一種大容量統一電力擾動發生裝置製造方法
2023-06-05 12:21:41
一種大容量統一電力擾動發生裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種擾動發生裝置，具體涉及一種大容量統一電力擾動發生裝置。該裝置採用三相結構，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側接入交流電網，所述功率變換模塊的逆變側與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網側。本發明不僅解決了電力電子裝置電壓等級和容量的限制，而且使得電壓擾動發生裝置與電流擾動發生裝置統一為同一個裝置。
【專利說明】一種大容量統一電力擾動發生裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種擾動發生裝置，具體涉及一種大容量統一電力擾動發生裝置。
【背景技術】
[0002]工業上需要模擬電網電壓和電流的各種故障，以測試電網串補和並補設備的性能，以及其他工業設備對電網故障的抗擾性。
[0003]電壓擾動裝置的基本原理是將電力電子設備作為電壓源，串聯在電網與負載之間，模擬電網電壓波動、閃變、不對稱、暫升、暫降等電網故障，用於測試串聯補償設備的性能、工業級產品對電壓的抗擾能力等；電流擾動裝置是將電力電子變換裝置等效為電流發生源，模擬電網的諧波電流、無功電力、衝擊電流、不平衡電流等電網電流故障，用於測試並聯補償設備的性能、工業級產品對電網電流的抗擾能力等。
[0004]典型的電壓擾動裝置如圖1所示，裝置一般包括整流側、直流側和逆變側。整流側並聯在電網上，用於吸收電網的有功電流，以支撐直流側的電壓，為逆變側提供所需的有功能量；逆變側直接串聯或通過變壓器串聯在電網上，向電網注入給定的電壓，以模擬電網各種電壓工況；直流側連接電流擾動裝置的兩個電力電子變換部分，起到能量交換通道的作用。
[0005]典型的電流擾動裝置如圖2所示，裝置同樣包括整流側、直流側和逆變側。整流側與直流側功能與電壓擾動裝置相同；逆變側直接並聯或通過變壓器並聯在電網上，向電網注入給定的電流，以模擬電網各種電流工況。
[0006]可見典型的電壓擾動發生裝置和電流擾動發生裝置在結構上區別主要在於逆變側接入電網的方式:電壓擾動裝置是串聯入電網，電流擾動裝置是並聯入電網。
[0007]電壓和電流擾動發生裝置一般用於10kV、35kV及以上的電壓等級電網中；製造電網中的電壓電流故障所需要的擾動裝置容量一般為MW級及更高級別的。因此，此裝置多為聞壓大容量設備。
【發明內容】
[0008]針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種大容量統一電力擾動發生裝置，將大容量電力電子功率變換模塊與電力電子拓撲變換功能模塊相結合，實現裝置電壓擾動發生功能與電流擾動發生功能的統一。
[0009]本發明的目的是採用下述技術方案實現的:
[0010]本發明提供一種大容量統一電力擾動發生裝置，其改進之處在於，所述裝置採用三相結構，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側接入交流電網，所述功率變換模塊的逆變側與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網側，所述電力電子拓撲變換模塊採用狀態互鎖的控制保護方式，用於防止晶閘管單元TGl和TG3同時導通以及晶閘管單元TG2和TG3同時導通兩種狀態的發生，避免電網通過晶閘管單元TG3短路的故障發生。[0011]進一步地，所述功率變換模塊包括整流側和逆變側，所述整流側採用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結構，所述多繞組單相變壓器原邊通過並聯電抗器接入交流側電網，所述多繞組單相變壓器副邊的每個繞組依次與整流側單相H橋變換器的交流側連接；所述逆變側採用H橋級聯結構，H橋級聯結構單相H橋變換器與整流側的單相H橋變換器形成「背靠背」結構，逆變側的每個單相H橋變換器通過LC濾波電路以及晶閘管單元接入電力電子拓撲變換模塊。
[0012]進一步地，所述H橋級聯結構由串聯的單相H橋變換器組成，所述單相H橋變換器由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反並聯的二極體組成。
[0013]進一步地，所述整流側的單相H橋變換器與逆變側的單相H橋變換器之間並聯有電容器。
[0014]進一步地，所述裝置三相結構的三個多繞組單相變壓器的原邊與電網的連接方式為星型連接。
[0015]進一步地，所述LC濾波電路由串聯的電容器和電抗器組成；所述晶閘管單元由反並聯的兩個晶閘管組成。
[0016]進一步地，所述電力電子拓撲變換模塊改變功率變換模塊的逆變側接入電網的方式，所述電力電子拓撲變換模塊包括三組三相晶閘管單元，其中一組三相晶閘管單元的兩端分別連接交流電網側和負載側，且逆變側的H橋級聯變換器的輸入側接入交流側電網；另外一組三相晶閘管單元的兩端分別連接負載側和逆變側的H橋級聯變換器的輸出側；第三組三相晶閘管單元與逆變側的H橋級聯變換器的輸出側連接；
[0017]所述晶閘管單元由反並聯的兩個晶閘管組成。
[0018]進一步地，所述三組三相晶閘管單元分別為晶閘管單元TGl、TG2和TG3 ；
[0019]當裝置處於電壓擾動發生工況下時，晶閘管單元TGl關斷，TG2導通且TG3關斷，功率變換模塊的逆變側串聯於直流電網中，運行於電壓源狀態，注入電網擾動電壓；
[0020]當裝置處於電流擾動發生工況下時，晶閘管單元TGl導通，TG2關斷且TG3導通，裝置的逆變側並聯於電網中，運行於電流源狀態，注入電網擾動電流。
[0021]與現有技術比，本發明達到的有益效果是:
[0022]本發明提供的新型高壓大容量統一電力擾動發生裝置，通過所提出的高壓大容量電力電子拓撲結構，實現了電力擾動裝置電壓和容量擴展的模塊化、無串聯變壓器的結構設計避免了傳統擾動裝置串聯變壓器的電壓損失和功率損耗；通過電力電子拓撲變換功能，將電壓擾動裝置和電流擾動裝置功能相綜合，實現了同套裝置功能的擴展，極大的節約了工業成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是典型的電壓擾動裝置結構示意圖；
[0024]圖2是典型的電流擾動裝置結構示意圖；
[0025]圖3是本發明提供的高壓大容量統一電力擾動發生裝置的結構示意圖；
[0026]圖4是本發明提供的電力電子拓撲變換功能模塊的結構示意圖。【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0028]本發明提供的高壓大容量統一電力擾動發生裝置的結構示意圖如圖3所示，該裝置採用三相結構，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側接入交流電網，所述功率變換模塊的逆變側與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網側。。
[0029]功率變換模塊包括整流側和逆變側，所述整流側採用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結構，所述多繞組單相變壓器原邊通過並聯電抗器接入交流側電網，所述多繞組單相變壓器副邊的每個繞組依次與整流側單相H橋變換器的交流側連接；所述逆變側採用H橋級聯結構，H橋級聯結構單相H橋變換器與整流側的單相H橋變換器形成「背靠背」結構，逆變側的H橋級聯變換器通過LC濾波電路以及晶閘管單元接入電力電子拓撲變換模塊。
[0030]H橋級聯結構由串聯的單相H橋變換器組成，所述單相H橋變換器由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反並聯的二極體組成。
[0031]整流側的單相H橋變換器與逆變側的單相H橋變換器之間並聯有電容器。裝置三相結構的三個多繞組單相變壓器的原邊為星型連接。LC濾波電路由串聯的電容器和電抗器組成；所述晶閘管單元由反並聯的兩個晶閘管組成。
[0032]對於裝置整流側，等效於每個H橋獨立運行於整流工況，單獨支持直流側電壓，不會相互影響，有利於直流側電壓的一致性；對於串聯側，級聯的H橋結構利於電壓等級和容量的提高，並且由於不用考慮直流側均勻問題，逆變側的控制和調製更加容易實現。由於並聯側降壓變壓器的隔離作用，使得直流側電位完全隔離，這就保證了逆變側非隔離方式直接接入電網的可行性。整個裝置在設計時，可通過選擇不同數量的背靠背H橋，實現模塊化結構，以適應於不同的電壓等級和容量等級。
[0033]電力電子拓撲變換功能模塊的作用是改變逆變側接入電網的方式，本發明提供的電力電子拓撲變換功能模塊的結構示意圖如圖4所示,包括三組三相晶閘管單元TG1、TG2、TG3。三相晶閘管單元TGl的兩端分別連接交流電網側和負載側，且逆變側的H橋級聯變換器的輸入側接入交流側電網；三相晶閘管單元TG2的兩端分別連接負載側和逆變側的每個單相H橋級聯變換器的輸出側；三相晶閘管單元TG3與逆變側的每個H橋級聯變換器的輸出側連接；
[0034]晶閘管單元TG1、TG2和TG3均由反並聯的兩個晶閘管組成。
[0035]當要求裝置處於電壓擾動發生工況下時，控制TGl關斷，TG2導通，TG3關斷，裝置的逆變側便串聯於電網中，可運行於電壓源狀態，以注入電網擾動電壓；
[0036]當要求裝置處於電壓擾動發生工況下時，控制TGl導通，TG2關斷，TG3導通，裝置的逆變側便並聯於電網中，可運行於電流源狀態，以注入電網擾動電流。電力電子拓撲變換模塊採用狀態互鎖(晶閘管單元TGl導通的時候晶閘管單元TG3不能導通，晶閘管單元TG2導通的時候晶閘管單元TG3不能導通)的控制保護方式，防止TGl和TG3同時導通以及TG2和TG3同時導通這兩種狀態的發生，以避免電網通過TG3短路的故障發生。
[0037]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種大容量統一電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述裝置採用三相結構，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側接入交流電網，所述功率變換模塊的逆變側與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網側，所述電力電子拓撲變換模塊採用狀態互鎖的控制保護方式，用於防止晶閘管單元TGl和TG3同時導通以及晶閘管單元TG2和TG3同時導通兩種狀態的發生，避免電網通過晶閘管單元TG3短路的故障發生。
2.如權利要求1所述的電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述功率變換模塊包括整流側和逆變側，所述整流側採用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結構，所述多繞組單相變壓器原邊通過並聯電抗器接入交流側電網，所述多繞組單相變壓器副邊的每個繞組依次與整流側單相H橋變換器的交流側連接；所述逆變側採用H橋級聯結構，H橋級聯結構單相H橋變換器與整流側的單相H橋變換器形成「背靠背」結構，逆變側的每個單相H橋變換器通過LC濾波電路以及晶閘管單元接入電力電子拓撲變換模塊。
3.如權利要求2所述的電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述H橋級聯結構由串聯的單相H橋變換器組成，所述單相H橋變換器由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反並聯的二極體組成。
4.如權利要求3所述的電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述整流側的單相H橋變換器與逆變側的單相H橋變換器之間並聯有電容器。
5.如權利要求2所述的電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述裝置三相結構的三個多繞組單相變壓器的原邊與電網的連接方式為星型連接。
6.如權利要求2所述的統一電能質量控制器，其特徵在於，所述LC濾波電路由串聯的電容器和電抗器組成；所述晶閘管單元由反並聯的兩個晶閘管組成。
7.如權利要求1所述的電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述電力電子拓撲變換模塊改變功率變換模塊的逆變側接入電網的方式，所述電力電子拓撲變換模塊包括三組三相晶閘管單元，其中一組三相晶閘管單元的兩端分別連接交流電網側和負載側，且逆變側的H橋級聯變換器的輸入側接入交流側電網；另外一組三相晶閘管單元的兩端分別連接負載側和逆變側的橋級聯變換器的輸出側；第三組三相晶閘管單元與逆變側的H橋級聯變換器的輸出側連接； 所述晶閘管單元由反並聯的兩個晶閘管組成。
8.如權利要求1所述的電力擾動發生裝置，其特徵在於，所述三組三相晶閘管單元分別為晶閘管單元TG1、TG2和TG3 ； 當裝置處於電壓擾動發生工況下時，晶閘管單元TGl關斷，TG2導通且TG3關斷，功率變換模塊的逆變側串聯於直流電網中，運行於電壓源狀態，注入電網擾動電壓； 當裝置處於電流擾動發生工況下時，晶閘管單元TGl導通，TG2關斷且TG3導通，裝置的逆變側並聯於電網中，運行於電流源狀態，注入電網擾動電流。
【文檔編號】H02J3/00GK103647278SQ201310699883
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】張一博, 王藝璇, 訾振寧 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院, 中電普瑞科技有限公司