專利名稱：一種新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，由全控型功率開關(guān)器件組 成的功率單元與副邊多繞組變壓器以及同一組電容器組構(gòu)成，通過控制器對功率單元進行 數(shù)字控制，實現(xiàn)在變壓器原邊繞組所連接回路中產(chǎn)生可控的無功功率和諧波電流抑制功 能。該新型專利既實現(xiàn)了對變壓器原邊無功功率的多重化疊加控制與諧波電流抑制，同時 由于使用同一組電容器使得對電容器組兩端電壓的控制容易，整體系統(tǒng)組成模塊化與標準 化，從而提高整機的可靠性與成本優(yōu)勢。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其卓越的性能與節(jié)能效果，以及高的性價比等諸 多優(yōu)點，為廣大用戶所接受，特別是順應(yīng)“低碳”時代與智能電網(wǎng)建設(shè)需要，企業(yè)廣泛使用各 類中無功補償裝置與諧波抑制裝置。這類設(shè)備中一般采用電容投切、電容電感混合投切等 方式來實現(xiàn)對負載接入端的無功補償，而諧波電流抑制則采用固定式無源濾波器等其他裝 置來實現(xiàn)，補償效果與靈活性以及動態(tài)響應(yīng)速度等均受到很大的影響，同時存在多個的電 容器組連接使用，難于直接進行電容器組的電壓控制。如何提高這些設(shè)備的技術(shù)性能、減小 設(shè)備體積與成本，并實現(xiàn)設(shè)備使用效率的最大化，成為目前技術(shù)創(chuàng)新的主要方向。當前常見的靜止無功發(fā)生器主電路拓撲一般分為兩種，一種是功率單元直接串聯(lián) 結(jié)構(gòu)，即由低耐壓功率器件組成的多個功率單元輸出依次串聯(lián)，每個功率單元有獨立的補 償電容器組。而另一種則是直接采用高壓功率器件構(gòu)成功率變換電路，輸出直接連接高壓 電網(wǎng)，采用高壓電容器組作為補償電容器。第一種方案存在多個獨立電容器組的電壓均衡 控制難題，而且對于電網(wǎng)三相不平衡補償能力弱，諧波抑制能力弱。第二種方案由于直接使 用高壓器件組成，應(yīng)用的適應(yīng)性不高，同樣也面臨三相不平衡補償弱和諧波抑制能力弱的 難題，所以需要技術(shù)改進與完善。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由全控型功率開關(guān)器件連接的 H型全橋電路構(gòu)成功率單元，不同功率單元的輸入端分別與變壓器的不同副邊繞組連接，不 同功率單元的輸出端則共同連接到一組電容器兩端，每個變壓器的原邊繞組直接連接到無 功負載的電網(wǎng)連接點上，通過控制器對每個功率單元進行控制，實現(xiàn)在變壓器原邊繞組所 連接回路中產(chǎn)生可控的無功功率和諧波。直接采用全控型功率開關(guān)器件構(gòu)成功率單元的 主電路，控制器發(fā)出數(shù)字控制信號實現(xiàn)其導(dǎo)通與關(guān)斷工作狀態(tài)切換，這類全控型功率開關(guān) 器件包括IGBT、M0SFET、IGCT、GTO、SiC0功率單元通過變壓器與電網(wǎng)連接，變壓器的原邊 繞組為一組，副邊繞組繞組為多個，每個副邊繞組連接到一個功率單元的輸入端，根據(jù)多重 化控制需要，變壓器原邊繞組與副邊繞組的匝數(shù)比可以相同或不同。多個功率單元的輸出 端連接到同一組電容器上，所使用的電容器組與極性無關(guān)，這類電容器包括電解電容、薄 膜電容、超級電容。副邊繞組與多個功率單元連接的變壓器原邊繞組跨接在電網(wǎng)的任意兩
3線之間產(chǎn)生一路可控的無功功率和諧波，三相電網(wǎng)使用時則采用多組變壓器及相應(yīng)的功率 單元電路構(gòu)成。由本實用新型的技術(shù)方案實現(xiàn)的一相靜止無功發(fā)生器，在有無零線的場合均可以 通過本無功發(fā)生器組合使用實現(xiàn)對三相或多相電網(wǎng)供電條件下的無功補償控制與諧波電 流抑制，補償電容器組可以全部采用同一組補償電容器。除了實現(xiàn)變壓器原邊的多電平輸 出控制效果外，通過對變壓器原副邊匝比按一定的比例關(guān)系配置，還可以實現(xiàn)混合多電平 疊加控制的完美無諧波補償控制效果。本實用新型的有益效果是，通過模塊化的電路拓撲實現(xiàn)了對變壓器原邊無功功率 與諧波電流的多重化疊加控制，同時由于使用同一組電容器使得對電容器組兩端電壓的控 制容易，整體系統(tǒng)組成模塊化與標準化，從而提高整機的可靠性與成本優(yōu)勢。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型基本電路拓撲的電路原理圖。圖2是在電網(wǎng)為三相三線制時的一種無功發(fā)生器實現(xiàn)原理圖。圖3是在電網(wǎng)為三相四線制時的一種無功發(fā)生器實現(xiàn)原理圖。圖4是在單相非線性負載時的一種無功發(fā)生器實現(xiàn)原理圖。圖5是圖4實現(xiàn)中負載電流、補償電流和補償后電網(wǎng)電流波形圖。
具體實施方式
在圖1中，Al、A2為電網(wǎng)接入端，T為接入的多繞組變壓器，原邊匝比假定為1，副
邊匝比依次為nl、n2.....皿，副邊匝比可以為1或其它整數(shù)。不同的副邊繞組匝比可以根
據(jù)多重化補償控制需要進行確定。Ql、Q2、Q3、Q4為全控型功率開關(guān)器件，每個功率單元有 四個全控型功率開關(guān)器件?？刂破鲗崿F(xiàn)對整個無功發(fā)生器中各功率單元的數(shù)字調(diào)制控制。 C為無功發(fā)生器中的補償電容器組，可以由一個或多個電容器的串聯(lián)或并聯(lián)組成。圖2為在電網(wǎng)為三相三線制時的一種無功發(fā)生器實現(xiàn)原理圖，即采用兩組本實用 新型無功發(fā)生器電路，其輸入分別接入三相電網(wǎng)中不同的兩相線之間，兩個無功發(fā)生器電 路中的補償電容器組則可采用同一組電容器。采用本方案可以很好的適應(yīng)較大范圍三相不 平衡無功補償要求，同時對電容器的電壓控制很容易實現(xiàn)。在圖3所示實施例中，當電網(wǎng)為三相四線制時，可采用三個本實用新型無功發(fā)生 器構(gòu)成對電網(wǎng)每相的無功補償控制，補償電容器組仍可采用同一組電容器。同樣可以很好 的適應(yīng)較大范圍三相不平衡無功補償要求，同時對電容器的電壓控制很容易實現(xiàn)。圖4是在單相非線性負載時的一種無功發(fā)生器實現(xiàn)原理圖，圖中非線性負載的諧 波電流較大，采用本實用新型無功發(fā)生器構(gòu)成補償控制，既可以很好的實現(xiàn)無功補償，同時 諧波的抑制效果很好。圖5是圖4實現(xiàn)中的三個電流波形圖。
權(quán)利要求1.一種新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，其特征是由全控型功率開關(guān)器件連接的H 型全橋電路構(gòu)成功率單元，不同功率單元的輸入端分別與變壓器的不同副邊繞組連接，不 同功率單元的輸出端則共同連接到一組電容器兩端，每個變壓器的原邊繞組直接連接到無 功負載的電網(wǎng)連接點上，通過控制器對每個功率單元進行控制，實現(xiàn)在變壓器原邊繞組所 連接回路中產(chǎn)生可控的無功功率和諧波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，其特征是直接采用全控 型功率開關(guān)器件構(gòu)成功率單元的主電路，控制器發(fā)出數(shù)字控制信號實現(xiàn)其導(dǎo)通與關(guān)斷工作 狀態(tài)切換，這類全控型功率開關(guān)器件包括IGBT、M0SFET、IGCT, GTO, SiC0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，其特征是功率單元通過 變壓器與電網(wǎng)連接，變壓器的原邊繞組為一組，副邊繞組繞組為多個，每個副邊繞組連接到 一個功率單元的輸入端，根據(jù)多重化控制需要，變壓器原邊繞組與副邊繞組的匝數(shù)比可以 相同或不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，其特征是多個功率單元 的輸出端連接到同一組電容器上，所使用的電容器組與極性無關(guān)，這類電容器包括電解電 容、薄膜電容、超級電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，其特征是副邊繞組與多 個功率單元連接的變壓器原邊繞組跨接在電網(wǎng)的任意兩線之間產(chǎn)生一路可控的無功功率 和諧波，三相電網(wǎng)使用時則采用多組變壓器及相應(yīng)的功率單元電路構(gòu)成。
專利摘要本實用新型公開了一種新型高頻多電平靜止無功發(fā)生器，由全控型功率開關(guān)器件組成的功率單元與多副邊繞組變壓器以及同一組電容器組構(gòu)成，本實用新型專利的主要特征是多個功率單元的輸入端分別與多個變壓器的不同副邊繞組連接，多個功率單元的輸出端則共同連接到一組電容器兩端，通過控制器對功率單元進行數(shù)字控制，實現(xiàn)在變壓器原邊繞組所連接回路中產(chǎn)生可控的無功功率和諧波。該新型專利既實現(xiàn)了對變壓器原邊無功功率和諧波的多重化疊加控制，同時由于使用同一組電容器使得對電容器組兩端電壓的控制容易，整體系統(tǒng)組成模塊化與標準化，從而提高整機的可靠性與成本優(yōu)勢。
文檔編號H02J3/18GK201877833SQ20102052209
公開日2011年6月22日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者曹?，q 申請人:曹海琿