專利名稱：一種使直流側(cè)電壓保持平衡的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使直流側(cè)電壓保持平衡的電路，尤其涉及一種使鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的靜止同步補(bǔ)償器或有源濾波裝置的直流側(cè)電壓保持平衡的電路，屬于電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有同步調(diào)相機(jī)、固定容量的電容器、開(kāi)關(guān)控制的并聯(lián)電抗器等，這些設(shè)備可滿足一定范圍的無(wú)功補(bǔ)償要求，但它們有響應(yīng)速度慢、故障維護(hù)困難等缺點(diǎn)?？煽毓栊偷撵o止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)有較好的性能，但也存在以下主要缺點(diǎn)1)由于它對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)表現(xiàn)出恒阻抗特性，因而在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)不能充分發(fā)揮其作用；2)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較多的諧波電流。
隨著大功率半導(dǎo)體器件(GTO、IGBT、IGCT、IEGT)的出現(xiàn)，一種新型的靜止同步補(bǔ)償器(以下簡(jiǎn)稱STATCOM)已開(kāi)始應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定控制。STATCOM由電壓源型逆變器構(gòu)成，從原理上它等效于靜止的同步調(diào)相機(jī)，但動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)優(yōu)于同步調(diào)相機(jī)，它具有起動(dòng)無(wú)沖擊、調(diào)節(jié)連續(xù)、響應(yīng)快速、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在改善系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高現(xiàn)有輸電線路的輸電容量和抑制電壓閃變等方面均具有很大優(yōu)勢(shì)，已成為各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的新一代無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，是今后柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)的重要組成部件之一。目前我國(guó)各大電網(wǎng)仍存在電源不足、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不盡合理、系統(tǒng)穩(wěn)定性及供電質(zhì)量較差的問(wèn)題，大容量的新型靜止無(wú)功發(fā)生器的應(yīng)用變得日益迫切并具有重要意義。
STATCOM裝置或有源濾波裝置的主電路一般采用變壓器多重化電壓型逆變器結(jié)構(gòu)或鏈?zhǔn)诫妷盒湍孀兤鹘Y(jié)構(gòu)。其中，鏈?zhǔn)诫妷盒湍孀兤饔腥缦聝?yōu)越特點(diǎn)1)模塊化結(jié)構(gòu)，2)容易實(shí)現(xiàn)冗余運(yùn)行，3)可以實(shí)現(xiàn)不平衡負(fù)載的平衡化補(bǔ)償，4)可以允許更高的系統(tǒng)電壓不對(duì)稱，5)效率更高。鏈?zhǔn)诫妷盒湍孀兤鞯年P(guān)鍵技術(shù)之一是其各個(gè)單相逆變器的直流側(cè)電壓的平衡控制。目前可見(jiàn)報(bào)道的是英國(guó)ALSTOM公司開(kāi)發(fā)的75MVASTATCOM裝置，它采用了一種雙向逆變器將各個(gè)直流側(cè)電容能量逆變到一個(gè)公共交流電壓母線或從公共交流電壓母線變換能量回各個(gè)直流電容，從而控制各個(gè)直流側(cè)電容電壓平衡的方法。但是該方法控制較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種使直流側(cè)電壓保持平衡的電路，以解決STATCOM裝置或有源濾波裝置的直流側(cè)電壓平衡控制問(wèn)題，確保裝置的正常運(yùn)行。
本發(fā)明提出的使直流側(cè)電壓保持平衡的電路，包括單相逆變器，還包括一個(gè)直流側(cè)能量反饋電路，一個(gè)公共直流電壓母線，一個(gè)直流側(cè)能量回饋電路，一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路及一個(gè)公共啟動(dòng)直流電源；直流側(cè)能量反饋電路的兩個(gè)輸入端分別與單相逆變器的兩個(gè)輸出端相接；直流側(cè)能量回饋電路的正輸出端與單相逆變器的直流側(cè)正端相接，負(fù)輸出端與單相逆變器的直流側(cè)負(fù)端相接。
所述的直流側(cè)能量反饋電路由一個(gè)單相三繞組隔離變壓器，一個(gè)單相全橋整流器，一個(gè)濾波電感，一個(gè)濾波電容組成。其中的單相三繞組隔離變壓器的一個(gè)繞組接到所述的單相逆變器的交流輸出端，第二個(gè)繞組接到單相全橋整流器的交流輸入端，第3個(gè)繞組接到所述的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路中的第一個(gè)單相全橋整流器的交流輸入端。所述的單相全橋整流器的直流輸出正端接到所述的濾波電感的一端，其直流輸出負(fù)端接到所述的公共直流電壓母線的負(fù)端，濾波電感的另一端接到公共直流電壓母線的正端。
所述的直流側(cè)能量回饋電路由一個(gè)DC/AC逆變電源，一個(gè)單相三繞組隔離變壓器，一個(gè)單相全橋整流器和一個(gè)濾波電感組成。所述的DC/AC逆變電源的直流輸入正負(fù)端分別接到所述的公共直流電壓母線的正負(fù)端，其交流輸出與所述的單相三繞組隔離變壓器的第一個(gè)繞組相連接，單相三繞組隔離變壓器的第二個(gè)繞組接到單相全橋整流器的交流輸入端，第三個(gè)繞組接到所述的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路中的第二個(gè)單相全橋整流器的交流輸入端。所述的單相全橋整流器的直流輸出正端接到濾波電感的一端，其直流輸出負(fù)端接到所述的單相逆變器的直流側(cè)電容負(fù)端，濾波電感的另一端接到所述的單相逆變器的直流側(cè)電容正端。
所述的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路由兩個(gè)單相全橋整流器，兩個(gè)濾波電感和一個(gè)濾波電容器組成。其中的兩個(gè)單相全橋整流器的直流輸出正端分別接到兩個(gè)濾波電感的一端，兩個(gè)濾波電感的另一端同時(shí)接到濾波電容器的正端，兩個(gè)單相全橋整流器的直流輸出負(fù)端同時(shí)接到濾波電容器的負(fù)端。
所述的公共啟動(dòng)直流電源輸入采用單相或三相交流電源，輸出直流電源正負(fù)端分別接到公共直流電壓母線的正負(fù)端。
本發(fā)明提出的使直流側(cè)電壓保持平衡的電路，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、不需要設(shè)定裝置運(yùn)行時(shí)的直流電容電壓值，理論上裝置本身可以適應(yīng)任意的直流電容電壓，實(shí)際使用時(shí)裝置可以適應(yīng)從0到最大允許的直流電容電壓。
2、不需要進(jìn)行直流電容電壓的反饋閉環(huán)控制，電壓高的電容儲(chǔ)能自動(dòng)流向電壓低的電容器而不能反向流動(dòng)，電壓的平衡控制自動(dòng)完成。
3、以完成裝置啟動(dòng)時(shí)直流電容的充電工作。


圖1是本發(fā)明的主電路圖具體實(shí)施方式
圖1所示為基于鏈?zhǔn)侥孀冸娐返腟TATCOM或有源濾波裝置三相鏈?zhǔn)侥孀冸娐分械囊幌?A相)。
圖1中，S1LA、S1LB、S1RA、S1RB和C1構(gòu)成該鏈?zhǔn)侥孀兤鞯牡谝粋€(gè)單相逆變器(也就是一個(gè)鏈?zhǔn)絾卧?，SNLA、SNLB、SNRA、SNRB和CN構(gòu)成該鏈?zhǔn)侥孀兤鞯牡贜(N為大于1的自然數(shù))個(gè)單相逆變器。如果第I個(gè)單相逆變器的直流側(cè)電壓高于其他單相逆變器的直流側(cè)電壓，則只有該單相逆變器直流側(cè)的能量能通過(guò)直流側(cè)能量反饋電路送到公共直流電壓母線，同時(shí)通過(guò)直流側(cè)能量回饋電路，公共直流電壓母線的能量被傳送到其他直流側(cè)電壓較低的單相逆變器直流電容，直到所有的直流側(cè)電壓達(dá)到相同的值。
下面介紹第一個(gè)單相逆變器的直流測(cè)電壓平衡電路的具體工作原理T11、B11、L11和E1構(gòu)成第一個(gè)單相逆變器的直流側(cè)能量反饋電路，當(dāng)該逆變器直流側(cè)電壓最高時(shí)，它將第一個(gè)單相逆變器的直流側(cè)能量通過(guò)該電路傳送到公共直流電壓母線；而當(dāng)該逆變器直流側(cè)電壓不是最高時(shí)，由于整流橋B11的作用，其能量將不能傳遞到公共直流電壓母線。PS1、T12、B12和L14構(gòu)成第一個(gè)單相逆變器的直流側(cè)能量回饋電路，它將公共直流電壓母線上的直流電能傳送到第一個(gè)單相逆變器的直流電容。PS1是一個(gè)DC/AC變換器，它與T12一起將公共直流電壓隔離變換成交流電壓，經(jīng)B12整流后通過(guò)平波電抗器將能量傳遞給第一個(gè)單相逆變器的直流側(cè)電容。只有當(dāng)某個(gè)單相逆變器的直流側(cè)電壓不是最高時(shí)，公共直流電壓母線的能量才能經(jīng)過(guò)該單相逆變器的直流側(cè)能量回饋電路送到該單相逆變器的直流側(cè)電容。因此，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，所有的單相逆變器的直流側(cè)電壓將相等。B12、B13、L12、L13和E11構(gòu)成第一個(gè)單相逆變器的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路，它輸出的直流電源V1+/V1-供第一個(gè)單相逆變器的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源使用。其他單相逆變器的直流測(cè)電壓平衡電路的工作原理與上述相同PS和二極管D構(gòu)成公共啟動(dòng)直流電源，裝置啟動(dòng)時(shí)它為每個(gè)單相逆變器的直流側(cè)提供電能和并為每個(gè)單相逆變器功率器件的驅(qū)動(dòng)電源提供電能。
權(quán)利要求
1.一種使直流側(cè)電壓保持平衡的電路，包括單相逆變器，其特征在于還包括一個(gè)直流側(cè)能量反饋電路，一個(gè)公共直流電壓母線，一個(gè)直流側(cè)能量回饋電路，一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路及一個(gè)公共啟動(dòng)直流電源；所述的直流側(cè)能量反饋電路的兩個(gè)輸入端分別與單相逆變器的兩個(gè)輸出端相接；所述的直流側(cè)能量回饋電路的正輸出端與所述的單相逆變器的直流側(cè)正端相接，負(fù)輸出端與單相逆變器的直流側(cè)負(fù)端相接；所述的直流側(cè)能量反饋電路由一個(gè)單相三繞組隔離變壓器，一個(gè)單相全橋整流器，一個(gè)濾波電感，一個(gè)濾波電容組成，其中的單相三繞組隔離變壓器的一個(gè)繞組接到所述的單相逆變器的交流輸出端，第二個(gè)繞組接到單相全橋整流器的交流輸入端，第三個(gè)繞組接到所述的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路中的第一個(gè)單相全橋整流器的交流輸入端；所述的單相全橋整流器的直流輸出正端接到所述的濾波電感的一端，其直流輸出負(fù)端接到所述的公共直流電壓母線的負(fù)端，濾波電感的另一端接到公共直流電壓母線的正端；所述的直流側(cè)能量回饋電路由一個(gè)DC/AC逆變電源，一個(gè)單相三繞組隔離變壓器，一個(gè)單相全橋整流器和一個(gè)濾波電感組成；所述的DC/AC逆變電源的直流輸入正負(fù)端分別接到所述的公共直流電壓母線的正負(fù)端，其交流輸出與所述的單相三繞組隔離變壓器的第一個(gè)繞組相連接，單相三繞組隔離變壓器的第二個(gè)繞組接到單相全橋整流器的交流輸入端，第三個(gè)繞組接到所述的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路中的第二個(gè)單相全橋整流器的交流輸入端；所述的單相全橋整流器的直流輸出正端接到濾波電感的一端，其直流輸出負(fù)端接到所述的單相逆變器的直流側(cè)電容負(fù)端，濾波電感的另一端接到所述的單相逆變器的直流側(cè)電容正端；所述的功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路由兩個(gè)單相全橋整流器，兩個(gè)濾波電感和一個(gè)濾波電容器組成；其中的兩個(gè)單相全橋整流器的直流輸出正端分別接到兩個(gè)濾波電感的一端，兩個(gè)濾波電感的另一端同時(shí)接到濾波電容器的正端，兩個(gè)單相全橋整流器的直流輸出負(fù)端同時(shí)接到濾波電容器的負(fù)端；所述的公共啟動(dòng)直流電源輸入采用單相或三相交流電源，輸出直流電源正負(fù)端分別接到公共直流電壓母線的正負(fù)端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使直流側(cè)電壓保持平衡的電路，電路包括單相逆變器、直流側(cè)能量反饋電路、公共直流電壓母線、直流側(cè)能量回饋電路、功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電源輔助電路及公共啟動(dòng)直流電源；直流側(cè)能量反饋電路的兩個(gè)輸入端分別與單相逆變器的兩個(gè)輸出端相接；直流側(cè)能量回饋電路的正輸出端與單相逆變器的直流側(cè)正端相接，負(fù)輸出端與單相逆變器的直流側(cè)負(fù)端相接。本發(fā)明的電路不需要設(shè)定裝置運(yùn)行時(shí)的直流電容電壓值，理論上裝置本身可以適應(yīng)任意的直流電容電壓，實(shí)際使用時(shí)裝置可以適應(yīng)從0到最大允許的直流電容電壓；不需要進(jìn)行直流電容電壓的反饋閉環(huán)控制，電壓高的電容儲(chǔ)能自動(dòng)流向電壓低的電容器而不能反向流動(dòng)，電壓的平衡控制自動(dòng)完成。
文檔編號(hào)H02J3/38GK1437294SQ0311967
公開(kāi)日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者劉文華, 宋強(qiáng), 于慶廣, 滕樂(lè)天, 俞旭峰, 吳劍敏 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 上海市電力公司