市電電網電能質量優化淨化管理系統的製作方法

2023-06-12 15:34:31

專利名稱：市電電網電能質量優化淨化管理系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種市電電網電能質量優化淨化管理系統。
背景技術：
統觀國內電能質量優化、淨化、節電技術，皆集中於降壓節電，在一定程度上達到節電，有時是損失效果而進行，例如照明，損失的是照度降低。集中於單個設備，如電機是如何防止大馬拉小車。帶來的缺點是損失起動力距，因此在某些情況是不適用的。國外集中於消除線路上的高次諧波以降低線路損耗。此外國內外還集中於單機的功率因數補償，以達節電，多用電容補償。這種方法是最科學的，但成本較高。實際上做到將功率因數補償 COS #彡O. 99是十分困難，一般達到COS #彡0.95就十分可觀。另外，國內還有軟起動、軟停車等節電方式。但無論什麼樣的節點方式都不能達到理想的效果。所以一種新型節能系統急需被研製。

發明內容
本發明針對以上問題的提出，而研製一種市電電網電能質量優化淨化管理系統。 本發明採用的技術手段如下一種市電電網電能質量優化淨化管理系統，其特徵在於包括用於從電網取出或向電網送入電能的電壓調節單元；用於對電壓調節單元採集的電能進行整流，轉換成恆壓或者橫流的形式向蓄電池組充電的可控整流系統及充電單元；用於對DSP單元發出的驅動信號進行電壓和電流放大處理，然後將處理後的信號送入可控整流系統及充電單元中的控制充電驅動單元；用於採集電網電壓信號的幅值和諧波的電壓信號檢測採樣單元；用於對可控整流系統及充電單元發送過來的電能進行存儲的蓄電池組；用於對可控整流系統及充電單元發送給蓄電池組的電能進行測量的充電參數檢測採集單元；用於對蓄電池組的電壓、存儲的電荷量及溫度進行採集的蓄電池參數採集單元；用於採集電網中電流的幅值和諧波，並進行數字轉化的電流檢測單元；用於向電網輸入反向諧波的諧波功率放大單元；用於對DSP單元發出的電流驅動信號進行響應處理,然後向諧波功率放大單元發出驅動信號的電流信號驅動單元；將電壓信號檢測採樣單元採集的幅值和諧波同已存儲的標準電網電壓信號進行比對，獲取採樣電網電壓信號的幅值同標準電網電壓的差值電壓幅值大於標準電網電壓時，蓄電池組通過充電器進行儲能，判斷出大於的大小，通過控制充電驅動單元驅動可控整流系統及充電單元導通的時間，對電能進行採集，向蓄電池組充電；電壓幅值小於標準電網電壓時，通過電壓信號驅動單元驅動電壓功率放大單元將蓄電池組中的電能向電網送入電能；電壓幅值相等時不送也不採集；還通過電流檢測單元檢測電網電流諧波，並根據採集電流的頻率同標準電網電流信號的頻率進行比對，當採集電流的頻率大於標準時，通過電流信號驅動單元控制諧波功率放大單元的導通時間來完成頻率差值矯正的DSP單元。還包括連接DSP單元,對DSP單元處理的數據進行顯示和修改的顯示及操作單
J Li ο所述電壓信號檢測採樣單元、電流檢測單元、充電參數檢測採集單元和蓄電池參數採集單元分別經過ADC轉換單元後連接到DSP單元上。同現有技術相比本發明所述系統的優點是顯而易見的，具體如下I、裝機前後加工同樣工時的產品，節電約達到20 50%。2、徹底消除中線電流、自動消除系統諧振(一般諧波在線路上的諧波電流佔35% 左右，諧波電壓約40%之間，因此諧波功率約佔50%左右，因此此部分損耗就沒有了)。3、功率因數提高到COS Φ彡O. 99。另外，本系統根據快速制動類負載電機存在負發電過程的特性，採用能量回饋節能系統將電機發電過程中產生的電能轉變成與電網同頻同相的交流電，經多重噪聲濾波環節後連接到交流電網，也可輸送到蓄電池存貯，從而使能量回饋到電網，提高設備運行的穩定性，直接和間接經濟效益十分顯著1)回饋到電網的電能達到發電能量的97%以上；2) 節能環保，增加經濟運行效益；3)提高供電的可靠性和設備運行的穩定性。由本相進來的能量，是由市電供給，它們隨時間在電壓數值上是不穩定的。例如高峰時低於標準3X380V AC，在低峰時高於3X380V AC。我們將低峰時多的能量送達蓄電池中存一部分，在電網出現晃電時，能在極短時間內補充到電網中，還有另外一部分送到電流諧波抑制和抵消的功放中，以產生足夠大的反向的各種諧波去抵消電網中外來的和內部高發設備產生的諧波。 當然在進行COS #中處理時也要求一定的能量，這些能量也由多餘的供電壓來供給。除了上述所耗的能量，多餘的部分則由蓄電池存貯，以供高峰電壓降低時，提升電壓而需要的能量。同時，在低峰時也可儲存一部分能量，採用大功率燃料蓄電池存貯低峰電能，可保證整個終端電網I分鐘到30分鐘的用電，對工業用戶來說既安全又經濟。


圖I為本發明所述系統的結構原理框圖；圖2為本發明所述電壓調整單元的結構原理圖；圖3為本發明所述電壓驅動信號供電原理圖；圖4為本發明所述ADC原理圖。
具體實施例方式如圖I至圖4所示，該一種市電電網電能質量優化淨化管理系統，包括用於從電網取出或向電網送入電能的電壓調節單元I ;用於對電壓調節單元I採集的電能進行整流，轉換成恆壓或者橫流的形式向蓄電池組9充電的可控整流系統及充電單元2 ;用於對DSP單元11發出的驅動信號進行電壓和電流放大處理還對IGBT進行保護， 防止IGBT過壓或過流，然後將處理後的信號送入可控整流系統及充電單元2中的控制充電驅動單元14 ;用於採集電網電壓信號的幅值和諧波的電壓信號檢測採樣單元3 ;用於對可控整流系統及充電單元2發送過來的電能進行存儲的蓄電池組9 ;用於對可控整流系統及充電單元2發送給蓄電池組9的電能進行測量的充電參數檢測採集單元7 ;用於對蓄電池組9的電壓、存儲的電荷量及溫度進行採集的蓄電池參數採集單元10 ;用於採集電網中電流的幅值和諧波，並進行數字轉化的電流檢測單元5;用於向電網輸入反向諧波的諧波功率放大單元4 ;用於對DSP單元11發出的電流驅動信號進行響應處理,然後向諧波功率放大單元4發出驅動信號的電流信號驅動單元12 ;將電壓信號檢測採樣單元3採集的幅值和諧波同已存儲的標準電網電壓信號進行比對，獲取採樣電網電壓信號的幅值和諧波同標準電網電壓的差值電壓幅值大於標準電網電壓時，蓄電池組通過充電器進行儲能，判斷出大於的大小，通過控制充電驅動單元14驅動可控整流系統及充電單元2導通的時間，對電能進行採集，向蓄電池組充電；電壓幅值小於標準電網電壓時，通過電壓信號驅動單元13驅動電壓功率放大單元6 (即控制IGBT的導通角的導通時間的長短實現對電網電能的採集、 不工作或輸送電能的控制，)各蓄電池組中的電能向電網送入電能；電壓幅值相等時不送也不採集；同時通過電壓調節單元I進行電壓諧波補償，由於電壓諧波補償為現有技術這裡對其工作原理不進行贅述；還通過電流檢測單元5檢測電網電流諧波，並根據採集電流的頻率同標準電網電流信號的頻率進行比對，當採集電流的頻率大於標準時，通過電流信號驅動單元12控制諧波功率放大單元4的導通時間來完成頻率差值矯正的DSP單元11。 其中，電壓功率放大單元6、諧波功率放大單元4和可控矽整流系統及充電單元12都是由 IGBT構成，電源都是由蓄電池組9來提供。連接DSP單元11，對DSP單元11處理的數據進行顯示和修改的顯示及操作單元15。所述電壓信號檢測採樣單元3、電流檢測單元5、充電參數檢測採集單元7和蓄電池參數採集單元10分別經過ADC轉換單元8後連接到DSP單元11上。下面對該系統各實現部分進行逐一介紹能量流程當高於額定電壓的供電出現即高值供電時，經過I電壓調整單元和2可控整流及充電單元向蓄電池9充電，將多餘能量存貯起來。等到峰值時經由電流信號驅動單元12和DSP單元11指揮電壓信號驅動單元13和電壓功率放單元6再供給電壓節整單元1，將電壓提高到額定值。諧波抑制和功率因數校正的完成由電流檢測單元5檢測及採樣的信號經過ADC 轉換單元8及採集管理單元傳到DSP單元11中，經過比較測算等等操作將結果送到電流信號驅動單元12中去推動諧波功率放大單元4進行電流諧波功率放大,送到主線路中完成抵消諧波及無功電流的動態補償。充電的完成電壓調節單元I是一個電抗可變的單元，在輸入電壓高時其呈電抗為正阻性吸收部份電能，轉入蓄電池的能量轉化成正弦波供電主電路，是通過DSP單元11 和電壓驅動單元及電壓功率放大單元6完成。市電電網質量優化淨化管理系統其電壓調節單元I是由高頻濾波器和特別設計的變壓器而設計，據需要可能是三相的也可能是單相的變壓器。其目的是將多餘的20%的電能傳送到蓄電池組，當然反之亦然。所述市電電網質量優化淨化管理系統，其信號檢測採樣的有的是按下列方程設計即Y (n) =X (n) *h (n_m)原理設計其包括電壓信號檢測採樣單元3，電流檢測單元5，蓄電池參數採集單元
510，充電參數檢測採集單元7。市電電網質量優化淨化管理系統的信號驅動單元，為統一的 24V單一電源供電設計其可以是單立的一路、二路或者三路做一塊線路板上，但是它們始終是由單一的同一個24V來供電,包括電壓信號驅動單兀13、電流信號驅動單兀12和充電及驅動單元14。所示的市電電網質量優化淨化管理系統中的ADC轉換單元8是由一個高精度的ADC和多路門開關及貯存器組成，分別將多種信號分別採集，儲存在暫存器中供DSP調用。機內供電單元16、可控整流系統及充電單元2、電壓功率放大單元6以及諧波功率放大單元4採用移相控制全橋FBZCS-ZVS-PWM變換技術。電壓調整單元是將與電源同頻同相的50Hz正弦電壓送入電網，併疊加在原電網供電電壓之上，以做到提升電壓之用，其工作原理如下若電網Vl = EA Sin wt送入電壓為V2 = EB Sin wtV = V1+V2 = EA Sin wt±EB Sin wt= (EA±EB) Sin wt若EB於±20% EA範圍內變化自動可調能維持穩定於指定之值。在本單元中的輸入部份裝有高頻濾波器，主要作用濾去外來的高頻。其中電壓信號檢測採樣單元3、電流檢測單元5、充電參數檢測採集單元7和蓄電池參數採集單元10,無論是對電壓還是電流,也無論是充電參數還是蓄電池參數為了提高精度，對採樣採取先減去一個常數，然後再放大，就是說將變化的部份去放大，使用同樣位數的ADC精度就會高一些。比如信號由200V變化到450V，若用12位ADC區分，每位為37. 5V若預先減去200V 每位則20. 83V，當然在DSP處理後期會自動加上扣去之值，以保證復原。即完成Y = A(X-Xo)X輸入信號Xo固定於某一值，該值人為設定(可自動按設定跟蹤)A放大倍數Y輸入信號電壓信號驅動單元13、電流信號驅動單元12和充電及驅動單元14 :使用在電壓、 電流、充電電流三個方面，即標準三相全橋電路的驅動級。眾所周知，標準三相全橋中，使用六個開關器件，即六個IGBT，最少要四組供電來驅動。本發明設計下列電器可以用一組24V 標準電源解決。在實際使用中一般做成兩塊在一起居多一個供上臂一個供下臂，為了保證信號的上升和下降的沿，我們使用變壓器傳遞信號。機內供電單元16 :進行多種類電壓提供，例如3V、5V、15V、24V等，而且路數較多， 並且互相間皆隔離，因此存在電源管理即上電順序問題，儘管我們是由蓄電池供電，不存在間斷問題，但存在上電順序以保安全。死區控制由於在本發明中用了三組IGBT全橋，因此存在安全問題，其首當其衝是死區，即防止共同導通而設計的時間，遵照下列邏輯。為了提高功率密度及工作頻率， 我們首次將移相控制全橋ZC-ZVS-PWM技術引用到充電器及多路開關電源上，主要是利用IGBT或MOS管的輸出電容和輸出變壓器的漏感作為諧振原件。使FBPWM的四個開關管依次在零電壓下導通，實現恆頻軟開關，稱作PSCFB-ZV-ZCS-PWM，其主要目的是減少開關損耗， 保證效率高於95%並不會發生開關應力過大的問題。將全橋分成領先臂和滯後臂，在領先臂中實行ZVS即零電壓導通，以降低導通損耗，而在關斷時實現ZCS，即對滯後臂進行電流過零關斷。在移相控制全橋ZC-ZVS-PWM電路中，四個開關依照一定的規則依次一個一個的通導及關斷，而非是對角線同時導通或關斷，因此克服了共同導通的特點。關於功率因數及諧波的補償在主網主迴路中裝有電流互感器，隨時隨地將電流全部信息、頻率、幅度、頻譜、相位、周期、失真度、穩定度等等全部參數送入DSP中，同時也將電壓調整單元的輸出幅度、頻率周期、相位、頻譜及頻譜分析等等所有全部參數送入DSP 之中。在DSP中進行綜合運算，得到功率及有功功率、無功功率，視在功率各種諧波的幅度、 相位、頻率等等全部要求的數據，和存儲在DSP內的標準數據比較，決定校正的方法及水平分別送到各自的功率放大器中進行有功率或無功率的輸出補償以達到將功率因素校正到
O.98，諧波失真校正到< 5%的水平。市電電網電能質量優化淨化管理系統的特點本發明的特點在於兩個直器變換器之間串有蓄電池，其中一個是給蓄電池充電用，另一個是給蓄電池放電用，同時也可以向負載輸出滯後或超前的無功率，還可以輸出諧波補償電流，也可以將蓄電池能量變成交流回饋到電網之中以補償市電不足。向電網注入交流功率。這樣就完成了消除電網諧波電壓、 諧波電流，又能使電網偏離原其基點，定在一個新基點上。通過控制基波補償的電壓，使負載電壓保持於穩定值，以達改善電網的質量同時也能對電網實行不間斷供電。完成存谷填峰之任務，給用戶帶來一定的經濟效益。本發明另一特點，是使用Tl公司工業電機控制用 TMS320LF28xx案例晶片，將PID功能編入軟，進行數位訊號採集處理運算，在各處使用數字濾波，產生最佳的補償，以達到最佳效果。另一特點對外聯絡的埠皆採用工業中通用的協議和標準。因此使用十分方便，也便於維修。我們除了採用PID外，還在DSP中做多周期平均值，及均方根值。以更穩定平滑的對電網負載進行供電，以防止外來電網電壓的瞬態變動。 因此本發明的另一特點是用軟體編制一套抑制電網電壓的瞬態變化的動態電壓抑制器。關於故障說明本發明有外接獨立的旁路及起動停止櫃，當因內部原因又無法克服時會自動將本系統從線路上撤除，以保證負載即時運行，撤離時間約10ms。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種市電電網電能質量優化淨化管理系統，其特徵在於包括用於從電網取出或向電網送入電能的電壓調節單元(I)；用於對電壓調節單元(I)採集的電能進行整流，轉換成恆壓或者恆流的形式向蓄電池組(9)充電的可控整流系統及充電單元(2);用於對DSP單元(11)發出的驅動信號進行電壓和電流放大處理，然後將處理後的信號送入可控整流系統及充電單元(2)中的控制充電驅動單元(14)；用於採集電網電壓信號的幅值和諧波的電壓信號檢測採樣單元(3)；用於對可控整流系統及充電單元(2)發送過來的電能進行存儲的蓄電池組(9)；用於對可控整流系統及充電單元(2)發送給蓄電池組(9)的電能進行測量的充電參數檢測採集單元(7)；用於對蓄電池組(9)的電壓、存儲的電荷量及溫度進行採集的蓄電池參數採集單元(10)；用於採集電網中電流的幅值和諧波，並進行數字轉化的電流檢測單元(5)；用於向電網輸入反向諧波的諧波功率放大單元(4)；用於對DSP單元(11)發出的電流驅動信號進行響應處理，然後向諧波功率放大單元(4)發出驅動信號的電流信號驅動單元(12)；將電壓信號檢測採樣單元(3)採集的幅值和諧波同已存儲的標準電網電壓信號進行比對，獲取採樣電網電壓信號的幅值同標準電網電壓的差值電壓幅值大於標準電網電壓時，蓄電池組通過充電器進行儲能，判斷出大於的大小，通過控制充電驅動單元(14)驅動可控整流系統及充電單元(2)導通的時間，對電能進行採集，向蓄電池組充電；電壓幅值小於標準電網電壓時，通過電壓信號驅動單元(13)驅動電壓功率放大單元(6)將蓄電池組中的電能向電網送入電能；電壓幅值相等時不送也不採集；還通過電流檢測單元(5)檢測電網電流諧波，並根據採集電流的頻率同標準電網電流信號的頻率進行比對，當採集電流的頻率大於標準時，通過電流信號驅動單元(12)控制諧波功率放大單元(4)的導通時間來完成頻率差值矯正的DSP單元(11)。
2.根據權利要求I所述的一種市電電網電能質量優化淨化管理系統，其特徵在於還包括連接DSP單元(11),對DSP單元(11)處理的數據進行顯示和修改的顯示及操作單元(15)。
3.根據權利要求I所述的一種市電電網電能質量優化淨化管理系統，其特徵在於所述電壓信號檢測採樣單元(3)、電流檢測單元(5)、充電參數檢測採集單元(7)和蓄電池參數採集單元(10)分別經過ADC轉換單元(8)後連接到DSP單元(11)上。
全文摘要
本發明公開了一種市電電網電能質量優化淨化管理系統，其特徵在於包括從電網取出或送入電能的電壓調節單元、可控整流系統及充電單元、控制充電驅動單元、採集電網電壓信號的頻率、幅值和諧波的電壓信號檢測採樣單元、蓄電池組、充電參數檢測採集單元、電池參數採集單元、採集電網中電流的幅值、頻率和諧波，並進行數字轉化的電流檢測單元、諧波功率放大單元；對DSP單元發出的電流驅動信號進行響應處理，然後向諧波功率放大單元發出驅動信號的電流信號驅動單元及DSP單元。該系統能徹底消除中線電流和自動消除系統諧振，並且能夠大幅度提高功率因數，達到節電效果；同時該系統還具有充放電的功能，以提高供電的可靠性和設備運行的穩定性。
文檔編號H02J3/01GK102611112SQ201210098309
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者劉明日 申請人:劉明日