[发明专利]一种基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置及方法

权利要求书

1.一种基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置，其特征在于：包括电流互感器、电压互感器、AD采样板、主控装置、电压过零检测电路、通信控制装置、脉冲发生器、脉冲分配板、SPWM信号传输电路、2H桥级联逆变电路、滤波器、PLC、触摸屏和IO板；

所述AD采样板包括电流调理电路、电压调理电路和AD采样芯片；

所述电流互感器的输入端、电压互感器的输入端均连接至10kV电网，电流互感器的输出端连接电流调理电路的输入端，电压互感器的输出端连接电压调理电路的输入端，电流调理电路的输出端、电压调理电路的输出端均连接至AD采样芯片的输入端，AD采样芯片的输出端连接至主控装置的输入端，主控装置分别与通信控制装置、脉冲发生器、电压过零检测电路、2H桥级联逆变电路连接，通信控制装置连接PLC，PLC连接触摸屏，脉冲发生器的输出端连接脉冲分配板的输入端，脉冲分配板的输出端连接SPWM信号传输电路的输入端，SPWM信号传输电路的输出端连接2H桥级联逆变电路的输入端，2H桥级联逆变电路的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接至10kV电网，2H桥级联逆变电路另一输入端连接IO板的输出端，IO板的另一个输出端连接至通信控制装置。

2.根据权利要求1所述的基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置，其特征在于：所述通信控制装置和脉冲发生器均采用FPGA。

3.根据权利要求1所述的基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置，其特征在于：所述通信控制装置是用于接收经IO板反馈的10kV电网的无功功率补偿状态数据并将该数据传输至触摸屏显示的装置。

4.采用权利要求1所述的基于10kV电网的直挂式无功功率补偿装置进行无功补偿的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：电流互感器和电压互感器分别实时采集10kV电网的三相逆变器侧的瞬时电流和瞬时电压，并将瞬时电流和瞬时电压经AD采样板传输至主控装置；

步骤2：主控装置根据瞬时电流和瞬时电压，对10kV电网进行无功电流检测，得到无功功率补偿电流；

步骤2.1：对采集到的瞬时电流和瞬时电压进行d-q坐标变换，即将d-q坐标系与三维直角坐标系以基波角频率ω进行同步旋转，得到瞬时有功电流i_p、瞬时无功电流i_q、电压的d轴分量和电压的q轴分量；

步骤2.2：根据瞬时有功电流i_p、瞬时无功电流i_q、电压的d轴分量和电压的q轴分量得到基波电压的幅值和相位；

步骤2.3：采用锁相环锁定A相瞬时电压的相位，产生瞬时电压的同步信号sinθ和cosθ，进而产生d-q坐标系与clarke变换之间的转换矩阵；

步骤2.4：将瞬时电压的同步信号与基波电压的相位叠加，更新步骤2.3产生的d-q坐标系与clarke变换之间的转换矩阵，进而得到无功功率补偿电流；

步骤3：计算无功功率补偿电流与三相逆变器侧的瞬时电流的差值，对该差值进行PI调节并将电流信号转换为电压信号，并将该电压信号与脉冲发生器中的电压三角载波进行比较输出SPWM脉冲；

步骤4：脉冲发生器对比较后输出的SPWM脉冲采用三角载波同相层叠开关频率优化的SPWM控制方法产生优化的SPWM脉冲，将优化的SPWM脉冲加入一个零序分量u_Z，对优化的SPWM脉冲进行修正，得到无功补偿的SPWM脉冲；

uZ=12[(uA,uB,uC)max+(uA,uB,uC)min]]]>

步骤5：无功补偿的SPWM脉冲信号经脉冲分配板进行分配，并在电压过零检测零点时触发2H桥级联逆变电路，当2H桥级联逆变电路产生故障时，将故障信号反馈至主控装置，并停止工作，否则执行步骤6；

步骤6：2H桥级联逆变电路输出的信号经滤波器滤波后，对10kV电网进行无功功率补偿；

步骤7：10kV电网的无功功率补偿状态数据通过IO板传输至通信控制装置，通信控制装置再将数据传递至PLC，PLC再将数据通过触摸屏显示出来。