一種用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器的製作方法
2023-12-11 16:00:27
專利名稱：一種用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，屬於電力電子技術領域。是研究應用電力半導體開關器件實現電能的變換及控制的一門技術，又稱為功率電子技術。
背景技術：
應用現代電力電子技術可以實現電能質量的控制、為用戶提供特定的電能供應， 目前主要使用的裝置有配電系統靜止補償器、有源電力濾波、動態電壓恢復器(DVR)等。動態電壓恢復器(DVR)是帶有儲能裝置的串聯補償裝置，除無功功率外，有補償有功功率的能力。系統電壓受到幹擾時，常常造成負荷側電壓短時跌落或突升(持續時間通常為幾個周波至幾十個周波)。這是導致敏感類負荷停電，計算機設備、精密設備及儀器故障的主要原因。動態電壓恢復器(DVR)在1 2個毫秒之內產生補償電壓，抵消系統電壓所受的幹擾，使負荷側電壓感受不到擾動，保證了敏感類負荷、計算機設備、精密設備及儀器的安全可靠運行。動態電壓恢復器(DVR)調節響應速度快，可以保證負荷側電壓波形為標準正弦， 消除電壓諧波、電壓波動和閃變對負載的影響。因三相四線制配電網在發生電壓不對稱故障時，為保證負荷側電壓波形不受影響，零序分量需要補償，以往採用三個獨立的動態電壓恢復器(DVR)進行補償，存在投資以及運行損耗較大的問題。
發明內容本實用新型的目的是提出一種用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，將三個獨立的動態電壓恢復器(DVR)的直流儲能單元合併成一個直流儲能單元，減少了儲能單元的數量，且減少了給直流儲能單元進行充電的充電裝置，因而減少了投資；同時本實用新型採用晶閘管來使動態電壓恢復器(DVR)在電網電壓正常時處於旁路狀態，使電網通過晶閘管給負載供電，用較低的晶閘管通態損耗替代逆變器較高的開關損耗，減少了運行成本。本實用新型的技術方案本實用新型的用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器包括接入電網端化和恢復器輸出端Uc，串聯在接入電網端化與恢復器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進行充電的充電單元，其耦合單元包括用於隔離的三個單相變壓器ΤΑ、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網的A相、B相、C相，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側的的濾波單元相連，三個雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C分別並聯在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關。在接入電網端化與耦合單元之間串聯第一交流接觸器KMl的觸點，在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊與恢復器輸出端Uc之間串聯第二交流接觸器KM2的觸點，在接入電網端Us和恢復器輸出端Uc之間並聯第三個接觸器KM3觸點。所述的三個單相變壓器ΤΑ、TB、TC的原邊分別通過各自的濾波單元連接到三個單相橋式逆變器的輸出端，三個單相橋式逆變器的輸入端並聯後與超級儲能電容器Cl並連， 超級儲能電容器Cl通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網端Us0所述的超級儲能電容器Cl與高頻濾波電容C2並聯，超級儲能電容器Cl的容量為 7 9法拉。本實用新型的有益效果1、在電網供電電壓發生暫態故障時，本實用新型能迅速對電網注入補償電壓，且無論是單相電壓故障、三相對稱電壓故障或三相不對稱電壓故障，均能起到補償作用；2、僅採用一個超級儲能電容器組進行儲能，體積小、儲能密度高，裝置整體耗費低；3、在電網供電電壓正常時，本實用新型工作在晶閘管導通狀態，晶閘管的通態損耗比逆變器的開關損耗低，從而減小了裝置的運行損耗；4、串聯耦合單元採用了隔離變壓器，可以推廣應用於中高壓系統。
圖1是本實用新型的總體電路邏輯框圖；圖2是本實用新型的用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器的電路原理圖。
具體實施方式
圖1是本實用新型的總體電路邏輯框圖，圖2是本實用新型用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器的電路原理圖本實用新型包括接入電網端Us和恢復器輸出端Uc，串聯在接入電網端Us與恢復器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進行充電的充電單元，其耦合單元包括用於隔離的三個單相變壓器TA、TB、 TC的副邊分別串入三相供電電網的A相、B相、C相，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側的的濾波單元相連，三個雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C分別並聯在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關。在接入電網端化與耦合單元之間串聯第一交流接觸器KMl的觸點，在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊與恢復器輸出端Uc之間串聯第二交流接觸器KM2的觸點，在接入電網端Us和恢復器輸出端Uc之間並聯第三個接觸器KM3觸點。所述的三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊分別通過各自的濾波單元連接到三個單相橋式逆變器的輸出端，三個單相橋式逆變器的輸入端並聯後與超級儲能電容器Cl並連， 超級儲能電容器Cl通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網端Us。所述的超級儲能電容器Cl與高頻濾波電容C2並聯，超級儲能電容器Cl的容量為7 9法拉。接觸器KM1、KM2和KM3用來進行投切的控制，且KM3用於負載過流時的機械旁路開關，雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C作為電子開關，在供電電網電壓正常時處於導通狀態，為負載供電，減小DVR裝置的損耗；隔離變壓器TA、TB和TC用於在電網電壓發生故障時補償電壓的注入。所述的濾波單元包含的元件有三個電感Li、L2和L3以及三個電容Cl、C2和C3 連接成三個單相LC濾波器，三個LC濾波器的輸出端分別與隔離變壓器TA、TB和TC的原邊埠相連，用於濾除橋式逆變器輸出補償電壓上產生的開關頻率的紋波。所述的橋式逆變器包含由GAl GA4組成的A相逆變器；由GBl GB4組成的 B相逆變器；由GCl GC4組成的C相逆變器。三個單相全橋逆變器的直流輸入端並聯到超級儲能電容器Cl的兩端；橋式逆變器用於輸出電網電壓故障時的補償電壓。所述的直流儲能單元包含超級儲能電容器Cl和高頻濾波電容C2。超級儲能電容器Cl的兩端與高頻濾波電容C2的兩端並聯後連接到所述的橋式逆變器的直流輸入端；直流儲能單元用於提供補償電網電壓的能量。所述的充電單元包括1臺三相隔離升壓變壓器T、6個電力二極體Dl D6組成的三相全橋整流電路和一個充電電阻R。三相隔離升壓變壓器T的輸入端接電網，三相全橋整流電路的輸入端接三相隔離升壓變壓器T的輸出端，三相全橋整流電路的輸出端的正極串聯電阻R後與所述的超級儲能電容器Cl的正埠相連，其負極直接與超級儲能電容器Cl 的負埠相連；充電單元用於給直流儲能單元進行充電。以下詳細介紹本實用新型的工作原理如圖2 系統初始化時，串聯耦合單元的所有開關器件均處於斷開狀態，首先僅閉合ΚΜ3使本實用新型工作在接觸器旁路狀態，然後閉合ΚΜ1、ΚΜ2並且導通晶閘管SCR_A、 SCR_B和SCR_C ；之後斷開KM3，使本實用新型工作在晶閘管導通供電狀態。當檢測到供電電網電壓出現暫態故障時，採取快速關斷晶閘管的措施關斷晶閘管。然後，三相的橋式逆變器開始將超級儲能電容器Cl儲存的能量逆變輸出補償電壓，通過隔離變壓器TA、TB和TC注入到電網，使負載側的電壓保持不變。本實用新型採用了超級電容器進行儲能，相比傳統的蓄電池儲能，體積小，儲能密度高，且能夠進行較長時間的大電流充、放電，使本實用新型既可補償電網電壓的跌落，也可補償電網電壓的突升。對超級電容器進行充電的充電裝置，僅採用三相不控整流串接限流電阻即可，結構簡單。本實用新型在電網電壓正常時採用晶閘管對負載供電，與傳統的採用逆變器補償零電壓或者直接導通全橋逆變器的所有上(下)管相比，通態損耗小。當檢測到供電電網電壓出現暫態故障時，通過橋式逆變器輸出合適的電壓使流過晶閘管的電流在Ims左右時間內降至維持電流以下，使晶閘管在極短時間內可靠關斷。本實用新型中串聯耦合單元採用三個單相的隔離變壓器，要求其漏阻抗較小，一方面是為了保證全橋逆變器的輸出電壓與注入電網的電壓相位偏差較小，另一方面是為了在強制關斷晶閘管時能夠在較短時間內將晶閘管的電流降到維持電流以下。本實用新型中逆變器單元採用三個獨立控制的單相全橋拓撲，串聯耦合單元採用了隔離變壓器，使本實用新型既可應用於三相四線制配電網的補償，也可推廣運用於中高壓輸電系統中。本實用新型減少了直流儲能單元的數量以及對直流儲能單元進行充電的充電裝置，降低了成本耗費；在供電電網電壓正常時，本實用新型工作在晶閘管供電狀態，損耗比以往的工作方式低，且在供電電網電壓發生暫態故障時，能夠快速關斷晶閘管並注入補償電壓，保證負載電壓保持不變。
權利要求1.一種用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，包括接入電網端化和恢復器輸出端Uc,串聯在接入電網端Us與恢復器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進行充電的充電單元，其特徵在於耦合單元包括用於隔離的三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網的A相、B 相、C相，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側的的濾波單元相連，三個雙向晶閘管 SCR_A、SCR_B和SCR_C分別並聯在三個單相變壓器ΤΑ、TB、TC的副邊作為電子開關。
2.根據權利要求1所述的用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，其特徵在於在接入電網端化與耦合單元之間串聯第一交流接觸器KMl的觸點，在三個單相變壓器TA、TB、 TC的副邊與恢復器輸出端Uc之間串聯第二交流接觸器KM2的觸點，在接入電網端Us和恢復器輸出端Uc之間並聯第三個接觸器KM3觸點。
3.根據權利要求1或2所述的用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，其特徵在於 三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊分別通過各自的濾波單元連接到三個單相橋式逆變器的輸出端，三個單相橋式逆變器的輸入端並聯後與超級儲能電容器Cl並連，超級儲能電容器 Cl通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網端Us0
4.根據權利要求3所述的用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，其特徵在於所述的超級儲能電容器Cl與高頻濾波電容C2並聯，超級儲能電容器Cl的容量為7 9法拉。
專利摘要本實用新型提供一種用於三相四線制配電網的動態電壓恢復器，包括串聯在接入電網與恢復器輸出端之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進行充電的充電單元，其耦合單元的隔離的三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側的濾波單元相連，三個雙向晶閘管分別並聯在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關。三個接觸器用來對三個雙向晶閘管分進行投切的控制。三個單相橋式逆變器的輸入端並聯後與超級儲能電容器C1並連，超級儲能電容器C1通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網端Us。
文檔編號H02J3/32GK202260481SQ201120308170
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者呂波, 孫威, 官習炳, 崔健, 康勇, 林新春, 段餘平, 艾斌, 蔡惠紅, 邱軍, 高山 申請人:華中科技大學, 武漢鋼鐵(集團)公司