專利名稱：串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能質(zhì)量分析與控制領(lǐng)域，特別是提供了一種串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
大容量多擾動類型的電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置是研究、評估、控制電能質(zhì)量問題的基本設備，其開發(fā)研制受到國內(nèi)外研究人員的廣泛重視?；诖?lián)補償模式實現(xiàn)大容量、多擾動類型的電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價格昂貴、或容量較小的缺點，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。裝置可在串聯(lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等電壓質(zhì)量擾動類型。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置，可以產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等多種電壓質(zhì)量擾動類型。
本發(fā)明提出的串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置(以下簡稱為擾動裝置)，包括并聯(lián)換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3、單相全橋PWM變流器組4、串聯(lián)注入變壓器組5。如附圖1所示?？稍诖?lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等電壓質(zhì)量擾動類型。
并聯(lián)換流變壓器1為三相雙繞組變壓器，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11，變壓器原邊三相引線并聯(lián)連接到三相供電線路上，副邊三相引線連接到三相全橋PWM變流器2的三個橋臂終端。每個橋臂由上下兩個IGBT及其反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成。三個橋臂上下端點分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負極。當三相全橋PWM變流器2工作于高頻整流狀態(tài)下時，能量從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)的負載；而它工作于再生狀態(tài)下，相當于三相PWM電壓型逆變器，將直流側(cè)的能量回饋到交流側(cè)電網(wǎng)。正負兩條直流母線連接到直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3。超級電容儲能系統(tǒng)，由180～200只超級電容單體串聯(lián)而成，連接到超級電容的兩只二極管實現(xiàn)對超級電容的保護。一只二極管陽極、陰極分別接至超級電容負極、正極；另一只二極管的陽極、陰極分別接至超級電容的正極、三相全橋PWM變流器2輸出的正極直流母線。直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3采用的開關(guān)器件為兩只IGBT，高位IGBT實現(xiàn)超級電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實現(xiàn)超級電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯(lián)。連接到超級電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側(cè)引線連接到直流斬波橋臂的終端。三相全橋PWM變流器2輸出的直流母線間并聯(lián)了直流斬波和超級電容儲能系統(tǒng)3后，連接到三臺單相全橋PWM變流器4的直流側(cè)，構(gòu)成共用直流母線。為了支撐電壓及減小紋波，每臺單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器。每個單相全橋PWM變流器分別由兩個橋臂、四只IGBT構(gòu)成，每只IGBT均反向并聯(lián)了續(xù)流二極管。單相全橋PWM變流器的兩個橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯(lián)濾波電感相連，然后接入串聯(lián)注入變壓器組5。串聯(lián)注入變壓器組由三臺單相注入變壓器構(gòu)成，每臺變壓器均為單相雙繞組結(jié)構(gòu)。
擾動裝置的工作原理簡述如下。
(1)產(chǎn)生過電壓、欠電壓擾動裝置產(chǎn)生過電壓和欠電壓擾動的機理是三個單相逆變器在控制器控制下分別向系統(tǒng)注入串聯(lián)電壓，當注入電壓的相位和系統(tǒng)同相時，負荷側(cè)產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象；當注入電壓的相位和系統(tǒng)反相時，負荷側(cè)產(chǎn)生欠電壓現(xiàn)象，過電壓、欠電壓的比率和持續(xù)時間可以靈活設置。擾動裝置注入電壓按照系統(tǒng)相電壓設計，因此過電壓倍數(shù)可以達到2倍，而欠電壓可低至0V，可模擬供電中斷或短時供電中斷擾動。
(2)電壓暫降電壓暫降表現(xiàn)為電壓有效值一段時間內(nèi)的跌落，通常由電力系統(tǒng)鄰域內(nèi)的故障、大型負荷的啟動等造成，是電能質(zhì)量諸問題中危害最嚴重，也較難治理的一種。擾動裝置通過注入與系統(tǒng)電壓反向的電壓信號能夠產(chǎn)生可在較大范圍內(nèi)自由設定暫降深度和持續(xù)時間的擾動。
(3)三相不平衡若供用電系統(tǒng)三相不平衡度太大，會造成設備利用率下降、異常發(fā)熱、負序分量增加等一系列危害。擾動裝置采用三相分相控制模式，通過控制調(diào)制波為不同幅值產(chǎn)生不平衡的電壓，實現(xiàn)三相不平衡擾動。
(4)波形畸變擾動裝置通過產(chǎn)生幅值占系統(tǒng)相電壓一定比例的諧波疊加到系統(tǒng)電壓上，實現(xiàn)波形畸變的擾動。
(5)電壓波動與閃變電源電壓出現(xiàn)波動，則在驅(qū)動白熾燈等照明設備時，表現(xiàn)為燈光的閃爍。擾動裝置產(chǎn)生閃變擾動是控制每相逆變器產(chǎn)生一低頻交流信號對電源的工頻電壓進行調(diào)制，實現(xiàn)電壓幅度波動。
本發(fā)明的優(yōu)點在于基于串聯(lián)補償模式實現(xiàn)大容量、多擾動類型的電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價格昂貴、或容量較小的缺點，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。擾動裝置可在串聯(lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等多種電壓質(zhì)量擾動類型。
圖1為本發(fā)明的串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置電路結(jié)構(gòu)圖。其中，并聯(lián)換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3、單相全橋PWM變流器組4、串聯(lián)注入變壓器組5。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置(以下簡稱為擾動裝置)，由并聯(lián)換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3、單相全橋PWM變流器組4、串聯(lián)注入變壓器組5組成，如附圖1所示。
并聯(lián)換流變壓器1為三相雙繞組變壓器，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11，變壓器原邊三相引線并聯(lián)連接到三相供電線路上，副邊三相引線連接到三相全橋PWM變流器2的三個橋臂終端。每個橋臂由上下兩個IGBT及其反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成。三個橋臂上下端點分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負極。當三相全橋PWM變流器2工作于高頻整流狀態(tài)下時，能量從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)的負載；而它工作于再生狀態(tài)下，相當于三相PWM電壓型逆變器，將直流側(cè)的能量回饋到交流側(cè)電網(wǎng)。正負兩條直流母線連接到直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3。超級電容儲能系統(tǒng)，由200只超級電容單體串聯(lián)而成，連接到超級電容的兩只二極管實現(xiàn)對超級電容的保護。一只二極管陽極、陰極分別接至超級電容負極、正極；另一只二極管的陽極、陰極分別接至超級電容的正極、三相全橋PWM變流器2輸出的正極直流母線。直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)3采用的開關(guān)器件為兩只IGBT，高位IGBT實現(xiàn)超級電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實現(xiàn)超級電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯(lián)。連接到超級電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側(cè)引線連接到直流斬波橋臂的終端。三相全橋PWM變流器2輸出的直流母線間并聯(lián)了直流斬波和超級電容儲能系統(tǒng)3后，連接到三臺單相全橋PWM變流器4的直流側(cè)，構(gòu)成共用直流母線。為了支撐電壓及減小紋波，每臺單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器。每個單相全橋PWM變流器分別由兩個橋臂、四只IGBT構(gòu)成，每只IGBT均反向并聯(lián)了續(xù)流二極管。單相全橋PWM變流器的兩個橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯(lián)濾波電感相連，然后接入串聯(lián)注入變壓器組5。串聯(lián)注入變壓器組由三臺單相注入變壓器構(gòu)成，每臺變壓器均為單相雙繞組結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置，其特征在于由包括并聯(lián)換流變壓器(1)、三相全橋PWM變流器(2)、直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)(3)、單相全橋PWM變流器組(4)、串聯(lián)注入變壓器組(5)；a、并聯(lián)換流變壓器(1)為三相雙繞組換流變壓器，實現(xiàn)調(diào)節(jié)器與電網(wǎng)的隔離及能量的雙向輸送，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11；b、三相全橋PWM變流器(2)具有三個橋臂，每個橋臂由上下兩個IGBT及其反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成，三個橋臂上下端點分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負極，當三相全橋PWM變流器工作于高頻整流狀態(tài)下時，能量從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)的負載；而它工作于再生狀態(tài)下，相當于三相PWM電壓型逆變器，將直流側(cè)的能量回饋到交流側(cè)電網(wǎng)；c、直流斬波和超級電容儲能系統(tǒng)(3)中的儲能系統(tǒng)，由180～220只超級電容單體串聯(lián)而成，連接到超級電容的兩只二極管實現(xiàn)對超級電容的保護；一只二極管陽極、陰極分別接至超級電容系統(tǒng)的負極、正極；另一只二極管的陽極、陰極分別接至超級電容的正極和三相全橋PWM變流器輸出的正極直流母線；直流斬波的開關(guān)器件為兩只IGBT，高位IGBT實現(xiàn)超級電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實現(xiàn)超級電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯(lián)；連接到超級電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側(cè)引線連接到直流斬波橋臂的終端；d、單相全橋PWM變流器組(4)包括三臺單相全橋PWM變流器、對應的直流電容和濾波電路，三臺單相全橋PWM變流器的直流側(cè)共用了直流母線，為了支撐電壓及減小紋波，每臺單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器，單相全橋PWM變流器分別由兩個橋臂、四只IGBT構(gòu)成，每只IGBT反向并聯(lián)了續(xù)流二極管，單相全橋PWM變流器的兩個橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯(lián)濾波電感相連；e、單相串聯(lián)注入變壓器組(5)由三臺單相注入變壓器構(gòu)成，每臺變壓器均為單相雙繞組結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置，屬于電能質(zhì)量分析與控制領(lǐng)域。包括并聯(lián)換流變壓器(1)、三相全橋PWM變流器(2)、直流斬波器及超級電容儲能系統(tǒng)(3)、單相全橋PWM變流器組(4)、串聯(lián)注入變壓器組(5)。本發(fā)明的優(yōu)點在于基于串聯(lián)補償模式實現(xiàn)大容量、多擾動類型的電壓質(zhì)量擾動發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價格昂貴、或容量較小的缺點，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。擾動裝置可在串聯(lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等多種電壓質(zhì)量擾動類型。
文檔編號H02J3/00GK1858955SQ200610012018
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者尹忠東 申請人:華北電力大學