負荷電流質量調節器的製作方法

2023-06-01 12:53:06 4

專利名稱：負荷電流質量調節器的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統電能質量控制領域，特別是提供了一種負荷電流質量調節器。
背景技術：
負荷電流質量問題，即負荷的用電質量問題在電力系統中很普遍。如諧波問題，主要由非線性負載引起，同時大量電力電子裝置的應用導致了電網諧波水平逐年升高；又如造成電壓波動與閃變的擾動源為交直流電弧爐、電弧焊機、工業軋機、絞車、電力牽引機車等用電設備；部分電壓暫降由大容量衝擊性負荷的啟動引起。這些電能質量問題或直接或間接地由負荷運行特性，即負荷電流質量所引發。顯然，改善負荷電流質量是解決電能質量問題行之有效的手段之一。

發明內容
本發明的目的在於提供一種負荷電流質量調節器，它和負荷並聯運行，通過實現有源濾波、無功和負序補償、短時有功支持的作用使得從系統側看負荷電流質量達到理想負荷的條件，即使得負荷(1)吸收穩定、無諧波的正弦電流、(2)三相功率平衡、(3)沒有衝擊湧流或大的啟動電流、(4)功率因數為1，從而實現改善電能質量的目標。
本發明是基於絕緣柵雙極電晶體器件(IGBT)和脈寬調製控制技術的電力電子裝置，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，直流平波電容由兩隻電容器串聯而成以耐受較高電壓等級，三相逆變器6直流母線的兩個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，一路並聯至非線性負載2。
主電路為三相橋式逆變器拓撲，逆變器的直流母線上配置了儲能設備及控制直流電壓的斬波電路。負荷電流質量調節器和負荷並聯運行，通過有源濾波、無功和負序補償、短時有功支持等作用使得從系統側看負荷電流質量達到理想負荷的條件。
採用直流控制斬波器作為負荷調節器的儲能控制環節，當負荷吸收功率突然減少時，短時間內將系統和負荷之間的不平衡功率吸收並儲存在超級電容中；當負荷吸收功率突然增加時，短時間內將釋放功率以補償系統與負荷之間的不平衡功率。
三相逆變器6可工作於高頻整流和逆變狀態，根據控制指令在兩種狀態間轉換；通過充電開關和放電開關對超級電容的儲能進行控制，同時有效控制負荷電流質量調節器的逆變器直流母線電壓。
直流電壓控制斬波器4包括超級電容儲能元件8、保護二極體9、連接電抗器10、充電開關11、放電開關12。超級電容儲能元件8和由兩隻串聯二極體構成的保護二極體9的下部二極體並聯，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器10，另一路接保護二極體的上部二極體陽極，這隻二極體的陰極連接到直流母線的正極P。超級電容儲能元件8的下部輸出端子連接到直流母線的負極N。連接電抗器10的輸出端子接至充電開關11和放電開關12的連接點上，充電開關11由IGBT和續流二極體反並聯構成，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12的源極。放電開關12由IGBT和續流二極體構成，源極接充電開關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。當非線性負荷2的功率發生波動，吸收的有功功率小於設定功率時，直流電壓控制斬波器4的充電開關11動作，放電開關12斷開，將電力系統1多餘的有功功率儲存到超級電容儲能元件8中，使電力系統1維持原來的輸送水平；當非線性負荷2吸收的有功功率突然增加，大於預定數值時，為維持電力系統1輸出功率的恆定，直流電壓控制斬波器4的放電開關12動作，充電開關11斷開，將超級電容儲能元件8中儲存的能量釋放給非線性負荷2，補償負荷新增的暫態有功功率。見圖2，負荷電流質量調節器的直流電壓控制斬波器接線圖。
本發明的優點在於所提供的負荷電流質量調節器和非線性負荷並聯運行，通過實現有源濾波、無功和負序補償、短時有功支持的作用使得從系統側看負荷電流質量達到理想負荷的條件，即(1)吸收穩定、無諧波的正弦電流、(2)三相功率平衡、(3)沒有衝擊湧流或大的啟動電流、(4)功率因數為1，從而實現改善電能質量的目標。


圖1為負荷電流質量調節器接入系統的原理接線圖。其中，電力系統1、非線性負荷2，負荷電流質量調節器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1包括等效電源和輸出阻抗。
圖2為負荷電流質量調節器的直流電壓控制斬波器接線圖，包括超級電容儲能元件8、保護二極體9、連接電抗器10、充電開關11、放電開關12。
具體實施例方式
圖1～圖3為本發明的一種具體實施方式
。本發明是基於絕緣柵雙極電晶體器件和脈寬調製控制技術的電力電子裝置，它並聯接入電力系統，見圖1，電力系統1包括等效電源和輸出阻抗，對於非線性負荷2的諧波抑制和無功補償而言，負荷電流質量調節器3與電力系統1交換的有功功率不通過儲能環節，逆變器直流母線電壓的控制通過給定逆變器的觸發指令由負荷電流質量調節器3吸收少量有功補償裝置的系統損耗及諧波抑制所需的有功功率。當非線性負荷2具有動態波動性質時，負荷電流質量調節器3將通過儲能環節補償負荷波動的動態部分，使電力系統1隻需對負荷提供穩定的有功功率、且功率因數為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，直流平波電容由兩隻電容器串聯而成以耐受較高電壓等級，三相逆變器6直流母線的兩個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，一路並聯至非線性負載2。
直流電壓控制斬波器4包括超級電容儲能元件8、保護二極體9、連接電抗器10、充電開關11、放電開關12。超級電容儲能元件8和由兩隻串聯二極體構成的保護二極體9的下部二極體並聯，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器10，另一路接保護二極體的上部二極體陽極，這隻二極體的陰極連接到直流母線的正極P。超級電容儲能元件8的下部輸出端子連接到直流母線的負極N。連接電抗器10的輸出端子接至充電開關11和放電開關12的連接點上，充電開關11由IGBT和續流二極體反並聯構成，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12的源極。放電開關12由IGBT和續流二極體構成，源極接充電開關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。
權利要求
1.一種負荷電流質量調節器，其特徵在於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，直流平波電容由兩隻電容器串聯而成以耐受較高電壓等級，三相逆變器(6)直流母線的兩個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，一路並聯至非線性負載(2)；主電路為三相橋式逆變器拓撲，逆變器的直流母線上配置了儲能設備及控制直流電壓的斬波電路；負荷電流質量調節器和非線性負荷並聯運行，通過有源濾波、無功和負序補償、短時有功支持的作用使得從電力系統側看，負荷電流質量達到理想負荷的條件；通過充電開關和放電開關對超級電容的儲能進行控制，同時有效控制負荷品質調節器的逆變器直流母線電壓；採用直流控制斬波器作為負荷調節器的儲能控制環節，當負荷吸收功率突然減少時，短時間內將系統和負荷之間的不平衡功率吸收並儲存在超級電容中；當負荷吸收功率突然增加時，短時間內將釋放功率以補償系統與負荷之間的不平衡功率；三相逆變器(6)工作於高頻整流和逆變狀態，根據控制指令在兩種狀態間轉換；通過充電開關和放電開關對超級電容的儲能進行控制，同時有效控制負荷電流質量調節器的逆變器直流母線電壓。
2.按照權利要求1所述的負荷電流質量調節器，其特徵在於直流電壓控制斬波器(4)包括超級電容儲能元件(8)、保護二極體(9)、連接電抗器(10)、充電開關(11)、放電開關(12)；超級電容儲能元件(8)和由兩隻串聯二極體構成的保護二極體(9)的下部二極體並聯，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器(10)，另一路接保護二極體的上部二極體陽極，這隻二極體的陰極連接到直流母線的正極P；超級電容儲能元件(8)的下部輸出端子連接到直流母線的負極N；連接電抗器(10)的輸出端子接至充電開關(11)和放電開關(12)的連接點上，充電開關(11)由IGBT和續流二極體反並聯構成，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(12)的源極；放電開關(12)由IGBT和續流二極體構成，源極接充電開關(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
本發明提供了一種負荷電流質量調節器，屬於電力系統電能質量控制技術領域。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)包括超級電容儲能元件(8)、保護二極體(9)、連接電抗器(10)、充電開關(11)、放電開關(12)；主電路為三相橋式逆變器拓撲，逆變器的直流母線上配置了儲能設備及控制直流電壓的斬波電路。優點在於它和非線性負荷並聯運行，通過有源濾波、無功和負序補償、短時有功支持的作用使得從系統側看負荷電流質量達到理想負荷的條件。吸收穩定、無諧波的正弦電流；三相功率平衡；沒有衝擊湧流或大的啟動電流；功率因數為1。
文檔編號H02M1/14GK1845430SQ20061001164
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月12日 優先權日2006年4月12日
發明者尹忠東 申請人:華北電力大學