專(zhuān)利名稱(chēng)：基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)與電力電子技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)，特別是涉及一種基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。
背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，企業(yè)中廣泛應(yīng)用的自動(dòng)生產(chǎn)線、精密加工機(jī)械、計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。電網(wǎng)電壓的暫降或突升會(huì)使這些企業(yè)用 戶(hù)遭受重大損失。在電網(wǎng)電壓發(fā)生暫降或突升時(shí)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)通過(guò)向配電系統(tǒng) 中串入一個(gè)電壓源來(lái)保障用戶(hù)端的電壓質(zhì)量。IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器通常由儲(chǔ)能裝置、逆變裝置、并網(wǎng)裝置等構(gòu)成。其中儲(chǔ)能裝置 的構(gòu)成和逆變裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。常見(jiàn)的儲(chǔ)能裝置有 超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)能、蓄電池、飛輪儲(chǔ)能等，受成本及補(bǔ)償能力等多種因素的制約，這些裝置 在目前的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器結(jié)構(gòu)中不是非常實(shí)用。現(xiàn)有IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的元器件 發(fā)生故障時(shí)，需要停機(jī)，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，不能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)更換故障的元器件。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓 恢復(fù)器，其能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)更換故障功率單元。本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的一種基于功率單元級(jí)聯(lián) 的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于，其包括單輸入多輸出變壓器、三十個(gè)功率單元、三十 個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)、三個(gè)LC濾波電路，每個(gè)LC濾波電路均由一個(gè)電感和一個(gè)電容串聯(lián)組成， 單輸入多輸出變壓器將電網(wǎng)電壓變換為三十路輸出的三相電壓，每一路輸出電壓接至一組 功率單元的輸入端；十個(gè)功率單元為一組，每一組功率單元的輸出端級(jí)聯(lián)后經(jīng)過(guò)一個(gè)LC濾 波電路串入電網(wǎng)，每個(gè)功率單元的輸出端并聯(lián)一個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，所述功率單元包括第一保險(xiǎn)絲、第二保險(xiǎn)絲、第三保險(xiǎn)絲、第一 PWM整流 電路、第二 PWM整流電路、第三PWM整流電路、直流電容、第一 PWM逆變電路、第二 PWM逆變 電路和電子旁路機(jī)構(gòu)，第一 PWM整流電路包括相互串聯(lián)的第一 IGBT管和第二 IGBT管，第二 PWM整流電路包括相互串聯(lián)的第三IGBT管和第四IGBT管，第三PWM整流電路包括相互串聯(lián) 的第五IGBT管和第六IGBT管，第一保險(xiǎn)絲接在第一 IGBT管和第二 IGBT管之間，第二保險(xiǎn) 絲接在第三IGBT管和第四IGBT管之間，第三保險(xiǎn)絲接在第五IGBT管和第六IGBT管之間， 第一 PWM整流電路、第二 PWM整流電路、第三PWM整流電路構(gòu)成三相PWM整流電路，第一 PWM 逆變電路包括相互串聯(lián)的第七IGBT管和第八IGBT管，第二 PWM逆變電路包括相互串聯(lián)的 第九IGBT管和第十IGBT管，第一 PWM逆變電路和第二 PWM逆變電路構(gòu)成單相PWM逆變電 路，三相PWM整流電路的六個(gè)IGBT管給直流電容充電，直流電容的輸出接單相PWM逆變電 路，單相PWM逆變電路的輸出接至電子旁路機(jī)構(gòu)的兩端，電子旁路機(jī)構(gòu)由雙向可控硅構(gòu)成， 雙向可控硅的輸出接到功率單元的輸出端。[0007]優(yōu)選地，所述三相PWM整流電路和直流電容組成功率單元的儲(chǔ)能裝置。優(yōu)選地，所述機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)由短接銅片、絕緣連桿、連動(dòng)桿、旋轉(zhuǎn)手柄組成。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于功率單元內(nèi)部采用常規(guī)IGBT管構(gòu)成PWM整流電 路和PWM逆變電路，可以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，功率單元可以從吸收電網(wǎng)能 量，對(duì)負(fù)載側(cè)電網(wǎng)電壓跌落進(jìn)行補(bǔ)償；電網(wǎng)電壓突升時(shí)，功率單元可以從負(fù)載側(cè)吸收突升電 壓，由裝置回饋到電網(wǎng)，同時(shí)，模塊化的設(shè)計(jì)，提高了 IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的可維護(hù)性；功 率單元輸出端級(jí)聯(lián)也可以滿(mǎn)足IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的應(yīng)用要求。功率單元內(nèi)部三相PWM整 流電路能夠減少整流單元對(duì)電網(wǎng)諧波和功率因素的影響；功率單元內(nèi)部三相PWM整流電路 和直流電容構(gòu)成的儲(chǔ)能裝置，能夠保證電網(wǎng)電壓在一定范圍波動(dòng)時(shí)直流電容電壓的穩(wěn)定， 提高動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的補(bǔ)償能力。功率單元內(nèi)部的雙向可控硅構(gòu)成的電子旁路機(jī)構(gòu)，可以 在功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，讓主回路電流經(jīng)雙向可控硅流過(guò)，使故障功率單元內(nèi)的元件脫離 主回路，保證系統(tǒng)在1-2個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，仍可以正常運(yùn)行；故障功率單元外部的機(jī) 械旁路機(jī)構(gòu)可以將故障功率單元脫離系統(tǒng)；電子旁路機(jī)構(gòu)和機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)的聯(lián)合作用可以 實(shí)現(xiàn)故障功率單元的不停機(jī)更換，提高了 IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的可靠性。

圖1為本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的原理示意圖。圖2為本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器中的功率單元的原 理示意圖。圖3為本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器中的功率單元抽屜 的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。如圖1所示，本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器包括單輸入多 輸出變壓器11、三十個(gè)功率單元30-59、三十個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)60-89、第一 LC濾波電路、第 二 LC濾波電路和第三LC濾波電路，利用單輸入多輸出變壓器11將電網(wǎng)IOkV電壓變換為 三十路690V輸出的三相電壓，每一路輸出電壓接至一組功率單元的輸入端；十個(gè)功率單元 為一組，共三組，分別對(duì)應(yīng)電網(wǎng)A、B、C相級(jí)聯(lián)電路。第一 LC濾波電路包括相互串聯(lián)的第一 電容24和第一電感21，第二 LC濾波電路包括相互串聯(lián)的第二電容25和第二電感22，第 三LC濾波電路包括相互串聯(lián)的第三電容26和第三電感23。將A相級(jí)聯(lián)電路的十個(gè)功率 單元30-39的輸出端依次相連，十個(gè)功率單元的輸出端級(jí)聯(lián)后經(jīng)過(guò)第一 LC濾波電路串入電 網(wǎng)，同時(shí)，每個(gè)功率單元的輸出端并聯(lián)一個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)60-69 ；將B相級(jí)聯(lián)電路的十個(gè)功 率單元40-49的輸出端依次相連，十個(gè)功率單元的輸出端級(jí)聯(lián)連接后的輸出經(jīng)過(guò)第二 LC濾 波電路串入電網(wǎng)，同時(shí)，每個(gè)功率單元的輸出端并接一個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)70-79，同理，將C相 級(jí)聯(lián)電路的十個(gè)功率單元50-59的輸出端依次相連，十個(gè)功率單元的輸出端級(jí)聯(lián)連接后的 輸出經(jīng)過(guò)第三LC濾波電路串入電網(wǎng)，同時(shí)，每個(gè)功率單元的輸出端并聯(lián)一個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu) 80-89。如圖2所示，功率單元包括第一保險(xiǎn)絲111、第二保險(xiǎn)絲112、第三保險(xiǎn)絲113、第一 PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)整流電路、第二 PWM整流電路、第三PWM整流 電路、直流電容131、第一 PWM逆變電路、第二 PWM逆變電路和電子旁路機(jī)構(gòu)，第一 PWM整流 電路包括相互串聯(lián)的第一 IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣三雙極型功 率管)121和第二 IGBT管122，第二 PWM整流電路包括相互串聯(lián)的第三IGBT管123和第四 IGBT管124，第三PWM整流電路包括相互串聯(lián)的第五IGBT管125和第六IGBT管126，第一 保險(xiǎn)絲111接在第一 IGBT管121和第二 IGBT管122之間，第二保險(xiǎn)絲112接在第三IGBT 管123和第四IGBT管124之間，第三保險(xiǎn)絲113接在第五IGBT管125和第六IGBT管126 之間，第一 PWM整流電路、第二 PWM整流電路、第三PWM整流電路構(gòu)成三相PWM整流電路，第 一 PWM逆變電路包括相互串聯(lián)的第七IGBT管141和第八IGBT管142，第二 PWM逆變電路包 括相互串聯(lián)的第九IGBT管143和第十IGBT管144，第一 PWM逆變電路和第二 PWM逆變電路 構(gòu)成單相PWM逆變電路。功率單元輸入端經(jīng)三個(gè)保險(xiǎn)絲接至三相PWM整流電路，三相PWM 整流電路和直流電容131組成功率單元的儲(chǔ)能裝置，電路接通后，由檢測(cè)電路板、運(yùn)算電路 板以及PWM信號(hào)發(fā)生電路板組成的控制系統(tǒng)控制三相PWM整流電路的六個(gè)IGBT管121-126 給直流電容131充電，保證直流電容電壓的穩(wěn)定。直流電容131的輸出接單相PWM逆變電 路，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)暫降時(shí)，控制系統(tǒng)控制單相PWM逆變電路的四個(gè)IGBT管141-144產(chǎn)生 逆變輸出。單相PWM逆變電路的輸出接至電子旁路機(jī)構(gòu)151的兩端，電子旁路機(jī)構(gòu)151由 雙向可控硅構(gòu)成。雙向可控硅的輸出接到功率單元的輸出端。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)突升時(shí)，控 制系統(tǒng)控制四個(gè)IGBT管141-144吸收電壓突升，通過(guò)PWM整流電路的六個(gè)IGBT管121-126 將能量回饋電網(wǎng)。如圖3所示，單個(gè)功率單元內(nèi)的器件(圖2所示)均安裝在功率單元抽屜d內(nèi)。a、 b、c為安裝在功率單元抽屜上的輸入插件，e、f為安裝在功率單元抽屜上的輸出插件；A、B、 C為安裝在柜架上的輸入插座端子，E、F為安裝在柜架上的輸出插座端子。機(jī)械旁路機(jī)械由 短接銅片D、絕緣連桿G、連動(dòng)桿H、旋轉(zhuǎn)手柄組成J。通過(guò)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)手柄J，通過(guò)連動(dòng)桿H和 絕緣連桿G，帶動(dòng)短接銅片D左右運(yùn)動(dòng)，可以使短接銅片D將輸出插座端子E、F短接或者斷 開(kāi)。當(dāng)短接銅片D將輸出插座端子E、F短接后，可以在不停機(jī)的狀態(tài)下將功率單元抽屜從 系統(tǒng)中抽出。本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的工作過(guò)程如下控制系統(tǒng)中的檢測(cè)電路板通過(guò)電壓傳感器和AD (模擬數(shù)字)芯片將電網(wǎng)電壓值轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量，通過(guò)總線傳送給數(shù)據(jù)處理板，數(shù)據(jù)處理板通過(guò)基于瞬時(shí)無(wú)功理論的動(dòng)態(tài)電壓 跌落檢測(cè)算法對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落或凸起時(shí)，數(shù)據(jù)處理板根據(jù)實(shí)時(shí) 電壓值計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)碾妷?，控制PWM信號(hào)發(fā)生電路板產(chǎn)生所需要的PWM信號(hào)，控制各個(gè) 功率單元內(nèi)的IGBT器件，補(bǔ)償電網(wǎng)電壓。本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器不停機(jī)更換故障功率單元 的工作過(guò)程如下以圖1所示的一個(gè)功率單元35發(fā)生故障為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)功率單元35發(fā) 生故障時(shí)，則圖2所示功率單元內(nèi)的十個(gè)IGBT管停止工作，功率單元內(nèi)的電子旁路機(jī)構(gòu)151 閉合，主電路電流流過(guò)故障功率單元35的電子旁路機(jī)構(gòu)151，使該功率單元內(nèi)的元件脫離 主電路，IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器不停機(jī)仍可繼續(xù)工作。此時(shí)，可將故障的功率單元35對(duì)應(yīng)的 機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)65閉合，斷開(kāi)故障的功率單元35內(nèi)的電子旁路機(jī)構(gòu)151，該故障的功率單元 與系統(tǒng)完全脫離，可在不停機(jī)的情況下，將故障功率單元35取出，更換新的功率單元35。新的功率單元35更換好后，閉合功率單元35內(nèi)的電子旁路機(jī)構(gòu)151，斷開(kāi)功率單元35對(duì)應(yīng)的 機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)65，通過(guò)控制系統(tǒng)，控制功率單元內(nèi)的十個(gè)IGBT管開(kāi)始工作，同時(shí)，斷開(kāi)功率 單元內(nèi)的電子旁路機(jī)構(gòu)151，新的功率單元投入工作。本實(shí)用新型功率單元內(nèi)部采用常規(guī)IGBT管構(gòu)成PWM整流電路和PWM逆變電路， 可以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，功率單元可以從吸收電網(wǎng)能量，對(duì)負(fù)載側(cè)電網(wǎng)電 壓跌落進(jìn)行補(bǔ)償；電網(wǎng)電壓突升時(shí)，功率單元可以從負(fù)載側(cè)吸收突升電壓，由裝置回饋到電 網(wǎng)，同時(shí)，模塊化的設(shè)計(jì)，提高了 IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的可維護(hù)性；功率單元輸出級(jí)聯(lián)也可 以滿(mǎn)足IOkV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的應(yīng)用要求。功率單元內(nèi)部三相PWM整流電路能夠減少整流單 元對(duì)電網(wǎng)諧波和功率因素的影響；功率單元內(nèi)部三相PWM整流電路和直流電容構(gòu)成的儲(chǔ)能 裝置，能夠保證電網(wǎng)電壓在一定范圍波動(dòng)時(shí)直流電容電壓的穩(wěn)定，提高動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的 補(bǔ)償能力。功率單元內(nèi)部的雙向可控硅構(gòu)成的電子旁路機(jī)構(gòu)，可以在功率單元出現(xiàn)故障時(shí)， 讓主回路電流經(jīng)雙向可控硅流過(guò)，使故障功率單元內(nèi)的元件脫離主回路，保證系統(tǒng)在1-2 個(gè)功率單元出現(xiàn)故障時(shí)，仍可以正常運(yùn)行；故障功率單元外部的機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)可以將故障 功率單元脫離系統(tǒng)；電子旁路機(jī)構(gòu)和機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)的聯(lián)合作用可以實(shí)現(xiàn)故障單元的不停機(jī) 更換，提高了系統(tǒng)的可靠性。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 這些僅是舉例說(shuō)明，在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做 出多種變更或修改。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求一種基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于，其包括單輸入多輸出變壓器、三十個(gè)功率單元、三十個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)、三個(gè)LC濾波電路，每個(gè)LC濾波電路均由一個(gè)電感和一個(gè)電容串聯(lián)組成，單輸入多輸出變壓器將電網(wǎng)電壓變換為三十路輸出的三相電壓，每一路輸出電壓接至一組功率單元的輸入端；十個(gè)功率單元為一組，每一組功率單元的輸出端級(jí)聯(lián)后經(jīng)過(guò)一個(gè)LC濾波電路串入電網(wǎng)，每個(gè)功率單元的輸出端并聯(lián)一個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于，所述 功率單元包括第一保險(xiǎn)絲、第二保險(xiǎn)絲、第三保險(xiǎn)絲、第一 PWM整流電路、第二 PWM整流電 路、第三PWM整流電路、直流電容、第一 PWM逆變電路、第二 PWM逆變電路和電子旁路機(jī)構(gòu)， 第一 PWM整流電路包括相互串聯(lián)的第一 IGBT管和第二 IGBT管，第二 PWM整流電路包括相 互串聯(lián)的第三IGBT管和第四IGBT管，第三PWM整流電路包括相互串聯(lián)的第五IGBT管和第 六IGBT管，第一保險(xiǎn)絲接在第一 IGBT管和第二 IGBT管之間，第二保險(xiǎn)絲接在第三IGBT管 和第四IGBT管之間，第三保險(xiǎn)絲接在第五IGBT管和第六IGBT管之間，第一 PWM整流電路、 第二 PWM整流電路、第三PWM整流電路構(gòu)成三相PWM整流電路，第一 PWM逆變電路包括相互 串聯(lián)的第七IGBT管和第八IGBT管，第二 PWM逆變電路包括相互串聯(lián)的第九IGBT管和第十 IGBT管，第一 PWM逆變電路和第二 PWM逆變電路構(gòu)成單相PWM逆變電路，三相PWM整流電路 的六個(gè)IGBT管給直流電容充電，直流電容的輸出接單相PWM逆變電路，單相PWM逆變電路 的輸出接至電子旁路機(jī)構(gòu)的兩端，電子旁路機(jī)構(gòu)由雙向可控硅構(gòu)成，雙向可控硅的輸出接 到功率單元的輸出端。
3.如權(quán)利要求2所述的基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于，所述 三相PWM整流電路和直流電容組成功率單元的儲(chǔ)能裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于，所述 機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)由短接銅片、絕緣連桿、連動(dòng)桿、旋轉(zhuǎn)手柄組成。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其包括單輸入多輸出變壓器、三十個(gè)功率單元、三十個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)、三個(gè)LC濾波電路，每個(gè)LC濾波電路均由一個(gè)電感和一個(gè)電容串聯(lián)組成，單輸入多輸出變壓器將電網(wǎng)電壓變換為三十路輸出的三相電壓，每一路輸出電壓接至一組功率單元的輸入端；十個(gè)功率單元為一組，每一組功率單元的輸出端級(jí)聯(lián)后經(jīng)過(guò)一個(gè)LC濾波電路串入電網(wǎng)，每個(gè)功率單元的輸出端并聯(lián)一個(gè)機(jī)械旁路機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型基于功率單元級(jí)聯(lián)的10kV動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)更換故障功率單元。
文檔編號(hào)H02J3/12GK201758288SQ20102015501
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者周悅, 喻逸楓, 宋晉峰, 董祖毅, 趙金良, 陳國(guó)棟 申請(qǐng)人:上海電氣集團(tuán)股份有限公司