[实用新型]一种功率可回馈的有源全谐波补偿消弧装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于解决电网接地故障的消弧装置，尤其涉及的是一种功率可回馈的有源全谐波补偿消弧装置。

背景技术

众所周知，中国电网是世界上规模最大、最复杂的电网，随着城市化进程加速，近年来配电网络普遍向大容量、多出线方向发展。城市电缆网络的广泛应用更加加剧了这种容量扩展的趋势。与此同时，不断进步的社会对供电可靠性也提出了越来越高的要求，供电可靠性成为衡量供电企业成功与否的重要标准。在这种大背景下，配电网主要采用中性点经消弧线圈接地方式。传统的中性点谐振接地的电网如图1所示，当发生单相接地故障时，消弧线圈的电感电流IL₀补偿了系统对地电容电流IC₀，能有效地减少接地电流，大大提高了供电的可靠性。但当发生接地故障时，电力系统中除了由于电缆的分布电容带来的对地电容电流IC₀以外，还包含很大成分的谐波电流I_h，以及有功电流，其中，有功电流分量主要是电力设备的泄漏电流、零序回路中的有功损耗、电晕损耗和消弧线圈的有功损耗等引起的。高次谐波的重要来源是电力系统中含有铁芯及整流元件的非线性负载。而通常采用消弧线圈，均系无源工频无功电流补偿装置，顾名思义，即只补偿接地故障电流中的工频无功电容电流分量，而对电阻性电流和高频电流，只输出感性电流的消弧线圈则无能为力，这是目前的消弧线圈在原理上存在的一个不足。随着工业化的不断发展，配电网络的不断扩大，电力电子变电设备尤其是新能源并网设备的增加，此部分电流越来越不容忽视这些因素带来的污染正日益加剧，传统的消弧装置对此部分电流没有补偿能力，所以很容易造成补偿失败而造成电弧重燃，造成诸如跳闸或火灾等安全事故。

通过以上分析可知，接地故障时，电流中的有功分量和谐波分量造成的危害是不容忽视的。为了消除它们，实现真正意义上的全补偿，提高电网的供电可靠性，就要求采用接地故障电流的全补偿技术，补偿包括有功电流和谐波电流在内的残余电流。对接地电流的全补偿要求将有功分量、无功分量和谐波分量一并补偿，显然只依靠消弧线圈是不能满足要求的。而有源逆变技术是一种广泛应用于谐波抑制、无功功率补偿、交直流混合输电、新能源并网等领域的电力电子技术。有源逆变器的特点是可以通过检测工作系统的状态生成控制指令，通过控制电子开关生成补偿波形。它克服了无源补偿技术只能补偿固定频率和幅值的波形的缺点，可以对频率和幅值都变化的波形进行跟踪补偿。由于自身具有状态跟踪、检测和控制算法，可以根据要求任意补偿无功和谐波成分，而且可以实现有功功率的重新并网，从而真正实现全补偿。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种功率可回馈的有源全谐波补偿消弧装置，以解决电网接地故障时，电流中的有功分量和谐波分量造成的危害。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种功率可回馈的有源全谐波补偿消弧装置，包括控制器，及与其连接的电网侧功率补偿电路、故障电流采样电路、并网电流采样电路和直流电压采样电路，其中：

所述电网侧功率补偿电路包括依次连接的三相整流桥电路和单向逆变桥电路，所述三相整流桥电路的输入端通过电抗连接至三相电网，其控制信号输入端连接至控制器的整流脉冲信号输出端，所述单向逆变桥电路的输出端通过补偿变压器与三相电网的消弧线圈串联，其控制信号输入端连接至控制器的逆变脉冲信号输出端；

所述故障电流采样电路的信号采集端连接至三相电网的消弧线圈，其信号输出端连接至控制器，用于采集三相电网的谐波电流信号；

所述并网电流采样电路的信号采集端连接至三相电网，其信号输出端连接至控制器，用于采集三相电网的并网电流信号；

所述直流电压采样电路的信号采集端连接至三相整流桥电路的输出端，其信号输出端连接至控制器，用于采集三相整流桥电路的直流电压信号。

所述控制器包括至少两组具有PWM功能的端口，其一组具有PWM功能的端口通过依次连接的一功率驱动电路和一光纤收发电路与三相整流桥电路的控制信号输入端连接，将整流脉冲信号输出给三相整流桥电路，其另一组具有PWM功能的端口通过依次连接的另一功率驱动电路和另一光纤收发电路与单向逆变桥电路的控制信号输入端连接，将逆变脉冲信号输出给单向逆变桥电路。

所述故障电流采样电路包括依次连接的故障电流采样传感器CT1和差分放大电路，所述故障电流采样传感器CT1的信号采集端连接至三相电网的消弧线圈，其谐波信号输出端通过差分放大电路连接至控制器的一具有A/D转换功能的端口。