[发明专利]配网电能质量综合补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及配电系统领域，具体涉及一种能应对三相不平衡、消除中性点零序电流和高次谐波的配网电能质量综合补偿器。

背景技术

三相四线制是低压配电网中最主要的供电方式，配电网中的用电设备大都以单相负荷为主。工业用电以感性负荷为多，而民用用电中阻性及感性混合，以阻性为主。由于用电设备不同时性，变压器几乎都在三相不平衡状态下运行。配电变压器的联结组别一般是Dyn11或Yyn0，三相不平衡时会造成中性点飘移及中性线零序电流加大，中性点飘移会产生三相电压的不平衡，一般电流大的相电压高，严重时相电压会达到380V，从而烧毁用电设备和变压器。由于零序电流的增加，会增加变压器的损耗，并在油箱夹件中产生大量的涡流损耗，有可能烧毁变压器。而用电设备中有很多会产生高次谐波，正、负序高次谐波在中性线会相互抵消，而零序高次谐波会在中性线叠加，从而使中性线高次谐波很大，高次谐波会对电网及变压器产生严重影响，大大增加线路损耗及对电网、变压器及用电设备损坏的机率。而感性负荷及中性点飘移会使变压器功率因数降低，大大降低变压器的效率。

发明内容

 为解决上述问题，本发明提供了一种配网电能质量综合补偿器，能有效控制三相不平衡，并消除中性零序电流和高次谐波。

本发明采用的技术方案如下：一种配网电能质量综合补偿器，包括电抗器、电流互感器、零序电流分流器、星接电容器组、角接电容器组、控制器，上述器件位于主变压器和负荷之间，其中电抗器接在中性线上，电流互感器接在三相火线上，用于采集三相电流信号发送给控制器，零序电流分流器用于调节零序电流流向，减少通过主变压器的零序电流，其与星接电容器组、角接电容器组并联接入配电系统；两组电容器分别设有复合开关，控制器与各复合开关连接，通过控制复合开关的闭合控制电容的投切。

由于三相不平衡电流可分解为正序、负序和零序电流，零序电流通过零序电流分流器抵消。由于大部分负荷是阻感性负荷，在配电线路上接入智能电容，控制器从电流互感器采集A、B、C三相电流大小和相位角，与电压参数一起进行计算，目标参数是功率因数和三相电流平衡率，采用一个系统感性为电感，电容器的电容值来建立平衡及电容补偿的数学模型进行推导，推导出在AB、BC、AC、AO、BO、CO之间投入的电容数，控制复合开关来实现消除负序电流的目的，从而使进入变压器的电流只是正序电流，达到三相平衡和功率因数为1的目的。

上述装置只能在阻感性负荷且感性负荷较大时运行有效，在感性负荷小以及纯阻性、阻容性负荷下无法运行，为适应这种负荷的要求，本发明还提供了另一种方案，用静止无功发生器（SVG）替代智能电容来消除负序电流，该方案的具体结构如下：包括电抗器、电流互感器、零序电流分流器、静止无功发生器、控制器，上述器件位于主变压器和负荷之间，其中电抗器接在中性线上，电流互感器接在三相火线上，用于采集三相电流信号发送给控制器，控制器与静止无功发生器连接，零序电流分流器用于调节零序电流流向，减少通过主变压器的零序电流，其与静止无功发生器并联接入配电系统。该系统中，通过电流互感器采集三相电流信号并发给控制器，由控制器分析计算负序电流和正负序高次谐波电流，再由SVG产生一个相反的负序电流和相反的正负序高次谐波，对火线上的负序电流和正负序高次谐波进行抵消，从而使通过变压器的电流只有正序电流，同样可达到三相平衡和功率因数为1的目的。而且，本方案可适应所有负荷，彻底消除高次谐波，省电15%，进一步解决采用智能电容补偿器的缺点。

所述的零序电流分流器包括一“曰”字型铁芯和三个初级绕组，每个绕组分为两个线圈，分别绕在两个不同的芯柱上；每个芯柱上有内外两层线圈，线圈绕向相同，匝数相等，三个绕组的首部分别连接A、B、C三相火线，其尾部相连共同接零线。初级绕组采用圆筒式。该零序电流分流器为干式浸渍式，采用风冷却。

零序电流分流器采用上述接线方式后，零序电流和正负序电流流入线圈。由于零序电流的相位角是相同的、大小相等，在每一柱上两个线圈产生的磁通大小相等、相位角相同、方向相反，从而使合成磁通为0。由于A、B、C三相零序电流通过时并未产生磁通，因此阻抗非常小。正、负序电流通过该分流器时，A柱上外线圈通过A相电流，内线圈通过C相电流，由于内、外线圈流入电流相反，且相位角相差120度，磁场是矢量叠加。

фA总=1.732фA