電流補償型交流穩壓裝置的製作方法

2023-07-08 09:35:01

專利名稱：電流補償型交流穩壓裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種交流穩壓裝置。
背景技術：
目前，電網中的動態電能質量問題主要包括電壓跌落、電壓浪湧以及瞬時供電中 斷。電壓跌落問題己成為影響電力設備正常、安全運行的最嚴重的動態電能質量問題之一。 在現代工業生產中，電壓跌落引起廠家的產品質量下降，甚至導致全廠生產過程中斷，從而 造成巨大的經濟損失。在新能源發電中，電壓跌落將引起發電機組過壓、過流和超速，使發 電場大面積切機，嚴重時甚至導致電網崩潰。除此之外，穩態電壓下降問題在很多大中型生產企業也十分嚴重。因長距離輸配 電和用電過載導致末端電壓下降，大量電機衝擊起動導致供電電壓降低，這些由於配電側 引起的電壓下降問題嚴重製約企業的工作效率，幹擾正常的生產秩序，影響產品質量並帶 來質量隱患。因此如何抑制電壓跌落對敏感電力用戶的幹擾、提高新能源發電場對電壓跌 落的適應能力和改善配電系統的電壓質量，己成為擺在電力研究人員面前十分迫切的問 題。

實用新型內容本實用新型為了解決現有電網中存在的動態電壓跌落、穩態電壓下降等電壓質量 差所引起的問題，而提出電流補償型交流穩壓裝置。電流補償型交流穩壓裝置，它包括交流開關模塊、阻抗網絡模塊、無功發生補償模 塊和控制模塊；所述交流開關模塊由三個相同的單相交流開關組成；所述阻抗網絡模塊由 三個相同的阻抗單元組成；所述交流開關模塊、阻抗網絡模塊和無功發生補償模塊均分別 裝設在電網側和負載側之間的三相電力母線上；所述阻抗網絡模塊的三個相同的阻抗單元 分別串接在三相電力母線的A相母線、B相母線和C相母線上；所述每個單相交流開關與一 個阻抗單元並聯連接；所述無功發生補償模塊並聯在三相電力母線上，所述控制模塊的六 路開關控制信號輸出端與交流開關模塊的六路開關控制信號輸入端相連，所述控制模塊的 六路無功發生控制信號輸出端與無功發生補償模塊的六路無功發生控制信號輸入端相連。本實用新型有效地消除了因電網中存在的動態電壓跌落、穩態電壓下降所引起的 問題。本實用新型具有如下優點；1、通過採用電流補償的方式實現穩壓，不但提高了裝置的 可靠性，還降低裝置成本；2、無功發生補償模塊3的投入可給電網提供無功支撐；3、通過採 用不對稱電流補償方式，可抑制電壓不平衡；4、在三相電力母線上串聯阻抗網絡模塊2可 吸收暫態能量，抑制衝擊電流，保護電力設備的安全運行；5、通過串聯阻抗網絡模塊2和無 功發生補償模塊3配合可動態調節末端電壓。本實用新型可廣泛適用於對風力發電系統以 及電壓質量要求較高的場合。
圖1為具體實施方式
一的結構示意圖；圖2為具體實施方式
八的結構示意圖；圖3 為本實用新型所述裝置提升電壓時電網側相電壓的波形圖；圖4為本實用新型所述裝置提 升電壓時負載側相電壓的波形圖；圖5為本實用新型所述裝置提升電壓時阻抗網絡模塊2 兩端壓降的波形圖；圖6為本實用新型所述裝置提升電壓時線路電流的波形圖；圖7為本 實用新型所述裝置實現穩態功能時電網側相電壓的波形圖；圖8為本實用新型所述裝置實 現穩態功能時負載側相電壓的波形圖；圖9為本實用新型所述裝置實現穩態功能時阻抗網 絡模塊2兩端壓降的波形圖；圖10為本實用新型所述裝置實現穩態功能時線路電流的波形 圖；圖11為本實用新型所述裝置採用自然換流方式閉合交流開關模塊1時電網側相電壓的 波形圖；圖12為本實用新型所述裝置採用自然換流方式閉合交流開關模塊1時負載側相電 壓的波形圖；圖13為本實用新型所述裝置採用自然換流方式閉合交流開關模塊1時阻抗網 絡模塊2兩端壓降的波形圖；圖14為本實用新型所述裝置採用自然換流方式閉合交流開關 模塊1時線路電流的波形圖；圖15為為了減小交流開關模塊1閉合時的衝擊電流採用軟閉 合的控制方式時電網側相電壓的波形圖；圖16為為了減小交流開關模塊1閉合時的衝擊電 流採用軟閉合的控制方式時阻抗網絡模塊2兩端壓降的波形圖；圖17為為了減小交流開關 模塊1閉合時的衝擊電流採用軟閉合的控制方式時通過交流開關模塊1的電流的波形圖； 圖18為為了減小交流開關模塊1閉合時的衝擊電流採用軟閉合的控制方式時通過阻抗網 絡模塊2的電流的波形圖；圖19為為了減小交流開關模塊1閉合時的衝擊電流採用軟閉 合的控制方式時負載側電流的波形圖；圖20為當電網電壓跌落時，本實用新型所述裝置向 電網提供無功功率的曲線圖；圖21為本實用新型所述裝置應用於風力發電中，當電壓跌落 時進行補償時的電網側相電壓波形示意圖，圖22為本實用新型所述裝置應用於風力發電 中，當電壓跌落時進行補償時的風力發電機機端電壓波形示意圖，圖23為本實用新型所述 裝置應用於風力發電中，當電壓跌落時進行補償時的阻抗網絡模塊2兩端壓降的波形示意 圖，圖24為本實用新型所述裝置應用於風力發電中，當電壓跌落時進行補償時的風力發電 機定子電流波形示意圖，圖25為本實用新型所述裝置應用於風力發電中，當電壓跌落時進 行補償時的風力發電機轉速示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一 結合圖1說明本實施方式，本實施方式包括交流開關模塊 1、阻抗網絡模塊2、無功發生補償模塊3和控制模塊4 ；所述交流開關模塊1由三個相同的 單相交流開關11組成；所述阻抗網絡模塊2由三個相同的阻抗單元21組成；所述交流開關 模塊1、阻抗網絡模塊2和無功發生補償模塊3均分別裝設在電網側和負載側之間的三相電 力母線上；所述阻抗網絡模塊2的三個相同的阻抗單元21分別串接在三相電力母線的A相 母線、B相母線和C相母線上；所述每個單相交流開關11與一個阻抗單元21並聯連接；所 述無功發生補償模塊3並聯在三相電力母線上，所述控制模塊4的六路開關控制信號輸出 端與交流開關模塊1的六路開關控制信號輸入端相連，所述控制模塊4的六路無功發生控 制信號輸出端與無功發生補償模塊3的六路無功發生控制信號輸入端相連。
具體實施方式
二 結合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一 不同點在於它還增加了多個交流開關模塊1和多個阻抗網絡模塊2 ；所述多個交流開關模塊1的結構和裝設方式均相同；所述多個阻抗網絡模塊2的結構和裝設方式均相同；所述 每個交流開關模塊1由三個相同的單相交流開關11組成；所述每個阻抗網絡模塊2由三個 相同的阻抗單元21組成；所述多個交流開關模塊1和多個阻抗網絡模塊2均分別裝設在電 網側和負載側之間的三相電力母線上；所述每個阻抗網絡模塊2的三個相同的阻抗單元21 分別串接在三相電力母線的A相母線、B相母線和C相母線上；所述每個交流開關模塊1的 每個單相交流開關11與一個阻抗單元21並聯連接。其它組成和連接方式與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
三 本實施方式與具體實施方式
一不同點在於它還增加了多 個交流開關模塊1、多個阻抗網絡模塊2和多個無功發生補償模塊3 ；所述多個交流開關模 塊1的結構和裝設方式均相同；所述多個阻抗網絡模塊2的結構和裝設方式均相同；所述 多個無功發生補償模塊3的結構和裝設方式均相同；所述每個交流開關模塊1由三個相同 的單相交流開關11組成；所述每個阻抗網絡模塊2由三個相同的阻抗單元21組成；所述多 個交流開關模塊1、多個阻抗網絡模塊2和多個無功發生補償模塊3均分別裝設在電網側和 負載側之間的三相電力母線上；所述每個阻抗網絡模塊2的三個相同的阻抗單元21分別串 接在三相電力母線的A相母線、B相母線和C相母線上；所述每個交流開關模塊1的每個單 相交流開關11與一個阻抗單元21並聯連接；所述每個無功發生補償模塊3並聯在三相電 力母線上。其它組成和連接方式與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四 結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一、二或三不同點在於交流開關模塊1的單相交流開關11採用雙向晶閘管式交流開關。 其它組成和連接方式與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五 結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
四 不同點在於無功發生補償模塊3採用有源無功發生補償模塊或無源無功發生補償模塊。其 它組成和連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六 本實施方式與具體實施方式
四的不同點在於無功發生補 償模塊3由三個相同的單相無功補償單元31組成；所述三個相同的單相無功補償單元31 的連接方式採用三相角接的連接方式或星接的連接方式。其它組成和連接方式與具體實施 方式四相同。
具體實施方式
七 結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式四不同點在於所述單相交流開關11由第一晶閘管KGl和第二晶閘管KG2組成；所述第一 晶閘管KGl的陽極與第二晶閘管KG2的陰極相連，第一晶閘管KGl的陰極與第二晶閘管KG2 的陽極相連；所述第一晶閘管KGl的陽極和第一晶閘管KGl的陰極即為單相交流開關11的 兩個接線端；所述第一晶閘管KGl的門極和第二晶閘管KG2的門極即為交流開關模塊1的 兩路開關控制信號輸出端。其它組成和連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
八 結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式四的不同點在於阻抗網絡模塊2的阻抗單元21由電阻R和第一電感Ll組成；所述電阻 R的一端與第一電感Ll的一端相連，所述電阻R的另一端和第一電感Ll的另一端即為阻抗 單元21的兩個接線端。其它組成和連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
九 結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式四不同點在於所述無功發生補償模塊3的單相無功補償單元31由電容C、第二電感L2、第三晶閘管KG3和第四晶閘管KG4組成；所述第二電感L2的一端同時與第三晶閘管KG3的 陰極和第四晶閘管KG4的陽極相連；第三晶閘管KG3的陽極同時與第四晶閘管KG4的陰極 和電容C的一端相連；所述電容C的另一端和第二電感L2的另一端即為單相無功補償單元 31的兩個接線端，所述第三晶閘管KG3的門極和第四晶閘管KG4的門極即為無功發生補償 模塊3的兩路無功發生控制信號輸入端。其它組成和連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十 本實施方式與具體實施方式
四不同點在於交流開關模塊1 的單相交流開關11採用由半導體器件和機械開關組成的複合開關。其它組成和連接方式 與具體實施方式
四相同。本實用新型的工作原理參見圖1，當控制模塊4檢測到電網電壓異常時，控制交流開關模塊1處於 斷開狀態，阻抗網絡模塊2串聯投入，同時控制模塊4控制無功發生補償模塊3發出無功功 率，當流經阻抗網絡模塊2的阻抗單元21後形成壓降，提升了電壓水平；當控制模塊4檢測 到電網電壓正常時，控制交流開關模塊1處於閉合狀態，電網側和負載側正常連接，同時控 制模塊4根據無功補償的需要控制無功發生補償模塊3投入相應的無功功率。無功發生補償模塊3可以採用三相角接的晶閘管投切電容器(TSC)，並根據電壓 水平和功率因數狀況通過電容分組投切實現電壓的分級調節。無功發生補償模塊3也可以 是其它形式的動態無功補償裝置，如無源型的SVC或有源型的SVG。交流開關模塊1斷開使阻抗網絡模塊2投入後，無功發生補償模塊3的投入將使 阻抗網絡模塊2流過一定的無功電流，該無功電流在阻抗網絡模塊2上形成壓降，從而使得 在電網電壓跌落或下降時提升電網機端電壓到合適的水平。參見圖3至圖6，圖3至圖6 表述的為提升電壓的波形圖，圖3為電網側電壓的波形圖、圖4為負載側電壓的波形圖、圖5 為阻抗單元兩端壓降的波形圖和圖6為線路電流的波形圖。由圖3至圖6可見，本實用新型 具有明顯的電壓提升能力；通過無功發生補償模塊3發出無功功率，在串聯阻抗網絡模塊2 上形成壓降，從而達到穩態功能。參見圖7至圖10，當電網側電壓由小變大時，無功發生補 償模塊3發出的無功電流隨之變小，同時保持負載側電壓基本保持不變，實現穩壓功能。參見圖11至圖14，給出了本實用新型採用自然換流方式閉合交流開關模塊1的波 形圖。當電網電壓從異常到恢復正常時，交流開關模塊1是斷開的，阻抗網絡模塊2串聯在 電網側和負載側之間，此時電網側電壓正常，負載側電壓也基本達到正常水平，二者的幅值 相差很小，但由於二者存在相位差，因此阻抗網絡模塊2上的壓降也有一定的值。電壓正常 後，各相開關在過零時刻導通閉合，儘量減小電流衝擊，但由圖14可見，在閉合瞬間，還是 存在較大的衝擊電流。參見圖15至圖19，為了減小交流開關模塊1閉合時的衝擊電流，本實用新型提出 軟閉合的控制方式，並給出了軟閉合控制方法下的電網側電壓、阻抗網絡模塊2兩端壓降、 通過交流開關模塊1的電流、通過阻抗網絡模塊2的電流和負載側電流工作波形圖。控制 模塊4通過逐漸增大導通角的方式，使原來流過阻抗網絡模塊2的電流逐漸向交流開關模 塊1轉移，這樣阻抗網絡模塊2兩端的壓降也就逐漸減小，當減小到零時完全閉合交流開關 模塊1，使衝擊減小到最低程度。參見圖20，當電壓跌落時，隨著電壓的下降，本實用新型提供的無功電流越來越 大，可見，在以穩壓為目標時，本裝置向電網提供了大量的無功功率。[0025]本實用新型所述裝置用於新能源風力發電中時，所採用的控制方式是當電網側 發生故障導致電壓跌落時，控制模塊4立即斷開交流開關模塊1，以接入阻抗網絡模塊2，同 時根據電壓跌落情況投入無功發生補償模塊3 ；在電壓跌落期間，控制模塊4根據電壓跌落 程度通過無功控制改善電網機端電壓水平；當控制模塊4檢測到電網恢復正常後，閉合交 流開關模塊1，切除阻抗網絡模塊2，恢復風力發電機組和電網之間的正常連接。上述在電網恢復正常後閉合交流開關模塊1的方式是這樣的為了減小閉合交流 開關模塊1的電流和電壓衝擊，而採用變觸發角控制三相交流開關軟閉合的方式。由於在 閉合前時刻，風力發電機定子電流通過阻抗網絡模塊2，阻抗網絡模塊2兩端就會有一定的 壓降，如果直接合交流開關模塊1，必將引起電流和電壓衝擊，從而對發電機和電網造成損 害。本裝置逐漸減小交流開關模塊1的可控矽的觸發角，使流過阻抗網絡模塊2的電流向 交流開關模塊1分流，同時阻抗網絡模塊2上的壓降逐漸減小，最後減到足夠小後全部導通 交流開關模塊1，實現交流開關模塊1的軟閉合，最大限度的保證電網和發電機免受二次衝 擊ο參見圖21至圖25，給出了本實用新型應用於風力發電電壓跌落的工作波形示意 圖，圖21為電網側電壓的波形示意圖、圖22為機端側電壓的波形示意圖、圖23為阻抗單元 兩端壓降的波形示意圖、圖24為定子電流的波形示意圖和圖25為電機轉速的波形示意圖， 為了便於觀察穩壓效果，假定電壓跌落一段時間後緩慢恢復。當電壓跌落後，由於阻抗網絡 模塊2和無功發生補償模塊3的配合控制，阻抗網絡模塊2兩端壓降隨電壓跌落程度進行 變化，始終保證機端電壓在正常水平。當本實用新型所述裝置投入後，定子電流運行平穩， 且電機轉速沒有較大的波動，實現低電壓穿越，可較好的幫助風力發電機組在電網故障期 間正常運行。以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本所屬技術領域的普通技術人員來 說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於 本實用新型所提交的權利要求書確定的專利保護範圍。
權利要求電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於它包括交流開關模塊(1)、阻抗網絡模塊(2)、無功發生補償模塊(3)和控制模塊(4)；所述交流開關模塊(1)由三個相同的單相交流開關(11)組成；所述阻抗網絡模塊(2)由三個相同的阻抗單元(21)組成；所述交流開關模塊(1)、阻抗網絡模塊(2)和無功發生補償模塊(3)均分別裝設在電網側和負載側之間的三相電力母線上；所述阻抗網絡模塊(2)的三個相同的阻抗單元(21)分別串接在三相電力母線的A相母線、B相母線和C相母線上；所述每個單相交流開關(11)與一個阻抗單元(21)並聯連接；所述無功發生補償模塊(3)並聯在三相電力母線上，所述控制模塊(4)的六路開關控制信號輸出端與交流開關模塊(1)的六路開關控制信號輸入端相連，所述控制模塊(4)的六路無功發生控制信號輸出端與無功發生補償模塊(3)的六路無功發生控制信號輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於它還包括多個交流開 關模塊(1)和多個阻抗網絡模塊(2)；所述每個交流開關模塊(1)由三個相同的單相交流 開關(11)組成；所述每個阻抗網絡模塊(2)由三個相同的阻抗單元(21)組成；所述多個交 流開關模塊(1)和多個阻抗網絡模塊(2)均分別裝設在電網側和負載側之間的三相電力母 線上；所述每個阻抗網絡模塊⑵的三個相同的阻抗單元(21)分別串接在三相電力母線的 A相母線、B相母線和C相母線上；所述每個交流開關模塊(1)的每個單相交流開關(11)與 一個阻抗單元(21)並聯連接。
3.根據權利要求1所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於它還包括多個交流開 關模塊(1)、多個阻抗網絡模塊(2)和多個無功發生補償模塊(3)；所述每個交流開關模塊 ⑴由三個相同的單相交流開關(11)組成；所述每個阻抗網絡模塊⑵由三個相同的阻 抗單元(21)組成；所述多個交流開關模塊(1)、多個阻抗網絡模塊(2)和多個無功發生補 償模塊(3)均分別裝設在電網側和負載側之間的三相電力母線上；所述每個阻抗網絡模塊(2)的三個相同的阻抗單元(21)分別串接在三相電力母線的A相母線、B相母線和C相母 線上；所述每個交流開關模塊(1)的每個單相交流開關(11)與一個阻抗單元(21)並聯連 接；所述每個無功發生補償模塊(3)並聯在三相電力母線上。
4.根據權利要求1、2或3所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於交流開關模塊(I)的單相交流開關(11)採用雙向晶閘管式交流開關。
5.根據權利要求4所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於無功發生補償模塊(3)採用有源無功發生補償模塊或無源無功發生補償模塊。
6.根據權利要求4所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於無功發生補償模塊 (3)由三個相同的單相無功補償單元(31)組成；所述三個相同的單相無功補償單元(31) 的連接方式採用三相角接的連接方式或星接的連接方式。
7.根據權利要求4所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於所述單相交流開關(II)由第一晶閘管(KGl)和第二晶閘管(KG2)組成；所述第一晶閘管(KGl)的陽極與第二 晶閘管(KG2)的陰極相連，第一晶閘管(KGl)的陰極與第二晶閘管(KG2)的陽極相連；所述 第一晶閘管(KGl)的陽極和第一晶閘管(KGl)的陰極即為單相交流開關(11)的兩個接線 端；所述第一晶閘管(KGl)的門極和第二晶閘管(KG2)的門極即為交流開關模塊(1)的兩 路開關控制信號輸出端。
8.根據權利要求4所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於阻抗網絡模塊(2)的阻抗單元(21)由電阻(R)和第一電感(Li)組成；所述電阻(R)的一端與第一電感(Li)的 一端相連，所述電阻(R)的另一端和第一電感(Li)的另一端即為阻抗單元(21)的兩個接線端。
9.根據權利要求4所述的電流補償型交流穩壓裝置，其特徵在於所述無功發生補償模 塊⑶的單相無功補償單元(31)由電容(C)、第二電感(L2)、第三晶閘管(KG3)和第四晶 閘管(KG4)組成；所述第二電感(L2)的一端同時與第三晶閘管(KG3)的陰極和第四晶閘管 (KG4)的陽極相連；第三晶閘管(KG3)的陽極同時與第四晶閘管(KG4)的陰極和電容(C)的 一端相連；所述電容(C)的另一端和第二電感(L2)的另一端即為單相無功補償單元(31) 的兩個接線端，所述第三晶閘管(KG3)的門極和第四晶閘管(KG4)的門極即為無功發生補 償模塊(3)的兩路無功發生控制信號輸入端。
專利摘要電流補償型交流穩壓裝置，它涉及交流穩壓裝置。它為解決現有電網中存在的動態電壓跌落、穩態電壓下降等電壓質量差的問題而提出。交流開關、阻抗網絡和無功發生補償模塊均分別裝設在電網側和負載側之間的三相電力母線上，阻抗網絡模塊的三個阻抗單元分別串接在三相電力母線的A、B和C相母線上；每個單相交流開關與一個阻抗單元並聯連接；無功發生補償模塊並聯在三相電力母線上；控制模塊的六路開關控制信號輸出端連交流開關的六路開關控制信號輸入端；控制模塊的六路無功發生控制信號輸出端連無功發生補償模塊的六路無功發生控制信號輸入端。本實用新型有效地消除了因電網中存在的動態電壓跌落、穩態電壓下降所引起的問題。本實用新型可廣泛適用於對電壓質量要求較高的場合。
文檔編號H02J3/01GK201699427SQ201020264418
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者紀延超, 譚光慧 申請人:哈爾濱威瀚電氣設備股份有限公司