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申请/专利权人：中山职业技术学院

摘要：本发明涉及电力电子技术领域，尤其是指一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，其包括测控系统、一级补偿器、二级补偿器、三级补偿器、电压互感器TV、电流互感器TA、耦合变压器T、阻尼电阻R、真空接触器K1以及真空接触器K2；中性点谐振接地电网采用本发明的有源多级补偿装置后，可分别对接地电流中的无功分量、有功分量、谐波分量进行补偿，实现全补偿、零残流的效果；这样可有效抑制弧光接地光电压的产生，避免导致两相短路跳闸，从而保证了配电网的安全可靠运行。

主权项：1.一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，其特征在于：包括测控系统、一级补偿器、二级补偿器、三级补偿器、电压互感器TV、电流互感器TA、耦合变压器T、阻尼电阻R、真空接触器K1以及真空接触器K2；所述电流互感器TA的输入端通过真空接触器K1与配电网中性点连接，所述电压互感器TV的输入端与配电网中性点连接，所述电流互感器TA的输出端以及所述电压互感器TV的输出端分别与测控系统的输入端连接，所述测控系统的输出端分别与一级补偿器的输入端、二级补偿器的输入端、三级补偿器的输入端以及真空接触器K2连接，所述电流互感器TA通过耦合变压器T的一次绕组与阻尼电阻R的一端连接，阻尼电阻R的另一端接地，所述真空接触器K2与阻尼电阻R并联，所述一级补偿器的输出端、所述二级补偿器的输出端和所述三级补偿器的输出端分别与耦合变压器T的二次绕组连接；电压互感器TV对中性点电压进行降低，送给测控系统，电流互感器TA对中性点电流进行降低，送给测控系统，测控系统接受电压互感器TV和电流互感器TA传来的中性点电压和电流信号，计算电网正常时的电容电流和有功电流并与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器进行通信，控制一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的输出；一级补偿器在单相接地故障时，立即动作输出补偿接地电流的无功分量；二级补偿器在单相接地故障时，立即动作输出补偿接地电流的有功分量；三级补偿器在单相接地故障时，待测控系统测出谐波成分后，立即输出谐波，以补偿接地电流的谐波和一级补偿器、二级补偿器产生的谐波；耦合变压器T将一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器与高压系统隔离开来；其中，真空接触器K1用以对一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的投切；真空接触器K2，用以对阻尼电阻R的投切；阻尼电阻R用于抑制中性点可能出现的串联谐振过电压；中性点谐振接地的配电网在单相接地故障发生时，其接地电流ig由三部分组成，其一是无功分量，线路对地电容形成的电容电流ic；其二是有功分量ir，线路对地泄露电阻形成的；其三是电网中大量的电力电子负载形成的谐波分量ih；即，ig＝ic+ir+ih；测控系统在电网正常时事先测量计算得到电容电流ic和泄露电阻所形成的阻性电流ir，一级补偿器和二级补偿器在单相接地发生后，立即投入以补偿ic和ir；而三级补偿器在测控系统计算得到谐波分量后也迅速投入，以补偿电网的谐波分量和一级补偿器、二级补偿器所产生的谐波分量的和，从而使得接地残流接近为零；所述耦合变压器T的二次绕组设置有三个分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接的次级绕组；所述耦合变压器T的一次绕组与二次绕组的变比为6000600；将一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器与高压系统隔离开；所述测控系统包括微处理器、信号调理电路以及人机接口，所述电压互感器TV和所述电流互感器TA分别通过信号调理电路与微处理器连接，所述微处理器分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接，所述人机接口与微处理器连接；所述人机接口外接键盘以及液晶显示屏，用于供给操作人员进行操作以及及时查看；信号调理电路把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路；所述微处理器为DSP控制处理器，所述一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器内均内置有用于与微处理器信号连接的DSP，用于实现测控系统对一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的控制；其中，一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的核心部分均为PWM逆变电路，采用IPM模块PM75DSA120，输出电压1200V,电流可达75A，内部集成驱动和保护电路，使用方便，使用两块IPM构成全桥电路，DSP产生的PWM信号经光耦隔离后直接驱动PM75DSA120，将三相整流后的直流电流源逆变为相位角、有效值和频率可控的交流电流，用于补偿接地故障电流的无功、有功以及谐波分量。

全文数据：一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置技术领域本发明涉及电力电子技术领域，尤其是指一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置。背景技术国内的中性点谐振接地补偿装置，大多数采用无源结构，在接地故障发生时一次补偿到位，往往存在补偿后的残流比较大的缺点。尤其是随着电网中应用的电子设备日益增多，所产生谐波的也日益增大的今天，传统的接地补偿装置因不能补偿谐波，所导致的残流更加可观。较大的残流不利于接地电弧的熄灭，可能导致弧光接地过电压，并导致两相短路跳闸的发生，这对电网的安全可靠运行是十分不利的。另外，传统的中性点谐振接地补偿装置也不能补偿接地电流的有功分量，这是导致残流增大的另外一个方面。发明内容本发明针对现有技术的问题提供一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，包括测控系统、一级补偿器、二级补偿器、三级补偿器、电压互感器TV、电流互感器TA、耦合变压器T、阻尼电阻R、真空接触器K1以及真空接触器K2；所述电流互感器TA的输入端通过真空接触器K1与配电网中性点连接，所述电压互感器TV的输入端与配电网中性点连接，所述电流互感器TA的输出端以及所述电压互感器TV的输出端分别与测控系统的输入端连接，所述测控系统的输出端分别与一级补偿器的输入端、二级补偿器的输入端、三级补偿器的输入端以及真空接触器K2连接，所述电流互感器TA通过耦合变压器T的一次绕组与阻尼电阻R的一端连接，阻尼电阻R的另一端接地，所述真空接触器K2与阻尼电阻R并联，所述一级补偿器的输出端、所述二级补偿器的输出端和所述三级补偿器的输出端分别与耦合变压器T的二次绕组连接。其中，所述耦合变压器T的二次绕组设置有三个分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接的次级绕组。其中，所述耦合变压器T的一次绕组与二次绕组的变比为6000600。其中，所述测控系统包括微处理器、信号调理电路以及人机接口，所述电压互感器TV和所述电流互感器TA分别通过信号调理电路与微处理器连接，所述微处理器分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接，所述人机接口与微处理器连接。本发明的有益效果：中性点谐振接地电网采用本发明的有源多级补偿装置后，可分别对接地故障电流中的无功分量、有功分量、谐波分量进行补偿，实现全补偿、零残流的效果；这样可有效抑制弧光接地光电压的产生，避免导致两相短路跳闸，从而保证了配电网的安全可靠运行。附图说明图1为本发明的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置的电路图。图2为本发明的补偿器的结构电路图。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，如图1至图2所示，包括测控系统、一级补偿器、二级补偿器、三级补偿器、电压互感器TV、电流互感器TA、耦合变压器T、阻尼电阻R、真空接触器K1以及真空接触器K2；所述电流互感器TA的输入端通过真空接触器K1与配电网中性点连接，所述电压互感器TV的输入端与配电网中性点连接，所述电流互感器TA的输出端以及所述电压互感器TV的输出端分别与测控系统的输入端连接，所述测控系统的输出端分别与一级补偿器的输入端、二级补偿器的输入端、三级补偿器的输入端以及真空接触器K2连接，所述电流互感器TA通过耦合变压器T的一次绕组与阻尼电阻R的一端连接，阻尼电阻R的另一端接地，所述真空接触器K2与阻尼电阻R并联，所述一级补偿器的输出端、所述二级补偿器的输出端和所述三级补偿器的输出端分别与耦合变压器T的二次绕组连接。具体地，电压互感器TV对中性点电压进行变换降低，送给测控系统，电流互感器TA对中性点电流进行变化降低，送给测控系统，测控系统接受电压互感器TV和电流互感器TA传来的中性点电压和电流信号，计算电网正常时的电容电流和有功电流并与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器进行通信，控制一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的输出；一级补偿器在单相接地故障时，立即动作输出补偿接地电流的无功分量，因配电网接地电流的无功分量较大，故此一级补偿器的容量也较大；二级补偿器在单相接地故障时，立即动作输出补偿接地电流的有功分量，因配电网接地电流的有功分量较小，故此二级补偿器的容量也较小；三级补偿器在单相接地故障时，待测控系统测出谐波成分后，立即输出谐波，以补偿接地电流的谐波和一级补偿器、二级补偿器产生的谐波；耦合变压器T将一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器与高压系统隔离开来，有利于一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的长期可靠运行，并降低了一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的成本；其中，真空接触器K1用以对一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的投切；真空接触器K2，用以对阻尼电阻R的投切；阻尼电阻R用于抑制中性点可能出现的串联谐振过电压。本发明的工作原理：中性点谐振接地的配电网在单相接地故障发生时，其接地电流ig由三部分组成，其一是无功分量，主要是线路对地电容形成的电容电流ic；其二是有功分量ir，主要是线路对地泄露电阻形成的；其三是电网中大量的电力电子负载形成的谐波分量ih。即，ig＝ic+ir+ih。为了有效地补偿这三种成分，设计了一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器补偿器。测控系统在电网正常时事先测量计算得到电容电流ic和泄露电阻所形成的阻性电流ir，一级补偿器和二级补偿器在单相接地发生后，立即投入以补偿ic和ir；而三级补偿器在测控系统计算得到谐波分量后也迅速投入，以补偿电网的谐波分量和一级补偿器、二级补偿器所产生的谐波分量的和，从而使得接地残流接近为零，达到全补偿、零残流的效果。本实施例所述的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，所述耦合变压器T的二次绕组设置有三个分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接的次级绕组。本实施例所述的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，所述耦合变压器T的一次绕组与二次绕组的变比为6000600。具体地，上述设置主要作用是将一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器与高压系统隔离开来，有利于一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的长期可靠运行，并降低了一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的成本。本实施例所述的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，所述测控系统包括微处理器、信号调理电路以及人机接口，所述电压互感器TV和所述电流互感器TA分别通过信号调理电路与微处理器连接，所述微处理器分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接，所述人机接口与微处理器连接。具体地，所述人机接口可以外接键盘以及液晶显示屏，用于供给操作人员进行操作以及及时查看；信号调理电路为现有技术，其指的是把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路，此处不再赘述；所述微处理器可以为DSP控制处理器，所述一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器内均内置有用于与微处理器信号连接的DSP，用于实现测控系统对一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的控制，DSP的应用为现有技术，此处不再赘述。其中，一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器的核心部分均为PWM逆变电路，采用三菱公司的IPM模块PM75DSA120，输出电压1200V,电流可达75A，内部集成驱动和保护电路，使用方便，使用两块IPM构成全桥电路，DSP产生的PWM信号经光耦隔离后直接驱动PM75DSA120，将三相整流后的直流电流源逆变为相位角、有效值和频率可控的交流电流，用于补偿接地故障电流的无功、有功以及谐波分量。以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

权利要求：1.一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，其特征在于：包括测控系统、一级补偿器、二级补偿器、三级补偿器、电压互感器TV、电流互感器TA、耦合变压器T、阻尼电阻R、真空接触器K1以及真空接触器K2；所述电流互感器TA的输入端通过真空接触器K1与配电网中性点连接，所述电压互感器TV的输入端与配电网中性点连接，所述电流互感器TA的输出端以及所述电压互感器TV的输出端分别与测控系统的输入端连接，所述测控系统的输出端分别与一级补偿器的输入端、二级补偿器的输入端、三级补偿器的输入端以及真空接触器K2连接，所述电流互感器TA通过耦合变压器T的一次绕组与阻尼电阻R的一端连接，阻尼电阻R的另一端接地，所述真空接触器K2与阻尼电阻R并联，所述一级补偿器的输出端、所述二级补偿器的输出端和所述三级补偿器的输出端分别与耦合变压器T的二次绕组连接。2.根据权利要求1所述的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，其特征在于：所述耦合变压器T的二次绕组设置有三个分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接的次级绕组。3.根据权利要求1所述的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，其特征在于：所述耦合变压器T的一次绕组与二次绕组的变比为6000600。4.根据权利要求1所述的一种应用在中性点谐振接地电网的有源多级补偿装置，其特征在于：所述测控系统包括微处理器、信号调理电路以及人机接口，所述电压互感器TV和所述电流互感器TA分别通过信号调理电路与微处理器连接，所述微处理器分别与一级补偿器、二级补偿器和三级补偿器连接，所述人机接口与微处理器连接。

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