專利名稱：負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制領(lǐng)域，特別是提供了一種負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
負(fù)荷電流質(zhì)量問題，即負(fù)荷的用電質(zhì)量問題在電力系統(tǒng)中很普遍。如諧波問題，主要由非線性負(fù)載引起，同時(shí)大量電力電子裝置的應(yīng)用導(dǎo)致了電網(wǎng)諧波水平逐年升高；又如造成電壓波動(dòng)與閃變的擾動(dòng)源為交直流電弧爐、電弧焊機(jī)、工業(yè)軋機(jī)、絞車、電力牽引機(jī)車等用電設(shè)備；部分電壓暫降由大容量沖擊性負(fù)荷的啟動(dòng)引起。這些電能質(zhì)量問題或直接或間接地由負(fù)荷運(yùn)行特性，即負(fù)荷電流質(zhì)量所引發(fā)。顯然，改善負(fù)荷電流質(zhì)量是解決電能質(zhì)量問題行之有效的手段之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器，它和負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，通過實(shí)現(xiàn)有源濾波、無功和負(fù)序補(bǔ)償、短時(shí)有功支持的作用使得從系統(tǒng)側(cè)看負(fù)荷電流質(zhì)量達(dá)到理想負(fù)荷的條件，即使得負(fù)荷(1)吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流、(2)三相功率平衡、(3)沒有沖擊涌流或大的啟動(dòng)電流、(4)功率因數(shù)為1，從而實(shí)現(xiàn)改善電能質(zhì)量的目標(biāo)。
本發(fā)明是基于絕緣柵雙極晶體管器件(IGBT)和脈寬調(diào)制控制技術(shù)的電力電子裝置，包括直流電壓控制斬波器4、直流平波電容5、三相逆變器6、輸出濾波器7。直流電壓控制斬波器4的兩條輸出端子分別和直流平波電容5的兩極P、N相連，直流平波電容由兩只電容器串聯(lián)而成以耐受較高電壓等級(jí)，三相逆變器6直流母線的兩個(gè)端子分別連接至直流平波電容5的兩極P、N上，三相逆變器6的交流輸出三條連線分別接到三相輸出濾波器7的三個(gè)濾波電抗器輸入端，濾波電抗器的輸出端分為兩路，一路連接濾波電容器，一路并聯(lián)至非線性負(fù)載2。
主電路為三相橋式逆變器拓?fù)?，逆變器的直流母線上配置了儲(chǔ)能設(shè)備及控制直流電壓的斬波電路。負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器和負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，通過有源濾波、無功和負(fù)序補(bǔ)償、短時(shí)有功支持等作用使得從系統(tǒng)側(cè)看負(fù)荷電流質(zhì)量達(dá)到理想負(fù)荷的條件。
采用直流控制斬波器作為負(fù)荷調(diào)節(jié)器的儲(chǔ)能控制環(huán)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷吸收功率突然減少時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將系統(tǒng)和負(fù)荷之間的不平衡功率吸收并儲(chǔ)存在超級(jí)電容中；當(dāng)負(fù)荷吸收功率突然增加時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將釋放功率以補(bǔ)償系統(tǒng)與負(fù)荷之間的不平衡功率。
三相逆變器6可工作于高頻整流和逆變狀態(tài)，根據(jù)控制指令在兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換；通過充電開關(guān)和放電開關(guān)對(duì)超級(jí)電容的儲(chǔ)能進(jìn)行控制，同時(shí)有效控制負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器的逆變器直流母線電壓。
直流電壓控制斬波器4包括超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8、保護(hù)二極管9、連接電抗器10、充電開關(guān)11、放電開關(guān)12。超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8和由兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成的保護(hù)二極管9的下部二極管并聯(lián)，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器10，另一路接保護(hù)二極管的上部二極管陽極，這只二極管的陰極連接到直流母線的正極P。超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8的下部輸出端子連接到直流母線的負(fù)極N。連接電抗器10的輸出端子接至充電開關(guān)11和放電開關(guān)12的連接點(diǎn)上，充電開關(guān)11由IGBT和續(xù)流二極管反并聯(lián)構(gòu)成，源極接直流母線端子P，漏極接連接電抗器10輸出端子和放電開關(guān)12的源極。放電開關(guān)12由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成，源極接充電開關(guān)11的漏極和連接電抗器10的輸出端子，漏極接直流母線的端子N。當(dāng)非線性負(fù)荷2的功率發(fā)生波動(dòng)，吸收的有功功率小于設(shè)定功率時(shí)，直流電壓控制斬波器4的充電開關(guān)11動(dòng)作，放電開關(guān)12斷開，將電力系統(tǒng)1多余的有功功率儲(chǔ)存到超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8中，使電力系統(tǒng)1維持原來的輸送水平；當(dāng)非線性負(fù)荷2吸收的有功功率突然增加，大于預(yù)定數(shù)值時(shí)，為維持電力系統(tǒng)1輸出功率的恒定，直流電壓控制斬波器4的放電開關(guān)12動(dòng)作，充電開關(guān)11斷開，將超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8中儲(chǔ)存的能量釋放給非線性負(fù)荷2，補(bǔ)償負(fù)荷新增的暫態(tài)有功功率。見圖2，負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器的直流電壓控制斬波器接線圖。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所提供的負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器和非線性負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，通過實(shí)現(xiàn)有源濾波、無功和負(fù)序補(bǔ)償、短時(shí)有功支持的作用使得從系統(tǒng)側(cè)看負(fù)荷電流質(zhì)量達(dá)到理想負(fù)荷的條件，即(1)吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流、(2)三相功率平衡、(3)沒有沖擊涌流或大的啟動(dòng)電流、(4)功率因數(shù)為1，從而實(shí)現(xiàn)改善電能質(zhì)量的目標(biāo)。


圖1為負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)的原理接線圖。其中，電力系統(tǒng)1、非線性負(fù)荷2，負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3、直流電壓控制斬波器4、直流平波電容5、三相逆變器6、輸出濾波器7；電力系統(tǒng)1包括等效電源和輸出阻抗。
圖2為負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器的直流電壓控制斬波器接線圖，包括超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8、保護(hù)二極管9、連接電抗器10、充電開關(guān)11、放電開關(guān)12。
具體實(shí)施例方式
圖1～圖3為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
。本發(fā)明是基于絕緣柵雙極晶體管器件和脈寬調(diào)制控制技術(shù)的電力電子裝置，它并聯(lián)接入電力系統(tǒng)，見圖1，電力系統(tǒng)1包括等效電源和輸出阻抗，對(duì)于非線性負(fù)荷2的諧波抑制和無功補(bǔ)償而言，負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3與電力系統(tǒng)1交換的有功功率不通過儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，逆變器直流母線電壓的控制通過給定逆變器的觸發(fā)指令由負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3吸收少量有功補(bǔ)償裝置的系統(tǒng)損耗及諧波抑制所需的有功功率。當(dāng)非線性負(fù)荷2具有動(dòng)態(tài)波動(dòng)性質(zhì)時(shí)，負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3將通過儲(chǔ)能環(huán)節(jié)補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的動(dòng)態(tài)部分，使電力系統(tǒng)1只需對(duì)負(fù)荷提供穩(wěn)定的有功功率、且功率因數(shù)為1。
直流電壓控制斬波器4的兩條輸出端子分別和直流平波電容5的兩極P、N相連，直流平波電容由兩只電容器串聯(lián)而成以耐受較高電壓等級(jí)，三相逆變器6直流母線的兩個(gè)端子分別連接至直流平波電容5的兩極P、N上，三相逆變器6的交流輸出三條連線分別接到三相輸出濾波器7的三個(gè)濾波電抗器輸入端，濾波電抗器的輸出端分為兩路，一路連接濾波電容器，一路并聯(lián)至非線性負(fù)載2。
直流電壓控制斬波器4包括超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8、保護(hù)二極管9、連接電抗器10、充電開關(guān)11、放電開關(guān)12。超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8和由兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成的保護(hù)二極管9的下部二極管并聯(lián)，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器10，另一路接保護(hù)二極管的上部二極管陽極，這只二極管的陰極連接到直流母線的正極P。超級(jí)電容儲(chǔ)能元件8的下部輸出端子連接到直流母線的負(fù)極N。連接電抗器10的輸出端子接至充電開關(guān)11和放電開關(guān)12的連接點(diǎn)上，充電開關(guān)11由IGBT和續(xù)流二極管反并聯(lián)構(gòu)成，源極接直流母線端子P，漏極接連接電抗器10輸出端子和放電開關(guān)12的源極。放電開關(guān)12由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成，源極接充電開關(guān)11的漏極和連接電抗器10的輸出端子，漏極接直流母線的端子N。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于包括直流電壓控制斬波器(4)、直流平波電容(5)、三相逆變器(6)、輸出濾波器(7)；直流電壓控制斬波器(4)的兩個(gè)輸出端子分別和直流平波電容(5)的兩極P、N相連，直流平波電容由兩只電容器串聯(lián)而成以耐受較高電壓等級(jí)，三相逆變器(6)直流母線的兩個(gè)端子分別連接至直流平波電容(5)的兩極P、N上，三相逆變器(6)的交流輸出三條連線分別接到三相輸出濾波器(7)的三個(gè)濾波電抗器輸入端，濾波電抗器的輸出端分為兩路，一路連接濾波電容器，一路并聯(lián)至非線性負(fù)載(2)；主電路為三相橋式逆變器拓?fù)?，逆變器的直流母線上配置了儲(chǔ)能設(shè)備及控制直流電壓的斬波電路；負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器和非線性負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，通過有源濾波、無功和負(fù)序補(bǔ)償、短時(shí)有功支持的作用使得從電力系統(tǒng)側(cè)看，負(fù)荷電流質(zhì)量達(dá)到理想負(fù)荷的條件；通過充電開關(guān)和放電開關(guān)對(duì)超級(jí)電容的儲(chǔ)能進(jìn)行控制，同時(shí)有效控制負(fù)荷品質(zhì)調(diào)節(jié)器的逆變器直流母線電壓；采用直流控制斬波器作為負(fù)荷調(diào)節(jié)器的儲(chǔ)能控制環(huán)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷吸收功率突然減少時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將系統(tǒng)和負(fù)荷之間的不平衡功率吸收并儲(chǔ)存在超級(jí)電容中；當(dāng)負(fù)荷吸收功率突然增加時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將釋放功率以補(bǔ)償系統(tǒng)與負(fù)荷之間的不平衡功率；三相逆變器(6)工作于高頻整流和逆變狀態(tài)，根據(jù)控制指令在兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換；通過充電開關(guān)和放電開關(guān)對(duì)超級(jí)電容的儲(chǔ)能進(jìn)行控制，同時(shí)有效控制負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器的逆變器直流母線電壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于直流電壓控制斬波器(4)包括超級(jí)電容儲(chǔ)能元件(8)、保護(hù)二極管(9)、連接電抗器(10)、充電開關(guān)(11)、放電開關(guān)(12)；超級(jí)電容儲(chǔ)能元件(8)和由兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成的保護(hù)二極管(9)的下部二極管并聯(lián)，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器(10)，另一路接保護(hù)二極管的上部二極管陽極，這只二極管的陰極連接到直流母線的正極P；超級(jí)電容儲(chǔ)能元件(8)的下部輸出端子連接到直流母線的負(fù)極N；連接電抗器(10)的輸出端子接至充電開關(guān)(11)和放電開關(guān)(12)的連接點(diǎn)上，充電開關(guān)(11)由IGBT和續(xù)流二極管反并聯(lián)構(gòu)成，源極接直流母線端子P，漏極接連接電抗器10輸出端子和放電開關(guān)(12)的源極；放電開關(guān)(12)由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成，源極接充電開關(guān)(11)的漏極和連接電抗器(10)的輸出端子，漏極接直流母線的端子N。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種負(fù)荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器，屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域。包括直流電壓控制斬波器(4)、直流平波電容(5)、三相逆變器(6)、輸出濾波器(7)；直流電壓控制斬波器(4)包括超級(jí)電容儲(chǔ)能元件(8)、保護(hù)二極管(9)、連接電抗器(10)、充電開關(guān)(11)、放電開關(guān)(12)；主電路為三相橋式逆變器拓?fù)?，逆變器的直流母線上配置了儲(chǔ)能設(shè)備及控制直流電壓的斬波電路。優(yōu)點(diǎn)在于它和非線性負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行，通過有源濾波、無功和負(fù)序補(bǔ)償、短時(shí)有功支持的作用使得從系統(tǒng)側(cè)看負(fù)荷電流質(zhì)量達(dá)到理想負(fù)荷的條件。吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流；三相功率平衡；沒有沖擊涌流或大的啟動(dòng)電流；功率因數(shù)為1。
文檔編號(hào)H02M1/14GK1845430SQ20061001164
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日
發(fā)明者尹忠東 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)