專利名稱：串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能質(zhì)量分析與控制領(lǐng)域，特別是提供了一種串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
大容量多擾動(dòng)類型的電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置是研究、評(píng)估、控制電能質(zhì)量問(wèn)題的基本設(shè)備，其開(kāi)發(fā)研制受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛重視?；诖?lián)補(bǔ)償模式實(shí)現(xiàn)大容量、多擾動(dòng)類型的電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價(jià)格昂貴、或容量較小的缺點(diǎn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。裝置可在串聯(lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過(guò)電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、波形畸變等電壓質(zhì)量擾動(dòng)類型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置，可以產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過(guò)電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、波形畸變等多種電壓質(zhì)量擾動(dòng)類型。
本發(fā)明提出的串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置(以下簡(jiǎn)稱為擾動(dòng)裝置)，包括并聯(lián)換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3、單相全橋PWM變流器組4、串聯(lián)注入變壓器組5。如附圖1所示?？稍诖?lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過(guò)電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、波形畸變等電壓質(zhì)量擾動(dòng)類型。
并聯(lián)換流變壓器1為三相雙繞組變壓器，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11，變壓器原邊三相引線并聯(lián)連接到三相供電線路上，副邊三相引線連接到三相全橋PWM變流器2的三個(gè)橋臂終端。每個(gè)橋臂由上下兩個(gè)IGBT及其反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成。三個(gè)橋臂上下端點(diǎn)分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負(fù)極。當(dāng)三相全橋PWM變流器2工作于高頻整流狀態(tài)下時(shí)，能量從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)的負(fù)載；而它工作于再生狀態(tài)下，相當(dāng)于三相PWM電壓型逆變器，將直流側(cè)的能量回饋到交流側(cè)電網(wǎng)。正負(fù)兩條直流母線連接到直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3。超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，由180～200只超級(jí)電容單體串聯(lián)而成，連接到超級(jí)電容的兩只二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的保護(hù)。一只二極管陽(yáng)極、陰極分別接至超級(jí)電容負(fù)極、正極；另一只二極管的陽(yáng)極、陰極分別接至超級(jí)電容的正極、三相全橋PWM變流器2輸出的正極直流母線。直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3采用的開(kāi)關(guān)器件為兩只IGBT，高位IGBT實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯(lián)。連接到超級(jí)電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側(cè)引線連接到直流斬波橋臂的終端。三相全橋PWM變流器2輸出的直流母線間并聯(lián)了直流斬波和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3后，連接到三臺(tái)單相全橋PWM變流器4的直流側(cè)，構(gòu)成共用直流母線。為了支撐電壓及減小紋波，每臺(tái)單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器。每個(gè)單相全橋PWM變流器分別由兩個(gè)橋臂、四只IGBT構(gòu)成，每只IGBT均反向并聯(lián)了續(xù)流二極管。單相全橋PWM變流器的兩個(gè)橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯(lián)濾波電感相連，然后接入串聯(lián)注入變壓器組5。串聯(lián)注入變壓器組由三臺(tái)單相注入變壓器構(gòu)成，每臺(tái)變壓器均為單相雙繞組結(jié)構(gòu)。
擾動(dòng)裝置的工作原理簡(jiǎn)述如下。
(1)產(chǎn)生過(guò)電壓、欠電壓擾動(dòng)裝置產(chǎn)生過(guò)電壓和欠電壓擾動(dòng)的機(jī)理是三個(gè)單相逆變器在控制器控制下分別向系統(tǒng)注入串聯(lián)電壓，當(dāng)注入電壓的相位和系統(tǒng)同相時(shí)，負(fù)荷側(cè)產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象；當(dāng)注入電壓的相位和系統(tǒng)反相時(shí)，負(fù)荷側(cè)產(chǎn)生欠電壓現(xiàn)象，過(guò)電壓、欠電壓的比率和持續(xù)時(shí)間可以靈活設(shè)置。擾動(dòng)裝置注入電壓按照系統(tǒng)相電壓設(shè)計(jì)，因此過(guò)電壓倍數(shù)可以達(dá)到2倍，而欠電壓可低至0V，可模擬供電中斷或短時(shí)供電中斷擾動(dòng)。
(2)電壓暫降電壓暫降表現(xiàn)為電壓有效值一段時(shí)間內(nèi)的跌落，通常由電力系統(tǒng)鄰域內(nèi)的故障、大型負(fù)荷的啟動(dòng)等造成，是電能質(zhì)量諸問(wèn)題中危害最嚴(yán)重，也較難治理的一種。擾動(dòng)裝置通過(guò)注入與系統(tǒng)電壓反向的電壓信號(hào)能夠產(chǎn)生可在較大范圍內(nèi)自由設(shè)定暫降深度和持續(xù)時(shí)間的擾動(dòng)。
(3)三相不平衡若供用電系統(tǒng)三相不平衡度太大，會(huì)造成設(shè)備利用率下降、異常發(fā)熱、負(fù)序分量增加等一系列危害。擾動(dòng)裝置采用三相分相控制模式，通過(guò)控制調(diào)制波為不同幅值產(chǎn)生不平衡的電壓，實(shí)現(xiàn)三相不平衡擾動(dòng)。
(4)波形畸變擾動(dòng)裝置通過(guò)產(chǎn)生幅值占系統(tǒng)相電壓一定比例的諧波疊加到系統(tǒng)電壓上，實(shí)現(xiàn)波形畸變的擾動(dòng)。
(5)電壓波動(dòng)與閃變電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)，則在驅(qū)動(dòng)白熾燈等照明設(shè)備時(shí)，表現(xiàn)為燈光的閃爍。擾動(dòng)裝置產(chǎn)生閃變擾動(dòng)是控制每相逆變器產(chǎn)生一低頻交流信號(hào)對(duì)電源的工頻電壓進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電壓幅度波動(dòng)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于基于串聯(lián)補(bǔ)償模式實(shí)現(xiàn)大容量、多擾動(dòng)類型的電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價(jià)格昂貴、或容量較小的缺點(diǎn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。擾動(dòng)裝置可在串聯(lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過(guò)電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、波形畸變等多種電壓質(zhì)量擾動(dòng)類型。


圖1為本發(fā)明的串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置電路結(jié)構(gòu)圖。其中，并聯(lián)換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3、單相全橋PWM變流器組4、串聯(lián)注入變壓器組5。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置(以下簡(jiǎn)稱為擾動(dòng)裝置)，由并聯(lián)換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3、單相全橋PWM變流器組4、串聯(lián)注入變壓器組5組成，如附圖1所示。
并聯(lián)換流變壓器1為三相雙繞組變壓器，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11，變壓器原邊三相引線并聯(lián)連接到三相供電線路上，副邊三相引線連接到三相全橋PWM變流器2的三個(gè)橋臂終端。每個(gè)橋臂由上下兩個(gè)IGBT及其反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成。三個(gè)橋臂上下端點(diǎn)分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負(fù)極。當(dāng)三相全橋PWM變流器2工作于高頻整流狀態(tài)下時(shí)，能量從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)的負(fù)載；而它工作于再生狀態(tài)下，相當(dāng)于三相PWM電壓型逆變器，將直流側(cè)的能量回饋到交流側(cè)電網(wǎng)。正負(fù)兩條直流母線連接到直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3。超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，由200只超級(jí)電容單體串聯(lián)而成，連接到超級(jí)電容的兩只二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的保護(hù)。一只二極管陽(yáng)極、陰極分別接至超級(jí)電容負(fù)極、正極；另一只二極管的陽(yáng)極、陰極分別接至超級(jí)電容的正極、三相全橋PWM變流器2輸出的正極直流母線。直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3采用的開(kāi)關(guān)器件為兩只IGBT，高位IGBT實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯(lián)。連接到超級(jí)電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側(cè)引線連接到直流斬波橋臂的終端。三相全橋PWM變流器2輸出的直流母線間并聯(lián)了直流斬波和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)3后，連接到三臺(tái)單相全橋PWM變流器4的直流側(cè)，構(gòu)成共用直流母線。為了支撐電壓及減小紋波，每臺(tái)單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器。每個(gè)單相全橋PWM變流器分別由兩個(gè)橋臂、四只IGBT構(gòu)成，每只IGBT均反向并聯(lián)了續(xù)流二極管。單相全橋PWM變流器的兩個(gè)橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯(lián)濾波電感相連，然后接入串聯(lián)注入變壓器組5。串聯(lián)注入變壓器組由三臺(tái)單相注入變壓器構(gòu)成，每臺(tái)變壓器均為單相雙繞組結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置，其特征在于由包括并聯(lián)換流變壓器(1)、三相全橋PWM變流器(2)、直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)(3)、單相全橋PWM變流器組(4)、串聯(lián)注入變壓器組(5)；a、并聯(lián)換流變壓器(1)為三相雙繞組換流變壓器，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器與電網(wǎng)的隔離及能量的雙向輸送，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11；b、三相全橋PWM變流器(2)具有三個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由上下兩個(gè)IGBT及其反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成，三個(gè)橋臂上下端點(diǎn)分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負(fù)極，當(dāng)三相全橋PWM變流器工作于高頻整流狀態(tài)下時(shí)，能量從電網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)的負(fù)載；而它工作于再生狀態(tài)下，相當(dāng)于三相PWM電壓型逆變器，將直流側(cè)的能量回饋到交流側(cè)電網(wǎng)；c、直流斬波和超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)(3)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)，由180～220只超級(jí)電容單體串聯(lián)而成，連接到超級(jí)電容的兩只二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容的保護(hù)；一只二極管陽(yáng)極、陰極分別接至超級(jí)電容系統(tǒng)的負(fù)極、正極；另一只二極管的陽(yáng)極、陰極分別接至超級(jí)電容的正極和三相全橋PWM變流器輸出的正極直流母線；直流斬波的開(kāi)關(guān)器件為兩只IGBT，高位IGBT實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯(lián)；連接到超級(jí)電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側(cè)引線連接到直流斬波橋臂的終端；d、單相全橋PWM變流器組(4)包括三臺(tái)單相全橋PWM變流器、對(duì)應(yīng)的直流電容和濾波電路，三臺(tái)單相全橋PWM變流器的直流側(cè)共用了直流母線，為了支撐電壓及減小紋波，每臺(tái)單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器，單相全橋PWM變流器分別由兩個(gè)橋臂、四只IGBT構(gòu)成，每只IGBT反向并聯(lián)了續(xù)流二極管，單相全橋PWM變流器的兩個(gè)橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯(lián)濾波電感相連；e、單相串聯(lián)注入變壓器組(5)由三臺(tái)單相注入變壓器構(gòu)成，每臺(tái)變壓器均為單相雙繞組結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種串聯(lián)型電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置，屬于電能質(zhì)量分析與控制領(lǐng)域。包括并聯(lián)換流變壓器(1)、三相全橋PWM變流器(2)、直流斬波器及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)(3)、單相全橋PWM變流器組(4)、串聯(lián)注入變壓器組(5)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于基于串聯(lián)補(bǔ)償模式實(shí)現(xiàn)大容量、多擾動(dòng)類型的電壓質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價(jià)格昂貴、或容量較小的缺點(diǎn)，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。擾動(dòng)裝置可在串聯(lián)調(diào)制模式下產(chǎn)生電壓暫降、暫升、過(guò)電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動(dòng)與閃變、波形畸變等多種電壓質(zhì)量擾動(dòng)類型。
文檔編號(hào)H02J3/00GK1858955SQ200610012018
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者尹忠東 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)