量作为系统输入，对整个补偿系统进行PID控制并输出PWM信号控制逆变器。算法控制流程图如图5所示所述电网检测算法作用为对输入的多路电网电压电流信号进行识别，获取基波幅值相位信息。算法基于dq变换原理。设A相输入基波信号为UAsin (wt+θ Α+α )其中Ua为A相基波有效值，θ A为A相基波初相角，α为A相电压基波
跳变角度。根据A相电压信号构造矩阵
权利要求1 一种动态电压快速补偿装置，其特征在于基于DSP (数字信号处理器)的控制及处理单元，信号采集调理单元，AD转换单元，直流交流逆变单元，补偿主电路单元，直流储能单元，保护单元，装置供电电源单元；所述基于DSP的控制及处理单元由TMS320F2812DSP芯片构成，该芯片是专用于控制领域的高性能32位定点DSP芯片，工作主频高达150MHz，处理能力可达150MIPS ；所述信号采集调理单元由电压互感器，电流互感器，运算放大器，信号接口等组成，电压互感器，电流互感器采集三相电网电压，三相负载电压，三相负载电流，运算放大器0P07 对信号进行放大，运算放大器LM358和74LS14组成比较器输出相位信号；所述AD转换单元由AD转换器MAX125、总线收发器74LVC4245、三输入或门74HC4075， 译码器74HC138组成，MAX125对9路信号进行AD转换，74LVC4245对数据总线进行电平转换，74HC138对地址总线译码，74HC4075处理中断信号；所述直流交流逆变单元由IPM模块PS21867，光藕芯片HCPL4504，供电芯片M57120L，逆变滤波器组成，2片IPM模块PS21867组成相互独立的三相全桥逆变电路，逆变采用SPWM波调制，PWM信号载波频率为6. 4KHz，高速光藕芯片HCPL4504对输入信号进行隔离，2片芯片 M57120为IPM模块门级驱动供电，逆变滤波器采用LC型滤波器，电感值为680uH，磁环材料为铁硅铝，电容大小为200uF ；所述直流储能单元为6个电压为12V的铅蓄电池串联；所述补偿主电路单元包括变压器和固态继电器，变压器原边连接逆变器输出，逆变器副边与负载相串联接入电网，固态继电器与变压器副边并联；所述保护单元由散热片，保险电路，温度传感器，三态门芯片74HC245构成，散热片安装在IPM模块上，保险电路安装在直流母线上，PWM控制信号通过三态门芯片74HC245，温度传感器和IPM模块故障输出信号线连接至三态门芯片输出使能端；所述装置供电电源单元为交流直流电源模块HAT15-05V12-WFCI、HAS-24-ff,以及线性电源芯片LM1117-3. 3、LM7805、LM7905，供电电源交流取自补偿后的电网电压，电源模块输出直流再经线性电源芯片为本装置各单元供直流电。
专利摘要本实用新型一种动态电压快速补偿装置可对电网凹陷问题进行检测分析并实现快速补偿，从而提高负载端电能质量。本装置可分为硬件软件两大部分。硬件部分包括基于DSP(数字信号处理器)的控制及处理单元，信号采集调理单元，AD转换单元，直流交流逆变单元，补偿主电路单元，直流储能单元，保护单元，装置供电电源单元。硬件电路实现电网信息采集以及逆变电压输出耦合进入电网。软件算法部分包括电网检测算法，补偿策略算法，系统闭环控制算法以及装置硬件驱动。软件算法部分实现电网电压电流的检测及分析，补偿策略实现以及对整个补偿系统进行控制。
文档编号H02J3/12GK202353217SQ20112042792
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者王建伟, 田思维, 肖瑾, 胡晓光, 陈松松 申请人:北京航空航天大学