專利名稱：一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。是研究應(yīng)用電力半導(dǎo)體開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電能的變換及控制的一門技術(shù)，又稱為功率電子技術(shù)。
背景技術(shù)：
應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的控制、為用戶提供特定的電能供應(yīng)， 目前主要使用的裝置有配電系統(tǒng)靜止補(bǔ)償器、有源電力濾波、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)等。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)是帶有儲(chǔ)能裝置的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，除無(wú)功功率外，有補(bǔ)償有功功率的能力。系統(tǒng)電壓受到干擾時(shí)，常常造成負(fù)荷側(cè)電壓短時(shí)跌落或突升(持續(xù)時(shí)間通常為幾個(gè)周波至幾十個(gè)周波)。這是導(dǎo)致敏感類負(fù)荷停電，計(jì)算機(jī)設(shè)備、精密設(shè)備及儀器故障的主要原因。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)在1 2個(gè)毫秒之內(nèi)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，抵消系統(tǒng)電壓所受的干擾，使負(fù)荷側(cè)電壓感受不到擾動(dòng)，保證了敏感類負(fù)荷、計(jì)算機(jī)設(shè)備、精密設(shè)備及儀器的安全可靠運(yùn)行。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，可以保證負(fù)荷側(cè)電壓波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦， 消除電壓諧波、電壓波動(dòng)和閃變對(duì)負(fù)載的影響。因三相四線制配電網(wǎng)在發(fā)生電壓不對(duì)稱故障時(shí)，為保證負(fù)荷側(cè)電壓波形不受影響，零序分量需要補(bǔ)償，以往采用三個(gè)獨(dú)立的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)進(jìn)行補(bǔ)償，存在投資以及運(yùn)行損耗較大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，將三個(gè)獨(dú)立的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)的直流儲(chǔ)能單元合并成一個(gè)直流儲(chǔ)能單元，減少了儲(chǔ)能單元的數(shù)量，且減少了給直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電的充電裝置，因而減少了投資；同時(shí)本發(fā)明采用晶閘管來(lái)使動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)在電網(wǎng)電壓正常時(shí)處于旁路狀態(tài)，使電網(wǎng)通過(guò)晶閘管給負(fù)載供電，用較低的晶閘管通態(tài)損耗替代逆變器較高的開關(guān)損耗，減少了運(yùn)行成本。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器包括接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc,串聯(lián)在接入電網(wǎng)端Us與恢復(fù)器輸出端Uc之間的耦合單元， 與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲(chǔ)能單元和對(duì)直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電的充電單元，其耦合單元包括用于隔離的三個(gè)單相變壓器ΤΑ、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)的A相、B相、C相，三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的的濾波單元相連， 三個(gè)雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C分別并聯(lián)在三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。在接入電網(wǎng)端化與耦合單元之間串聯(lián)第一交流接觸器KMl的觸點(diǎn)，在三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊與恢復(fù)器輸出端Uc之間串聯(lián)第二交流接觸器KM2的觸點(diǎn)，在接入電網(wǎng)端化和恢復(fù)器輸出端Uc之間并聯(lián)第三個(gè)接觸器KM3觸點(diǎn)。所述的三個(gè)單相變壓器ΤΑ、TB、TC的原邊分別通過(guò)各自的濾波單元連接到三個(gè)單相橋式逆變器的輸出端，三個(gè)單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl并連， 超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl通過(guò)充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過(guò)三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us0所述的超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl與高頻濾波電容C2并聯(lián)，超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl的容量為 7 9法拉。本發(fā)明的有益效果1、在電網(wǎng)供電電壓發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)，本發(fā)明能迅速對(duì)電網(wǎng)注入補(bǔ)償電壓，且無(wú)論是單相電壓故障、三相對(duì)稱電壓故障或三相不對(duì)稱電壓故障，均能起到補(bǔ)償作用；2、僅采用一個(gè)超級(jí)儲(chǔ)能電容器組進(jìn)行儲(chǔ)能，體積小、儲(chǔ)能密度高，裝置整體耗費(fèi)低；3、在電網(wǎng)供電電壓正常時(shí)，本發(fā)明工作在晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管的通態(tài)損耗比逆變器的開關(guān)損耗低，從而減小了裝置的運(yùn)行損耗；4、串聯(lián)耦合單元采用了隔離變壓器，可以推廣應(yīng)用于中高壓系統(tǒng)；


圖1是本發(fā)明的總體電路邏輯框圖；圖2是本發(fā)明的用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明的總體電路邏輯框圖，圖2是本發(fā)明用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電路原理圖本發(fā)明包括接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc，串聯(lián)在接入電網(wǎng)端Us與恢復(fù)器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲(chǔ)能單元和對(duì)直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電的充電單元，其耦合單元包括用于隔離的三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC 的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)的A相、B相、C相，三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的的濾波單元相連，三個(gè)雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C分別并聯(lián)在三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。在接入電網(wǎng)端化與耦合單元之間串聯(lián)第一交流接觸器KMl的觸點(diǎn)，在三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊與恢復(fù)器輸出端Uc之間串聯(lián)第二交流接觸器KM2的觸點(diǎn)，在接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc之間并聯(lián)第三個(gè)接觸器KM3觸點(diǎn)。所述的三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的原邊分別通過(guò)各自的濾波單元連接到三個(gè)單相橋式逆變器的輸出端，三個(gè)單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl并連， 超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl通過(guò)充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過(guò)三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us。所述的超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl與高頻濾波電容C2并聯(lián)，超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl的容量為7 9法拉。接觸器KM1、KM2和KM3用來(lái)進(jìn)行投切的控制，且KM3用于負(fù)載過(guò)流時(shí)的機(jī)械旁路開關(guān)，雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C作為電子開關(guān)，在供電電網(wǎng)電壓正常時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，為負(fù)載供電，減小DVR裝置的損耗；隔離變壓器TA、TB和TC用于在電網(wǎng)電壓發(fā)生故障時(shí)補(bǔ)償電壓的注入。所述的濾波單元包含的元件有三個(gè)電感Li、L2和L3以及三個(gè)電容Cl、C2和C3 連接成三個(gè)單相LC濾波器，三個(gè)LC濾波器的輸出端分別與隔離變壓器TA、TB和TC的原邊端口相連，用于濾除橋式逆變器輸出補(bǔ)償電壓上產(chǎn)生的開關(guān)頻率的紋波。所述的橋式逆變器包含由GAl GA4組成的A相逆變器；由GBl GB4組成的B 相逆變器；由GCl GC4組成的C相逆變器。三個(gè)單相全橋逆變器的直流輸入端并聯(lián)到超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl的兩端；橋式逆變器用于輸出電網(wǎng)電壓故障時(shí)的補(bǔ)償電壓。所述的直流儲(chǔ)能單元包含超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl和高頻濾波電容C2。超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl的兩端與高頻濾波電容C2的兩端并聯(lián)后連接到所述的橋式逆變器的直流輸入端；直流儲(chǔ)能單元用于提供補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的能量。所述的充電單元包括1臺(tái)三相隔離升壓變壓器T、6個(gè)電力二極管Dl D6組成的三相全橋整流電路和一個(gè)充電電阻R。三相隔離升壓變壓器T的輸入端接電網(wǎng)，三相全橋整流電路的輸入端接三相隔離升壓變壓器T的輸出端，三相全橋整流電路的輸出端的正極串聯(lián)電阻R后與所述的超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl的正端口相連，其負(fù)極直接與超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl 的負(fù)端口相連；充電單元用于給直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電。以下詳細(xì)介紹本發(fā)明的工作原理如圖2 系統(tǒng)初始化時(shí)，串聯(lián)耦合單元的所有開關(guān)器件均處于斷開狀態(tài)，首先僅閉合ΚΜ3使本發(fā)明工作在接觸器旁路狀態(tài)，然后閉合ΚΜ1、ΚΜ2并且導(dǎo)通晶閘管SCR_A、SCR_B 和SCR_C ；之后斷開KM3，使本發(fā)明工作在晶閘管導(dǎo)通供電狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到供電電網(wǎng)電壓出現(xiàn)暫態(tài)故障時(shí)，采取快速關(guān)斷晶閘管的措施關(guān)斷晶閘管。然后，三相的橋式逆變器開始將超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl儲(chǔ)存的能量逆變輸出補(bǔ)償電壓，通過(guò)隔離變壓器TA、TB和TC注入到電網(wǎng)，使負(fù)載側(cè)的電壓保持不變。本發(fā)明采用了超級(jí)電容器進(jìn)行儲(chǔ)能，相比傳統(tǒng)的蓄電池儲(chǔ)能，體積小，儲(chǔ)能密度高，且能夠進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的大電流充、放電，使本發(fā)明既可補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的跌落，也可補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的突升。對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充電的充電裝置，僅采用三相不控整流串接限流電阻即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明在電網(wǎng)電壓正常時(shí)采用晶閘管對(duì)負(fù)載供電，與傳統(tǒng)的采用逆變器補(bǔ)償零電壓或者直接導(dǎo)通全橋逆變器的所有上(下)管相比，通態(tài)損耗小。當(dāng)檢測(cè)到供電電網(wǎng)電壓出現(xiàn)暫態(tài)故障時(shí)，通過(guò)橋式逆變器輸出合適的電壓使流過(guò)晶閘管的電流在Ims左右時(shí)間內(nèi)降至維持電流以下，使晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)可靠關(guān)斷。本發(fā)明中串聯(lián)耦合單元采用三個(gè)單相的隔離變壓器，要求其漏阻抗較小，一方面是為了保證全橋逆變器的輸出電壓與注入電網(wǎng)的電壓相位偏差較小，另一方面是為了在強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管時(shí)能夠在較短時(shí)間內(nèi)將晶閘管的電流降到維持電流以下。本發(fā)明中逆變器單元采用三個(gè)獨(dú)立控制的單相全橋拓?fù)?，串?lián)耦合單元采用了隔離變壓器，使本發(fā)明既可應(yīng)用于三相四線制配電網(wǎng)的補(bǔ)償，也可推廣運(yùn)用于中高壓輸電系統(tǒng)中。本發(fā)明減少了直流儲(chǔ)能單元的數(shù)量以及對(duì)直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電的充電裝置，降低了成本耗費(fèi)；在供電電網(wǎng)電壓正常時(shí)，本發(fā)明工作在晶閘管供電狀態(tài)，損耗比以往的工作方式低，且在供電電網(wǎng)電壓發(fā)生暫態(tài)故障時(shí)，能夠快速關(guān)斷晶閘管并注入補(bǔ)償電壓，保證負(fù)載電壓保持不變。
權(quán)利要求
1.一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，包括接入電網(wǎng)端化和恢復(fù)器輸出端Uc,串聯(lián)在接入電網(wǎng)端Us與恢復(fù)器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲(chǔ)能單元和對(duì)直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電的充電單元，其特征在于耦合單元包括用于隔離的三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)的A相、B 相、C相，三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的的濾波單元相連，三個(gè)雙向晶閘管 SCR_A、SCR_B和SCR_C分別并聯(lián)在三個(gè)單相變壓器ΤΑ、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于在接入電網(wǎng)端化與耦合單元之間串聯(lián)第一交流接觸器KMl的觸點(diǎn)，在三個(gè)單相變壓器TA、TB、 TC的副邊與恢復(fù)器輸出端Uc之間串聯(lián)第二交流接觸器KM2的觸點(diǎn)，在接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc之間并聯(lián)第三個(gè)接觸器KM3觸點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于 三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的原邊分別通過(guò)各自的濾波單元連接到三個(gè)單相橋式逆變器的輸出端，三個(gè)單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl并連，超級(jí)儲(chǔ)能電容器 Cl通過(guò)充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過(guò)三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于所述的超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl與高頻濾波電容C2并聯(lián)，超級(jí)儲(chǔ)能電容器Cl的容量為7 9法拉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，包括串聯(lián)在接入電網(wǎng)與恢復(fù)器輸出端之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲(chǔ)能單元和對(duì)直流儲(chǔ)能單元進(jìn)行充電的充電單元，其耦合單元的隔離的三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)，三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的濾波單元相連，三個(gè)雙向晶閘管分別并聯(lián)在三個(gè)單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。三個(gè)接觸器用來(lái)對(duì)三個(gè)雙向晶閘管分進(jìn)行投切的控制。三個(gè)單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級(jí)儲(chǔ)能電容器C1并連，超級(jí)儲(chǔ)能電容器C1通過(guò)充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過(guò)三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us。
文檔編號(hào)H02J3/32GK102299523SQ20111024208
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者呂波, 孫威, 官習(xí)炳, 崔健, 康勇, 林新春, 段余平, 艾斌, 蔡惠紅, 邱軍, 高山 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 武漢鋼鐵(集團(tuán))公司