專利名稱：旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量控制裝置，屬于電機和電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，電網(wǎng)中的諧波污染也日益嚴(yán)重。另外，許多電力電子裝置的功率因數(shù)很低，也給電網(wǎng)帶來額外負(fù)擔(dān)并影響供電質(zhì)量。因此消除諧波污染并提高功率因數(shù)，已成為電力電子技術(shù)中的一個重大課題。
用于補償無功功率的典型裝置有靜止無功補償器和靜止無功發(fā)生器。用于補償諧波的典型裝置有電力有源濾波器。用于電力系統(tǒng)潮流控制的典型裝置為統(tǒng)一潮流控制器，統(tǒng)一潮流控制器的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括通過公共直流端相連接的兩個電壓源變流器，其中一個變流器通過耦合變壓器與輸電線路并聯(lián)連接；另一個變流器通過一個交流變壓器被串入輸電線路中，兩個變流器的直流電壓由一個公共電容器提供。統(tǒng)一潮流控制器的基本思想是用一種統(tǒng)一的電力電子控制裝置，僅僅通過控制規(guī)律的變化，就能對線路電壓、阻抗、相位等電力系統(tǒng)基本參數(shù)同時控制，從而能分別或同時實現(xiàn)并聯(lián)補償、串聯(lián)補償、移相等幾種不同的功能。
但是由于靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器、電力有源濾波器以及統(tǒng)一潮流控制器都采用功率半導(dǎo)體器件，這一方面會提高裝置的成本，另一方面也會降低裝置的可靠性，而且裝置的過載能力低，還會產(chǎn)生新的諧波干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的電能質(zhì)量控制裝置因采用功率半導(dǎo)體器件，一方面提高了裝置的成本，另一方面降低了裝置的可靠性，而且裝置的過載能力低，會產(chǎn)生新的諧波干擾的缺陷。它包括一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1、二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2、一號逆變器3、二號逆變器4、整流器5、變壓器6和主控制器7，整流器5的正極輸出端連接一號逆變器3和二號逆變器4的正極輸入端，整流器5的負(fù)極輸出端連接一號逆變器3和二號逆變器4的負(fù)極輸入端，一號逆變器3的三相輸出端連接一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1的三相轉(zhuǎn)子繞組上，二號逆變器4的三相輸出端連接二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的三相轉(zhuǎn)子繞組上，一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1的轉(zhuǎn)子與二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的轉(zhuǎn)子固定為同軸旋轉(zhuǎn)，二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的三相定子繞組連接在變壓器6原邊三相繞組的一端上，變壓器6原邊三相繞組的另一端連接在一起，一號逆變器3、二號逆變器4和整流器5的受控端分別連接在主控制器7的三個輸出端上。
本發(fā)明的裝置工作時，整流器5的三相輸入端連接在電網(wǎng)10的三相電路中，一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1的三相定子繞組連接在電網(wǎng)10的三相電路中，變壓器6的副邊線圈串聯(lián)在電網(wǎng)10的三相電路中，主控制器7檢測電網(wǎng)10的電壓、電流、相位、諧波等參數(shù)。
本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的潮流控制，能夠補償電網(wǎng)的有功功率、無功功率，還能抑制和隔離諧波，補償電壓閃變與瞬間跌落，作為備用電源發(fā)電或利用風(fēng)能、水能發(fā)電，以及作為UPS(不間斷電源)使用，具有成本低、可靠性高、過載能力強以及不產(chǎn)生新的諧波干擾等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)能量變換裝置及電能質(zhì)量控制裝置的多功能與高性能的高度集成，因此在電力系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明對電網(wǎng)的潮流控制、有功功率和無功功率的補償、諧波的抑制和隔離都是通過感應(yīng)電機來實現(xiàn)的，只是在為感應(yīng)電機提供勵磁電流時使用了小容量的電力電子器件，利用了電機本體價格低、抗過載能力強、能抑制諧波等優(yōu)點，因此成本低、過載能力強，不會產(chǎn)生新的諧波。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的統(tǒng)一潮流控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是實施方式四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖2具體說明本實施方式。本實施方式由一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1、二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2、一號逆變器3、二號逆變器4、整流器5、變壓器6和主控制器7組成，整流器5的正極輸出端連接一號逆變器3和二號逆變器4的正極輸入端，整流器5的負(fù)極輸出端連接一號逆變器3和二號逆變器4的負(fù)極輸入端，一號逆變器3的三相輸出端連接一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1的三相轉(zhuǎn)子繞組上，二號逆變器4的三相輸出端連接二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的三相轉(zhuǎn)子繞組上，一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1的轉(zhuǎn)子與二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的轉(zhuǎn)子固定為同軸旋轉(zhuǎn)，二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的三相定子繞組連接在變壓器6原邊三相繞組的一端上，變壓器6原邊三相繞組的另一端連接在一起，一號逆變器3、二號逆變器4和整流器5的受控端分別連接在主控制器7的三個輸出端上。主控制器7根據(jù)電網(wǎng)10反饋的信息(如功率因數(shù)、諧波等)和運行指令，控制一號逆變器3、二號逆變器4和整流器5的輸出，使本發(fā)明的裝置運行在不同的模式。一號逆變器3、二號逆變器4、整流器5都選用脈寬調(diào)制型(PWM)功率變換裝置。
當(dāng)本實施方式的旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置運行在潮流控制模式時，一方面根據(jù)電網(wǎng)的運行狀態(tài)，控制一號逆變器3、二號逆變器4輸出直流勵磁電流的大小，來調(diào)節(jié)一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1輸出的無功功率以及二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2定子繞組輸出電壓的大??；另一方面，控制一號逆變器3的輸出瞬時頻率，調(diào)整一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1(二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2)的轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2定子繞組輸出電壓的相位；同時根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載的諧波狀態(tài)，控制一號逆變器3輸出電流中頻率為6kf(k為自然數(shù)；f為電網(wǎng)頻率)交流分量的大小，來調(diào)節(jié)一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1定子繞組中頻率為(6k±1)f的諧波電流的大小，進(jìn)而抵消電網(wǎng)及負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的頻率為(6k±1)f的諧波電流。
當(dāng)本實施方式的旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置運行在無功功率補償模式時，一方面根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載的無功狀態(tài)，控制一號逆變器3輸出電流直流分量的大小，來調(diào)節(jié)能量變換裝置輸出的無功功率；同時根據(jù)電網(wǎng)和負(fù)載的諧波狀態(tài)，控制二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2輸出電流中頻率為6kf(k為自然數(shù)；f為電網(wǎng)頻率)交流分量的大小，來調(diào)節(jié)一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1定子繞組中頻率為(6k±1)f的諧波電流的大小，進(jìn)而抵消電網(wǎng)及負(fù)載側(cè)產(chǎn)生的頻率為(6k±1)f的諧波電流。
當(dāng)電網(wǎng)的有功功率過剩、不足或電網(wǎng)發(fā)生故障停止向負(fù)載供電時，旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置運行在有功功率補償模式，控制一號逆變器3、二號逆變器4輸出電流的頻率，來控制一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1、二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2轉(zhuǎn)子速度的大小，把電網(wǎng)過剩的電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動能，或把轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)頻率的交流電能，供給電網(wǎng)或負(fù)載。
具體實施方式
二下面結(jié)合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括離合器9和原動機12，原動機12的發(fā)動機軸通過離合器9固定在一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1或二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的轉(zhuǎn)子軸端以實現(xiàn)同軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電網(wǎng)和負(fù)載需要連續(xù)補償有功功率時，旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置運行在發(fā)電機模式，可以利用原動機驅(qū)動感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子，通過控制一號逆變器3輸出電流的大小和頻率，即使原動機的速度發(fā)生變動，也能夠向電網(wǎng)和負(fù)載輸出頻率恒定的有功功率，實現(xiàn)不間斷供電，或者利用風(fēng)能、水能等能源補充供電。其它組成和連接方式與實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式二的不同點是原動機可以為燃?xì)獍l(fā)動機、風(fēng)力發(fā)動機和水輪發(fā)動機等動力裝置。其它組成和連接方式與實施方式二相同。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖4具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括慣性輪11，慣性輪11設(shè)置在一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機1或二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機2的轉(zhuǎn)子軸上?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)需要通過把慣性輪與電機的轉(zhuǎn)子軸相連，來增加系統(tǒng)的慣量，提高系統(tǒng)的有功功率調(diào)節(jié)能力。其它組成和連接方式與實施方式一相同。
權(quán)利要求
1.旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置，其特征在于它包括一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(1)、二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(2)、一號逆變器(3)、二號逆變器(4)、整流器(5)、變壓器(6)和主控制器(7)，整流器(5)的正極輸出端連接一號逆變器(3)和二號逆變器(4)的正極輸入端，整流器(5)的負(fù)極輸出端連接一號逆變器(3)和二號逆變器(4)的負(fù)極輸入端，一號逆變器(3)的三相輸出端連接一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(1)的三相轉(zhuǎn)子繞組上，二號逆變器(4)的三相輸出端連接二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(2)的三相轉(zhuǎn)子繞組上，一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(1)的電機軸與二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(2)的轉(zhuǎn)子固定為同軸旋轉(zhuǎn)，二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(2)的三相定子繞組連接在變壓器(6)原邊三相繞組的一端上，變壓器(6)原邊三相繞組的另一端連接在一起，一號逆變器(3)、二號逆變器(4)和整流器(5)的受控端分別連接在主控制器(7)的三個輸出端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置，其特征在于它還包括離合器(9)和原動機(12)，原動機(12)的發(fā)動機軸通過離合器(9)固定在一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(1)或二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(2)的轉(zhuǎn)子軸端以實現(xiàn)同軸旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置，其特征在于原動機可以為燃?xì)獍l(fā)動機、風(fēng)力發(fā)動機和水輪發(fā)動機
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置，其特征在于它還包括慣性輪(11)，慣性輪(11)設(shè)置在一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(1)或二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(2)的轉(zhuǎn)子軸上。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)電磁型電能質(zhì)量綜合控制裝置，本發(fā)明屬于電機和電力電子技術(shù)領(lǐng)域。它克服了現(xiàn)有技術(shù)的電能質(zhì)量控制裝置因采用功率半導(dǎo)體器件，提高了裝置的成本、降低了裝置的可靠性和過載能力、會產(chǎn)生新的諧波干擾的缺陷。它包括一號和二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機、一號和二號逆變器、整流器、變壓器和主控制器，整流器的輸出端連接一號和二號逆變器的輸入端，一號逆變器的輸出端連接一號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子繞組，二號逆變器的輸出端連接二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子繞組，兩個繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子固定為同軸旋轉(zhuǎn)，二號繞線型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機的定子繞組連接在變壓器的原邊繞組上，一號逆變器、二號逆變器和整流器的受控端分別連接在主控制器的輸出端上。
文檔編號H02J3/01GK101071947SQ200710072030
公開日2007年11月14日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者寇寶泉, 謝大綱, 李立毅 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)