本实用新型涉及电力系统供配电领域，尤其是一种基于重复控制的静止式无功补偿装置。
背景技术：
在中低压配电系统中，经常长距离电缆供电，在负荷较低或者没有的时候该供电系统往往会呈容性，导致系统电压过高，功率因数低等问题；而在重载时却呈感性，使系统电压过低，功率因素亦偏低。另一方面随着供配电系统中非线性负荷的增加，谐波大量注入供电系统；以及快速变化的负荷越来越多，常规的电容补偿装置无法适用。静止无功发生装置又可称为statcom。该装置既能提供容性无功，又能提供感性无功，能有效稳定系统电压，提高系统的功率因数、改善三相不平衡等，从而有效的降低电网损耗，提高电能质量，保证电网安全运行。
静止无功发生装置的基本原理是：通过三相电压源型逆变器来控制输出电压和电流的波形，从而迅速发出或吸收需要补偿的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。它不再采用大容量的电容、电感器件，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。可针对波动负载进行快速有效的动态无功补偿，有效改善电能质量。
传统二电平静止式无功补偿发生装置，例如中国公开号为cn204304441u的专利，一种无功功率动态补偿系统，包括控制器、驱动电路、充电电路、电抗器、电流电压采集电路以及静止无功补偿发生装置，静止无功补偿发生装置包括igbt逆变器；控制器的第一输出端连接驱动电路的输入端，驱动电路的输出端连接igbt逆变器的控制端，控制器根据电压信号、第一电流信号和第二电流信号控制igbt逆变器输出电流给电网，通过将电抗器和充电电路连接电网，实现能量的缓冲，同时减少了静止无功补偿发生器输出电流中的开关纹波，同时补偿的范围大，既可以补偿容性负载也可补偿感性负载，但是输出电流纹波大，功耗大，已经不再使适用现阶段的电网。
技术实现要素：
针对现有无功补偿装置在中低压配电系统长距离电缆供电时功率因数低、输出电流纹波大、功耗大的问题，本实用新型提出了一种新型的基于重复控制的静止式无功补偿装置，该静止无功补偿发生装置实时性强、功耗小、补偿电流纹波小、可远程监控，能大大的提高电网的电能质量。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，包括a/d采样模块和mcu控制单元，设有igbt驱动模块和igbt单元，a/d采样模块信号输出端连接于mcu控制单元的信号采集端，所述igbt驱动模块的信号接收端连接于mcu控制单元的驱动控制端，igbt驱动模块的信号输出端连接于igbt单元的信号接收端。a/d采样模块将采集到的模拟量转换成数字量，传输到mcu控制单元；mcu控制单元读取数字量信息，算出电网的无功电流的大小，以该无功电流大小为基准，采用重复控制串联pi算法算出与电网无功电流相反的电流，并传输pwm信号至igbt驱动模块，igbt驱动模块pwm信号，生成驱动信号，传输到igbt单元，igbt单元接收驱动信号逆变出抵消掉电网中无功电流的电流波形，使电网的实时功率因数达到1，实时性强、功耗小、补偿电流纹波小。采用重复控制串联pi算法算出与电网无功电流相反的电流在现有技术中已经存在此类组合，例如安徽工业大学期刊《工业控制计算机》2018年02期，第137-139页中提出的基于pi和重复控制的静止无功发生器系统研究，在不改变整体程序的情况下，改变本实用新型所需要的参数值，即可实现重复控制串联pi算法算出与电网无功电流相反的电流，本实用新型意在保护含有采用重复控制串联pi算法的mcu控制单元以及其他模块组成的整体装置。
作为优选方案，a/d采样模块包括系统电压采样模块、系统电流采样模块、支路电流采样模块、直流电压采样模块和igbt温度采样模块。a/d采样模块通过系统电压采样模块、系统电流采样模块、支路电流采样模块、直流电压采样模块和igbt温度采样模块实时采集系统电压采样信号、系统电流采样信号、支路电流采样信号、直流电压采样信号和igbt温度采样信号，将采样信号传输到mcu控制单元。
作为优选方案，igbt驱动模块包括正激变压器和光耦隔离模块，通过正激变压器产生igbt单元驱动需要的电压，通过光耦隔离模块，对mcu控制单元发出的驱动信号与电网进行隔离。正激变压器产生igbt单元驱动需要的 15v的电压和-8v的电压。igbt驱动模块通过光电耦合器进行强弱电隔离，该光电耦合器带过流保护，实时保证igbt单元上的电流不会大于igbt运行的安全电流。同时门级驱动信号的电压通过驱动模块上的隔离变压器输出的电压进行供电。
作为优选方案，设有保护模块和故障信息系统模块，保护模块和故障信息系统模块分别与mcu控制单元连接，所述保护模块包括直流电压保护模块、交流电流保护模块、电流保护模块、igbt保护模块和电网相序保护模块，所述故障信息系统模块预设有已知故障信号和解决对应故障的方案。保护模块接收mcu控制单元发出的启动保护信号后，启动保护模式，产生保护信号，mcu控制单元接收保护信号，将故障信号传输到故障信息系统模块，故障信息系统模块接收故障信号，输出解决对应故障的方案到mcu控制单元。
作为优选方案，设有告警模块，所述告警模块与mcu控制单元连接，受mcu控制单元控制，进行告警报警。保护模块接收mcu控制单元发出的启动保护信号后，启动保护模式，产生保护信号，mcu控制单元接收保护信号，将故障信号传输到故障信息系统模块，故障信息系统模块接收故障信号，输出解决对应故障的方案到mcu控制单元，mcu控制单元输出故障告警信号至告警模块，告警模块根据故障告警信号进行告警。不同故障的故障告警信号不同，因此告警模块根据故障告警信号进行告警的内容也不同。
作为优选方案，设有通信模块和监控后台，通信模块信息接收端与mcu控制单元连接，通信模块输出端与监控后台连接。通信模块采用485远程通信模块，485远程通信模块通过隔离型485模块，对mcu的通信信号进行隔离，同时485通信采用的是差分信号，其传输距离长达1.5km以上，监控后台接收由通信模块传输的数据信息，进行实时监测。
作为优选方案，设有地址模块，地址模块与mcu控制单元连接，通过地址模块区分每台设备。
作为优选方案，所述mcu控制单元(6)设有重复控制电路，包括软启动接触器km1、以及软启动电阻r1、软启动电阻r2、软启动电阻r3、主接触器km2、lcl滤波电路、由igbt、电容c1、电容c2组成设备的直流侧和逆变单元，还有由电阻r4、km3组成的放电部分。
作为优选方案，所述lcl滤波电路包括1ta1、1ta2、1ta3设备输出电流采样ct，电感l11、电感l12、电感l13、电感l21、电感l22、电感l23以及电容c。
本实用新型的有益效果在于，提供了一种基于重复控制的静止式无功补偿装置。通过mcu实时采集电网配电信息，并对电网配电信息进行计算提取其中的无功电流，设备通过pwm调整逆变出电网无功电流相反的电流抵消掉电网中的无功电流，使电网的实时功率因数达到1，在逆变过程中，还能保护工作电路，找出故障并协助解决故障。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图
图2为本实用新型的一次拓扑示意图
其中：1、a/d采样模块2、地址模块3、igbt驱动模块4、通讯模块5、告警模块6、mcu控制单元7、igbt8、监控后台9、故障信息系统模块10、保护模块。
具体实施方式
实施例:
本实施例提出一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，结合图1为本实用新型的结构示意图包括a/d采样模块和mcu控制单元，设有igbt驱动模块和igbt，a/d采样模块信号输出端连接于mcu控制单元的信号采集端，所述igbt驱动模块的信号接收端连接于mcu控制单元的驱动控制端，igbt驱动模块的信号输出端连接于igbt的信号接收端。a/d采样模块将采集到的模拟量转换成数字量，传输到mcu控制单元；mcu控制单元读取数字量信息，算出电网的无功电流的大小，以该无功电流大小为基准，采用重复控制串联pi算法算出与电网无功电流相反的电流，并传输pwm信号至igbt驱动模块，igbt驱动模块pwm信号，生成驱动信号，传输到igbt单元，igbt单元接收驱动信号逆变出抵消掉电网中无功电流的电流波形，使电网的实时功率因数达到1，实时性强、功耗小、补偿电流纹波小。
采用重复控制串联pi算法算出与电网无功电流相反的电流在现有技术中已经存在此类组合，例如安徽工业大学期刊《工业控制计算机》2018年02期，第137-139页中提出的基于pi和重复控制的静止无功发生器系统研究，在不改变整体程序的情况下，改变本实用新型所需要的参数值，即可实现重复控制串联pi算法算出与电网无功电流相反的电流，本实用新型意在保护含有采用重复控制串联pi算法的mcu控制单元以及其他模块组成的整体装置。
a/d采样模块包括系统电压采样模块、系统电流采样模块、支路电流采样模块、直流电压采样模块、igbt温度采样模块。a/d采样模块通过系统电压采样模块、系统电流采样模块、支路电流采样模块、直流电压采样模块和igbt温度采样模块实时采集系统电压采样信号、系统电流采样信号、支路电流采样信号、直流电压采样信号和igbt温度采样信号，将采样信号传输到mcu控制单元。
igbt驱动模块包括正激变压器和光耦隔离模块，通过正激变压器产生igbt驱动需要的电压，通过光耦隔离模块，对mcu控制单元发出的驱动信号与电网进行隔离。正激变压器产生igbt驱动需要的 15v的电压和-8v的电压。igbt驱动模块通过光电耦合器进行强弱电隔离，该光电耦合器带过流保护，实时保证igbt上的电流不会大于igbt单元运行的安全电流。同时门级驱动信号的电压通过驱动模块上的隔离变压器输出的电压进行供电。
设有保护模块和故障信息系统模块，保护模块和故障信息系统模块分别与mcu控制单元连接，所述保护模块包括直流电压保护模块、交流电流保护模块、电流保护模块、igbt保护模块和电网相序保护模块，所述故障信息系统模块预设有已知故障信号和解决对应故障的方案。保护模块接收mcu控制单元发出的启动保护信号后，启动保护模式，产生保护信号，mcu控制单元接收保护信号，将故障信号传输到故障信息系统模块，故障信息系统模块接收故障信号，输出解决对应故障的方案到mcu控制单元。
设有告警模块，所述告警模块与mcu控制单元连接，受mcu控制单元控制，进行告警报警。保护模块接收mcu控制单元发出的启动保护信号后，启动保护模式，产生保护信号，mcu控制单元接收保护信号，将故障信号传输到故障信息系统模块，故障信息系统模块接收故障信号，输出解决对应故障的方案到mcu控制单元，mcu控制单元输出故障告警信号至告警模块，告警模块根据故障告警信号进行告警。不同故障的故障告警信号不同，因此告警模块根据故障告警信号进行告警的内容也不同。
设有通信模块和监控后台，通信模块信息接收端与mcu控制单元连接，通信模块输出端与监控后台连接。通信模块采用485远程通信模块，485远程通信模块通过隔离型485模块，对mcu的通信信号进行隔离，同时485通信采用的是差分信号，其传输距离长达1.5km以上，监控后台接收由通信模块传输的数据信息，进行实时监测。
设有地址模块，地址模块与mcu控制单元连接，通过地址模块区分每台设备，还设有通讯扩展模块，通讯扩展模块将一路配电变压器数据信息或多路配电变压器数据信息进行汇总，按照设定的通信格式将数据打包上传，同时可兼容其他多功能电力仪表进行数据采集及通讯。
如图2所示，为设备的一次拓扑图。ac380端为设备进线端，设备所有供电由此处供电。km1以及电阻r1、电阻r2、电阻r3为软启动接触器和软启动电阻，km2为主接触器。1ta1、1ta2、1ta3设备输出电流采样ct，电感l11、电感l12、电感l13、电感l21、电感l22、电感l23以及电容c组成了设备的lcl滤波电路。igbt、电容c1、电容c2组成设备的直流侧和逆变单元。电阻r4、km3为放电部分。
a/d采样模块实时采集电网电压、电流、装置输出电流、装置直流电压、igbt温度等模拟量，并转换成数字量传入mcu进行计算。mcu读取电网电压、电流等数字量进行计算，通过电网电压锁相来计算出电网的实时角度。通过实时角度对电流进行正序abc-dqo变换，变换出来q值就是实时的电网无功电流直流量。以该无功电流直流量乘以个-1得出的值就是电网需要补偿的无功电流大小，再通过我们逆变单元即可输出需要的无功电流。设备输出负载和负载无功大小相等方向相反的无功电流，抵消电网中的无功电流，最终达到配电终端的功率因数为1。
该基于重复控制的静止式无功补偿装置内置故障信息系统，可根据故障数据信息对故障原因进行分析定位，并提供给终端操作人员参考，提示相关人员应进行的操作等，大大提高配电变压器运行的可靠性。
本实用新型提供了一种基于重复控制的静止式无功补偿装置。通过mcu实时采集电网配电信息，并对电网配电信息进行计算提取其中的无功电流，设备通过pwm调整逆变出电网无功电流相反的电流抵消掉电网中的无功电流，使电网的实时功率因数达到1，在逆变过程中，还能保护工作电路，找出故障并协助解决故障。
1.一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，包括a/d采样模块(1)和mcu控制单元(6)，其特征在于，设有igbt驱动模块(3)和igbt单元（7），a/d采样模块(1)信号输出端连接于mcu控制单元(6)的信号采集端，所述igbt驱动模块(3)的信号接收端连接于mcu控制单元(6)的驱动控制端，igbt驱动模块(3)的信号输出端连接于igbt单元（7）的信号接收端。
2.根据权利要求1所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，a/d采样模块(1)包括系统电压采样模块、系统电流采样模块、支路电流采样模块、直流电压采样模块和igbt温度采样模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，igbt驱动模块（3）包括正激变压器和光耦隔离模块，通过正激变压器产生igbt驱动需要的电压，通过光耦隔离模块，对mcu控制单元（6）发出的驱动信号与电网进行隔离。
4.根据权利要求1所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，设有保护模块（10）和故障信息系统模块（9），保护模块（10）和故障信息系统模块（9）分别与mcu控制单元连接，所述保护模块包括直流电压保护模块、交流电流保护模块、电流保护模块、igbt保护模块和电网相序保护模块，所述故障信息系统模块预设有已知故障信息和解决对应故障的方案。
5.根据权利要求4所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，设有告警模块，所述告警模块（5）与mcu控制单元（6）连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，设有通信模块（4）和监控后台（8），通信模块（4）信号接收端与mcu控制单元连接，通信模块（4）输出端与监控后台（8）连接。
7.根据权利要求6所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，设有地址模块（2），地址模块（2）与mcu控制单元（6）连接，通过地址模块（2）区分每台设备。
8.根据权利要求1所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，所述mcu控制单元(6)设有重复控制电路，包括软启动接触器km1、以及软启动电阻r1、软启动电阻r2、软启动电阻r3、主接触器km2、lcl滤波电路、由igbt、电容c1、电容c2组成设备的直流侧和逆变单元，还有由电阻r4、km3组成的放电部分。
9.根据权利要求8所述的一种基于重复控制的静止式无功补偿装置，其特征在于，所述lcl滤波电路包括1ta1、1ta2、1ta3设备输出电流采样ct，电感l11、电感l12、电感l13、电感l21、电感l22、电感l23以及电容c。
技术总结