本發(fā)明涉及一種電力電子變換器，特別涉及一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

電壓源型調(diào)節(jié)裝置串聯(lián)于電源與負荷之間，正常時，裝置處于旁路備用狀態(tài)，當電源電壓出現(xiàn)異常時，可以立即投入運行，輸出補償電壓，維持負荷電壓處于正常范圍，該裝置可以在電網(wǎng)短時電壓異常的情況下，保證負荷連續(xù)運行，避免異常停電。專利cn103457283b中介紹了該裝置典型的組成及工作原理，受電力電子器件電壓與電流應(yīng)力限制，電壓源型調(diào)節(jié)裝置單個逆變器的容量有限，而補償對象負荷存在電壓高，電流大的情況，因此需要考慮如何使逆變器便于擴容。

由于裝置串聯(lián)于電網(wǎng)與負荷之間，因此裝置本身的可靠性非常重要，僅僅依靠固態(tài)開關(guān)很難保證可靠性，專利cn103457283b中也包含了機械式斷路器，但機械式斷路器的合閘速度很慢，當固態(tài)開關(guān)失效后，此時去合機械斷路器，機械斷路器完全閉合需要幾十ms，而有些敏感負荷在5ms的時間內(nèi)即會停止工作，尤其是對高壓、大容量負荷，一般會包含較大數(shù)量的功率半導(dǎo)體器件，一旦有個別功率半導(dǎo)體器件發(fā)生故障，會導(dǎo)致裝置故障，甚至?xí)?dǎo)致負荷失電，在實際應(yīng)用中有必要考慮電壓源型調(diào)節(jié)裝置的可靠性問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置及其控制方法，其既能實現(xiàn)使裝置便于擴容，又具備高可靠性。

為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置，包括斷路器、至少兩組補償單元，以及與補償單元數(shù)量一致的快速機械開關(guān)，所述快速機械開關(guān)與補償單元一一對應(yīng)并聯(lián)連接，所有補償單元串聯(lián)連接后與斷路器并聯(lián)連接，斷路器的一端與電源側(cè)連接，另一端與負荷側(cè)連接；其中，補償單元包括儲能單元、功率變換單元、濾波隔離單元、及固態(tài)開關(guān)單元，所述功率變換單元由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成，用于將直流電變換為交流電，功率變換單元的直流端與儲能單元連接，交流端與濾波隔離單元的原邊連接；濾波隔離單元的副邊與固態(tài)開關(guān)單元連接；所述固態(tài)開關(guān)單元包含有功率半導(dǎo)體器件。

上述功率變換單元由四組帶反并聯(lián)二極管的功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成，第一功率半導(dǎo)體器件與第二功率半導(dǎo)體器件同向串聯(lián)構(gòu)成第一橋臂，第三功率半導(dǎo)體器件與第四功率半導(dǎo)體器件同向串聯(lián)構(gòu)成第二橋臂，第一橋臂與第二橋臂同向并聯(lián)；第一、三功率半導(dǎo)體器件的源極定義為直流正端，第二、四功率半導(dǎo)體器件的漏極定義為直流負端，第一橋臂中點與第二橋臂的中點定義為交流端。

上述固態(tài)開關(guān)單元包括第五、第六功率半導(dǎo)體器件和第一、第二二極管，其中，第五功率半導(dǎo)體器件與第一二極管反向并聯(lián)；第六功率半導(dǎo)體器件與第二二極管反向并聯(lián)；所述兩個并聯(lián)支路再反向串聯(lián)連接。

上述固態(tài)開關(guān)單元中的功率半導(dǎo)體器件采用全控型功率半導(dǎo)體器件。

上述固態(tài)開關(guān)單元包括反向并聯(lián)連接的兩組半控型功率半導(dǎo)體器件。

上述濾波隔離單元包括電阻、電容以及隔離變壓器，電阻與電容構(gòu)成阻容串聯(lián)連接，隔離變壓器的原邊分別與功率變換單元的兩個交流端連接，隔離變壓器的副邊與阻容串聯(lián)連接并聯(lián)連接，所述隔離變壓器的副邊還連接固態(tài)開關(guān)單元。

上述濾波隔離單元包括電阻、電容以及電感，電阻與電容構(gòu)成阻容串聯(lián)連接，電感一端與功率變換單元的一個交流端連接，另一端與阻容串聯(lián)連接的其中一端相連接，阻容串聯(lián)連接的另外一端與功率變換單元的另一個交流端連接，且阻容串聯(lián)連接的兩端還連接固態(tài)開關(guān)單元。

一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置的控制方法，當檢測到電源電壓下降時，包含如下步驟：

步驟1，同時分斷所有補償單元中所述固態(tài)開關(guān)單元中的功率半導(dǎo)體器件；

步驟2，補償單元中功率變換單元中的功率半導(dǎo)體器件開始工作；

步驟3，控制補償單元中功率變換單元輸出電壓的幅值與相位，使負荷側(cè)電壓維持在正常范圍；且使每個補償單元輸出交流電壓的幅值相等、相位一致；

步驟4，當檢測到電源電壓恢復(fù)正常時，所有功率變換單元中的功率半導(dǎo)體器件停止工作，進入閉鎖狀態(tài)；同時開通所有固態(tài)開關(guān)單元中的功率半導(dǎo)體器件。

一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置的控制方法，當檢測到任意一個補償單元發(fā)生故障時，包括如下步驟：

步驟1，關(guān)斷發(fā)生故障的補償單元中的所有功率半導(dǎo)體器件；

步驟2，閉合與發(fā)生故障的補償單元并聯(lián)的快速機械開關(guān)；

步驟3，設(shè)置發(fā)生故障的補償單元為禁止投入運行：當檢測到電源電壓下降時，補償單元不做任何操作。

一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置的控制方法，當裝置所有補償單元均發(fā)生故障或需要對設(shè)備進行檢修時，包括如下步驟：

步驟1，關(guān)斷所有補償單元中的功率半導(dǎo)體器件；

步驟2，閉合所有快速機械開關(guān)；

步驟3，閉合斷路器；

步驟4，分開所有快速機械開關(guān)；

步驟5，設(shè)置電壓源型調(diào)節(jié)裝置為禁止投入運行，檢測到電源電壓下降時，裝置不做任何操作。

采用上述方案后，本發(fā)明通過補償單元串聯(lián)的方式，提高設(shè)備容量，便于擴容，多個補償單元還可以互為冗余，極大地提高電壓源型調(diào)節(jié)裝置的可靠性。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)每個補償單元輸出串聯(lián)連接，可平分補償電壓，當有n個補償單元時，每個補償單元僅需承擔1/n的電壓，有利于裝置進行擴容，每個單元均配有隔離變壓器，可有效隔離各個補償單元，避免功率半導(dǎo)體器件發(fā)生故障時，影響其他補償單元；同時隔離變壓器可以通過合理設(shè)計變比，調(diào)節(jié)原副邊承受的電壓、電流應(yīng)力。

(2)本發(fā)明中每個補償單元均并聯(lián)快速機械開關(guān)，當檢測到補償單元發(fā)生故障時，可立即閉合快速機械開關(guān)，快速機械開關(guān)具備快速合閘的能力，可在5ms內(nèi)實現(xiàn)快速合閘，不影響其他補償單元的正常工作，極大的提高了設(shè)備的可靠性，在設(shè)計時，可依照“n-1”原則，進行冗余配置

(3)本發(fā)明還配置了斷路器，斷路器閉合時間在幾十ms，可作為整個裝置的后備保護，在設(shè)備需要檢修時，可閉合斷路器，保證負荷正常工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的電路圖；

圖2是本發(fā)明裝置中固態(tài)開關(guān)單元的第一實施例電路圖；

圖3是本發(fā)明裝置中固態(tài)開關(guān)單元的第二實施例電路圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案及有益效果進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置，包括斷路器3、至少兩組補償單元1，以及與補償單元數(shù)量一致的快速機械開關(guān)2，所述快速機械開關(guān)2與補償單元1一一對應(yīng)并聯(lián)連接，所有補償單元1串聯(lián)連接后與斷路器3并聯(lián)連接，斷路器3的一端與電源側(cè)連接，另一端與負荷側(cè)連接；其中，補償單元1包括儲能單元4、功率變換單元5、濾波隔離單元6、固態(tài)開關(guān)單元7，所述功率變換單元5由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成，可采用全控型功率半導(dǎo)體器件，可將直流電變換為交流電，功率變換單元5的直流端與儲能單元4連接，交流端與濾波隔離單元6的原邊連接；濾波隔離單元6的副邊與固態(tài)開關(guān)單元7連接。

所述功率變換單元5由四組帶反并聯(lián)二極管的功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成，第一功率半導(dǎo)體器件s1與第二功率半導(dǎo)體器件s2同向串聯(lián)構(gòu)成第一橋臂，第三功率半導(dǎo)體器件s3與第四功率半導(dǎo)體器件s4同向串聯(lián)構(gòu)成第二橋臂，第一橋臂與第二橋臂同向并聯(lián)；第一、三功率半導(dǎo)體器件的源極定義為直流正端，第二、四功率半導(dǎo)體器件的漏極定義為直流負端，第一橋臂中點與第二橋臂的中點定義為交流端。

所述快速機械開關(guān)2可在5ms內(nèi)閉合回路。

如圖2所示，是本發(fā)明中固態(tài)開關(guān)單元7的第一種實施電路圖，包括第五、第六功率半導(dǎo)體器件和第一、第二二極管，其中，第五功率半導(dǎo)體器件與第一二極管反向并聯(lián)；第六功率半導(dǎo)體器件與第二二極管反向并聯(lián)；所述兩個并聯(lián)支路再反向串聯(lián)連接；所述功率半導(dǎo)體器件采用全控型功率半導(dǎo)體器件，具有開通關(guān)斷能力。

如圖3所示，是本發(fā)明中固態(tài)開關(guān)單元7的第二種實施電路圖，包括反向并聯(lián)連接的兩組半控型功率半導(dǎo)體器件。

所述濾波隔離單元6可以有多種實施結(jié)構(gòu)，可以采用電阻、電容以及隔離變壓器的組合結(jié)構(gòu)，其中，電阻與電容構(gòu)成阻容串聯(lián)連接，隔離變壓器的原邊分別與功率變換單元5的兩個交流端連接，隔離變壓器的副邊與阻容串聯(lián)連接并聯(lián)連接，所述隔離變壓器的副邊還作為濾波隔離單元的副邊，連接固態(tài)開關(guān)單元；所述濾波隔離單元6還可以采用電阻、電容以及電感的組合結(jié)構(gòu)，其中，電阻與電容構(gòu)成阻容串聯(lián)連接，電感一端與功率變換單元5的一個交流端連接，另一端與阻容串聯(lián)連接的其中一端相連接，阻容串聯(lián)連接的另外一端與功率變換單元5的另一個交流端連接，且阻容串聯(lián)連接的兩端作為濾波隔離單元的副邊。

基于以上裝置，本發(fā)明還提供一種電壓源型調(diào)節(jié)裝置的控制方法，包含有如下幾種情況下的控制策略：

第一種情況：當檢測到電源電壓下降時，包含如下步驟：

步驟1，同時分斷所有補償單元中所述固態(tài)開關(guān)單元中的功率半導(dǎo)體器件；

步驟2，補償單元中所述功率變換單元中的功率半導(dǎo)體器件開始工作；

步驟3，控制補償單元中功率變換單元輸出電壓的幅值與相位，使負荷側(cè)電壓維持在正常范圍；且使每個補償單元輸出交流電壓的幅值相等、相位一致。

在本實施例中，包含兩個補償單元，因此每個功率變換單元輸出的電壓幅值相等，為所需補償電壓的一半，相位相同，兩組補償單元均分補償電壓。

步驟4，當檢測到電源電壓恢復(fù)正常時，所有功率變換單元中的功率半導(dǎo)體器件停止工作，進入閉鎖狀態(tài)；同時開通所有固態(tài)開關(guān)單元中的功率半導(dǎo)體器件。

第二種情況：當檢測到任意一個補償單元發(fā)生故障時，包括如下步驟：

步驟1，關(guān)斷發(fā)生故障的補償單元中的所有功率半導(dǎo)體器件；

步驟2，閉合與發(fā)生故障的補償單元并聯(lián)的快速機械開關(guān)；

步驟3，設(shè)置發(fā)生故障的補償單元為禁止投入運行：當檢測到電源電壓下降時，補償單元不做任何操作。

第三種情況：當裝置所有補償單元均發(fā)生故障或需要對設(shè)備進行檢修時，包括如下步驟：

步驟1，關(guān)斷所有補償單元中的功率半導(dǎo)體器件；

步驟2，閉合所有快速機械開關(guān)；

步驟3，閉合斷路器；

步驟4，分開所有快速機械開關(guān)；

步驟5，設(shè)置電壓源型調(diào)節(jié)裝置為禁止投入運行，檢測到電源電壓下降時，裝置不做任何操作。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。