基于多台SVG并联的动态无功补偿装置的制作方法

基于多台svg并联的动态无功补偿装置
技术领域
1.本实用新型涉及电子电力装置技术领域，尤其涉及基于多台svg并联的动态无功补偿装置。


背景技术：

2.电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。而作为电能质量的重要一环，无功功率的补偿在提高供电和用电设备的安全可靠运行、提高功率因数、降低电路损耗、减少设备容量等许多方面作用明显。当前常用的无功补偿装置有电容器组投切式、msvc(the magnetic
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bias
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controlled electrical reactor type static var compensator，基于磁控电抗器的动态无功补偿)、svc
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tcr型(static var compensator
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thyristorcontrolledreactor，晶闸管控制电抗器型静止动态无功补偿装置)、svg(static var generato，静止无功发生器)以及有载调压等几种方式，其中比较好的技术是基于电力电子技术的svg，与传统方式相比，svg能够提供连续变化的感性或容性无功功率，调节速度更快，装置的体积小、噪声低，是无功功率补偿装置的重要发展方向之一。
3.现有技术中svg控制器间通讯多采用can总线命令式通信方式，易受外界干扰，常出现部分状态信息无法及时回传到控制器的问题，影响控制器的实时控制效果。例如：公开号为cn110994636a的专利文献所提出的一种基于can(controller area network，控制器局域网络)总线的svg多机并联系统及其载波同步控制方法，该系统包括预设数量的svg单元、电流互感器和can总线，其特征是can总线上的任意一台svg单元可通过参数设置的形式设置为主机，其它svg单元设置为从机，所述电流互感器套设在母线上，所述svg单元主机和从机依次串接电流互感器的二次信号，仅svg单元主机采集电流互感器信号进行补偿电流指令计算，svg单元主机和从机分别通过各自的电网电压信号检测模块采集母线电压；任意一台svg单元可通过参数设置为主机，其它svg单元设置为从机，svg单元发生故障时，通过重新配置主从机和分配系数即可恢复系统运行。
4.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本实用新型时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本实用新型不具备这些现有技术的特征，相反本实用新型已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

5.现有技术中svg控制器间通讯多采用can总线命令式通信方式，易受外界干扰，常出现部分状态信息无法及时回传到控制器的问题，影响控制器的实时控制效果。针对上述不足，本技术提出了基于多台svg并联的动态无功补偿装置，包括：电流互感器，其套设在母线上且用于检测系统电流；至少一个svg模块，分别通过电线电缆连接在同一段母线上，每个svg模块配置有光纤发射端口和光纤接收端口，svg模块的光纤发射端口能够通过光纤连
接至另一个svg模块的光纤接收端口，其中，各svg模块之间通过光纤依次连接且首尾两个svg模块彼此连接。本技术所提出的基于多台svg并联的动态无功补偿装置，解决了多台svg之间的通讯连接从而实现联动控制的问题；同时还解决了现有技术中通讯多采用can总线命令式通信方式而易受外界干扰、装置无法正常工作的问题，本技术采用光纤通信，具有抗外界强电磁场干扰能力，并且具有传输损耗低、信道间无串扰、响应速度更快、传输速率更高以及安全性高的特点。通过光纤通信通道的建立，可以确保svg控制器间信息的及时可靠回传，保障了动态无功补偿装置的实时控制效果以及稳定运作。
6.优选地，所述动态无功补偿装置还包括电压互感器，其套设在母线上且用于检测电网电压，电流互感器的输出端和电压互感器的输出端分别与至少两个svg模块的输入端相连接。
7.优选地，若干个svg模块中之一为主控制器，其余svg模块为从控制器，其中，主控制器用于采集由电流互感器的输出端和电压互感器输出的系统电流和电网电压，主控制器将其生成的控制指令通过光纤传输至至少一个从控制器。
8.优选地，各svg模块中还包括主控制板，其用于控制无功功率输出，所述光纤发射端口和所述光纤接收端口均设置在主控制板上。
9.优选地，各svg模块中还包括分别与主控制板连接的数字信号处理器、svg变流器和模拟量调理单元。
10.优选地，模拟量调理单元用于采集由电流互感器的输出端和电压互感器输出的系统电流和电网电压，模拟量调理单元将其处理后得到的数据传输至主控制板。
11.优选地，所述动态无功补偿装置还包括至少一个电容器补偿模块，至少一个从控制器为电容器补偿模块。
12.优选地，各电容器补偿模块配置有光纤发射端口和光纤接收端口，svg模块与电容器补偿模块间通过光纤连接。
13.优选地，所述动态无功补偿装置还包括至少一个scv模块，至少一个从控制器为scv模块，各scv模块配置有光纤发射端口和光纤接收端口，svg模块与scv模块间通过光纤连接。
14.优选地，动态无功补偿装置还包括功率柜，其柜体内设置有至少一个插槽，至少一个svg模块能够插放在所述插槽中。
15.本技术还提出了基于多台svg并联的动态无功补偿装置，包括：功率柜，其柜体内设置有至少一个插槽；至少一个svg模块，其能够插放在所述插槽中，所述功率柜内还设置有用于辅助svg模块散热的至少一个热管散热器，所述热管散热器的蒸发段沿柜体内若干插槽的排列方向延伸布置，所述热管散热器的冷凝段分别朝向靠近彼此的方向汇集并集成输出至柜体外部，其中，svg模块的散热侧能够按照svg模块插放至插槽中的方式与至少一个热管散热器的蒸发段相对应。
16.优选地，所述蒸发段上沿其长度延伸方向依次设置有至少一个集热器，单个svg模块的散热侧与至少两个彼此独立的蒸发段上的至少一个集热器相对应。集热器直接与svg模块热量聚集的散热侧相对应，利用集热器进行吸收排热。并且单个svg模块与若干集热器相对应，有利于提高散热效率。
附图说明
17.图1是本技术优选的多台svg并联的简化连接关系示意图；
18.图2是本技术优选的基于多台svg并联的动态无功补偿装置的简化连接结构示意图；
19.图3是本技术优选的单台svg的简化模块连接关系示意图；
20.图4是本技术另一种优选方式下多台svg并联的简化连接关系示意图；
21.图5是本技术另一种优选方式下基于多台svg并联的动态无功补偿装置的简化连接关系示意图；
22.图6是现有技术提出的svg载波同步控制方法的结构示意图；
23.图7是本领域现有技术中理想状态下svg的等效电路及工作原理；
24.图8是本技术优选的功率柜内部的简化整体结构示意图；
25.图9是本技术优选的svg模块外壳的简化整体结构示意图；
26.图10是本技术优选的带有单个蒸发段的热管散热器的简化整体结构示意图；
27.图11是本技术优选的单个插槽内部的简化俯视结构示意图；
28.图12是本技术优选的动态无功补偿装置中插槽背面的简化结构示意图。
29.附图标记列表
30.1：功率柜
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2：插槽
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3：svg模块
31.4：蒸发段
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5：冷凝段
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6：散热侧
32.7：散热口
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8：集热器
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9：滑条
33.10：弹性部件
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11：数字信号处理器
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12：光纤接收端口
34.13：主控制板
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14：模拟量调理单元
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15：光纤发射端口
35.16：svg变流器
具体实施方式
36.下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
37.为便于本领域技术人员理解本技术提出的技术方案，如下先对本技术提及的部分术语进行说明：
38.无功功率：在对电路能量流动的分析中将耗能分为有功功率与无功功率，有功功率可以理解为用户所需求的那部分用来消耗的能量，而大部分的电力设备都是根据电磁感应原理工作的，比如发电机、变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的传递或转换的，为建立交变磁场和感应磁通而需要的这部分电功率称为无功功率。一切装载电感或电容等非线性器件的电路，在每半个周期内非线性器件把电源的部分能量变成磁场(或电场)能量保存起来，之后的半个周期内再把所保存的这部分能量返回给电源。即无功功率在电能流动的中起到了桥梁作用，其本身并不被消耗。
39.svg的基本原理，是指将自换相桥式变流电路通过电抗器并联(或直接并联)在电网上，自换相桥式变流电路由可关断大功率电力电子器件(如igbt、gto等)组成，适当调节变流器交流侧输出电压的幅值和相位，或直接调节变流器的输出电流，使该电路输出或吸收满足要求的无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。svg可以等效为幅值。相位均可控制的。与电网同频率的交流电压源，通过交流电抗器连接到电网上。对于理想的svg(无功率
损耗)，仅改变其输出电压的幅值即可调节与系统的无功交换；当输出电压小于系统电压时，svg工作于“感性”区，吸收感性无功功率(相当于电抗器)；反之，svg工作于“容性”区，发出感性无功功率(相当于电容器)。图7为理想状态下svg等效电路及工作原理，其中，us、ui、i和x分别为电网电压/系统电压、svg输出交流电压、svg从系统侧吸收的电流和电抗。
40.如图1所示，本技术提出了基于多台svg并联的动态无功补偿装置。其包括pt(power transformer，电流互感器)、ct(current transformer，电压互感器)和至少一个svg模块3。
41.电流互感器套设在母线上且用于检测系统电流。电压互感器套设在母线上且用于检测电网电压。至少一个svg模块3分别通过电线电缆连接在同一段母线上。电流互感器的输出端和电压互感器的输出端分别与至少两个svg模块3的输入端相连接。
42.每个svg模块3配置有光纤发射端口和光纤接收端口。svg模块3的光纤发射端口能够通过光纤连接至另一个svg模块3的光纤接收端口。
43.各svg模块3之间通过光纤依次连接且首尾两个svg模块3彼此连接。
44.各svg模块3中包括主控制板。主控制板可对电力系统中的公共连接点所需的无功功率进行计算，控制svg变流器输出指定的无功电流。
45.所述光纤发射端口和所述光纤接收端口均设置在主控制板上。
46.各svg模块3中还包括分别与主控制板连接的数字信号处理器、用于输出指定的无功电流的svg变流器和模拟量调理单元。
47.模拟量调理单元用于采集由电流互感器的输出端和电压互感器输出的系统电流和电网电压，并对其进行ad转换。模拟量调理单元将其处理后得到的数据传输至主控制板。
48.数字量采集装置用于采集数字量状态并将其传输至主控制板。数字量采集装置可用于接收主控制板下发的继电器动作、合闸、跳闸等控制指令。
49.将若干个svg模块3中之一设置为主控制器。其余svg模块3设置为从控制器。主控制器主要用于采集由电流互感器的输出端和电压互感器输出的系统电流和电网电压。主控制器将其生成的总无功功率和/或控制指令通过光纤传输至至少一个从控制器。
50.优选地，各电容器补偿模块和/或scv模块配置有光纤发射端口和光纤接收端口。至少一个从控制器为电容器补偿模块和/或scv模块。
51.优选地，多个svg模块3之间可以通过光纤端口依次串联且首尾两台svg模块3之间可相互连接。优选地，至少一个svg模块3与至少一个电容器补偿模块和/或scv模块之间可以通过光纤端口依次串联且首尾两台svg模块3和/或电容器补偿模块和/或scv模块之间相互连接。
52.使用时，将若干个svg模块3中之一设置为主控制器，其余svg模块3设置为从控制器，并设置各svg模块3的功率系数。主控制器利用由电流互感器的输出端和电压互感器输出的系统电流和电网电压，可计算得出补偿电网所需的总无功功率。主控制器将其生成的总无功功率和/或控制指令通过光纤传输至与之相邻的下一个从控制器。该从控制器将总无功功率和/或控制指令通过光纤继续向与之相邻的下一个从控制器传输，直到最后一个从控制器通过光纤将总无功功率和/或控制指令传输至主控制器。每个svg模块3将总无功功率与各自的功率系数相乘，可得到无功功率输出的目标值。svg模块3控制其svg变流器输出指定的无功电流。
53.针对目前供电系统电压等级高、补偿容量大，单个svg补偿装置很难满足要求的问题，大量现有技术提出了采用多模块svg的解决方案，如公开号为cn209329698u的专利文献对此提出的电力智慧型无功补偿装置。然而，上述现有技术至少存在以下缺陷：由于其单个svg模块3中所设置的散热风机将热风排出后汇集在柜体内，不易排出，尤其是在多个svg模块3同时大容量输出的情况下，将导致svg模块3的环境温度升高，散热风机总损耗功率增大，且散热效率低。
54.针对上述不足，本技术提出了基于多台svg并联的动态无功补偿装置，在本技术所提出的动态无功补偿装置中，svg模块3中排出的热量可以直接被转移到柜体外部，辅助svg模块3中的散热风机可以达到更好的散热效率，尤其是在多个svg模块3同时大容量输出的情况下，也可以有针对性地将单个svg模块3的热量分别散发至柜体外部，避免个别svg模块3局部过热。同时避免功率柜内环境温度过大，有利于功率柜通过其柜壁开设的通风孔及时散发热量。有利于降低散热风机总损耗功率，并同时提升散热效率。该动态无功补偿装置主要利用若干散热风机以及热管散热器共同作用，来实现其装置在运行时产生的热量的及时散发。
55.基于多台svg并联的动态无功补偿装置，包括：功率柜，其柜体内设置有至少一个插槽；至少一个svg模块，其能够插放在所述插槽中，所述插槽包括挡条、至少一个滑条以及设置在其内壁上的至少一个弹性部件，至少一个滑条固定设置在插槽的内壁底面上，挡条的一端活动连接在插槽外壁上，其中，在svg模块按照其底部设置的滑槽与滑条相适配的方式沿插槽向内移动的情况下，转动挡条并使其另一端相对固定在插槽上，svg模块能够按照挡条横跨svg模块的方式压缩弹性部件并相对固定在插槽内部。
56.该动态无功补偿装置主要包括功率柜1以及若干个svg模块3。以图1或图10为例，功率柜1中的插槽2分布为两列，每列包括若干个插槽2。插槽2中允许插放svg模块3。
57.该热管散热器的蒸发段4布置在插槽2的内壁上。在按照svg模块3的散热侧6朝内将其插入插槽2时，svg模块3的散热侧6可以对应到热管散热器的至少一个蒸发段4。
58.该热管散热器的若干个蒸发段4均自功率柜1的顶部向下延伸。单个蒸发段4可覆盖布置在单列中的若干个插槽2。蒸发段4可以是固定连接在插槽2内壁上。蒸发段4可以是其上端固定在柜体内壁上，向下依次贯穿若干插槽2。
59.如图10和图11所示，若干个蒸发段4的上端向上延伸汇集并连接至冷凝段5。若干个冷凝段5共同集成输出至柜体外部，连接至固接在柜体外壁上的片式散热器。
60.如图10和图11所示，该热管散热器还包括装配在蒸发段4上的至少一个集热器8，用于增强热量收集。集热器8与蒸发段4可以收集热量，并将热量传递至热管散热器的冷凝段5，进入冷凝段5的热量可以通过图11所示的片式散热器散发至空气中，持续进行热交换。
61.svg模块3中还设置有散热风机(图中未示出)，散热风机可以将svg模块3运行时产生的热量从svg模块3的散热侧6导出。以图1为例，散热侧6可设置有三个并排的散热口7。在插放入插槽2后，svg模块3中每个散热口7至少可与一集热器8以及蒸发段4的部分管体相对应。
62.功率柜1外挂有至少一个散热风机(图中未示出)。该散热风机的进风口与柜体内部相连通，出风口与柜体外部环境相连通。该散热风机可以用于在检测到箱体内环境温度过高的情况下启动。散热风机与热管散热器相配合，可以达到更优异的散热效果。
63.优选地，外挂设置的单个散热风机可以设置在功率柜1的顶部。
64.优选地，外挂设置的若干个散热风机可以设置在功率柜1的背面。各散热风机的进风口与并列的两个插槽2之间的间隔空间相对应。使得柜体中并列的两个插槽2之间的容易形成局部过热的该间隔空间可以被优先散热。以图1为例可以设置有由上至下并列设置的四个外挂的散热风机。
65.如图8所示，插槽2的内壁底面上固接有两个滑条9。svg模块3的底部设置有与之相适配的滑槽。由此可以将svg模块相对固定在预设的位置上，避免插槽空间过大而svg不稳定的问题。可防止svg滑动。同时在该设置下，可以将插槽的入口侧设计得较大，有利于顺利便捷插放svg模块。
66.所述滑条上靠近滑槽的入口侧的端部的宽度比其相对远离滑槽入口侧的端部的宽度小。推入svg模块时，由于滑条前端较窄，有利于操作人员顺利将滑槽对准至滑条。插放便捷。滑条9的前端的宽度相对滑槽的前端宽度较窄，因此插入时，svg模块3可以轻易地对接上滑条9。过渡到滑条9的后端后，滑条9的后端的宽度与滑槽宽度相匹配，进而svg模块3在左右方向上的移动被相对限制。
67.优选地，在插槽2的内壁顶面上，也可设置有两个滑条9，svg模块3的顶面设置有与之相适配的滑槽。可以进一步增强svg模块3的稳定性。
68.优选地，svg模块3的散热侧6的形状呈凹字形，凹进去的部分与插槽2内壁上热管散热器的位置相对应。两侧突出的部分与插槽2内壁上设置的两弹性部件10相对应。
69.所述插槽包括一端活动连接在其外壁上的至少一个挡条，其中，所述挡条能够按照其另一端活动连接至插槽外壁上的方式横跨至少一个svg模块。挡条的一端活动连接在插槽2入口侧的一端壁上，在与该端壁相对的另一侧端壁上设置有连接部。挡条的自由端可连接在连接部上。本技术中不限制挡条与连接部之间的连接方式，其例如可以是挡条自由端的凹槽卡合至连接部的凹槽内等便于人员操作的连接方式，只要能够避免svg模块3松动滑出即可。
70.所述插槽的内壁上还设置有至少一个弹性部件。弹性部件有利于进一步稳定svg模块在插槽内的稳定性。优选地，弹性部件10的一端可以是固接在插槽2内壁上开设的凹槽内壁上。弹性部件10的另一端在未受外力作用的情况下延伸出该凹槽。以此可进一步增强svg模块3的稳定性。
71.优选地，弹性部件10的自由端、插槽2的内壁、挡条、滑条9中的一个或几个上可以设置有缓冲垫。
72.优选地，电容器补偿模块和/或scv模块可设置为与svg模块3相同的外壳结构，以适配于插槽2。
73.大量现有技术提出了采用多模块svg的解决方案，然而其中单个的svg模块采用插拔设置，稳定性较差，且svg模块外接线较多，一旦松动将导致线路断开，影响用电设备运行。对此，本技术提出了基于多台svg并联的动态无功补偿装置，在插放svg模块后，可以将挡条横置而避免svg模块意外滑脱出插槽。尤其是在组装svg模块后再将功率柜移送至供应点的情况下，可以避免运送过程中松动对用电设备及用电安全造成影响。在插放svg模块的同时，就可以同步实现对svg模块在插槽内的稳定保障，并且插放过程简便快捷。
74.在使用时：操作人员可以将svg模块3从插槽2的入口端插入，在插入的过程中，svg
模块3底部的滑槽与插槽2内壁面的插条相对应，引导svg模块3的插入方向。当svg模块3接触至弹性部件10，继续施压向内推进svg模块3，使得弹性部件10被压缩。同时将一端悬置在插槽2入口侧的挡条横置，使得挡条横跨过svg模块3。将挡条的自由端活动连接在插槽2外壁上，以此可以将受到弹性部件10弹力作用的svg模块3稳定地限制在插槽2内。运行svg模块3时，集热器8与蒸发段4可以从svg模块3的散热侧6收集热量。并将热量传递至热管散热器的冷凝段5，进入冷凝段5的热量可以通过片式散热器散发至空气中，持续进行热交换。
75.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。