專利名稱：一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可自適應(yīng)調(diào)整直流側(cè)電壓的串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一方面，各種復(fù)雜的、精密的、對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，人們對電能質(zhì)量及可靠性的要求越來越高；另一方面，造成電能質(zhì)量問題的因素不斷增長，上述問題的矛盾愈來愈突出。
電能質(zhì)量問題大多可以歸結(jié)為電壓質(zhì)量問題，特別是公共結(jié)點的電壓質(zhì)量問題。電網(wǎng)電壓存在的各種干擾，如電壓升高、跌落、瞬變、諧波等，將導(dǎo)致一些重要負載或?qū)﹄妷嘿|(zhì)量敏感設(shè)備的正常使用、性能降低、壽命縮短，還會造成一些生產(chǎn)設(shè)備無法正常運行、甚至損壞，嚴重的電壓質(zhì)量問題還有可能造成重大事故。
目前，解決電壓質(zhì)量問題的一個傳統(tǒng)技術(shù)方法是采用交流穩(wěn)壓電源裝置。交流穩(wěn)壓電源在工礦企業(yè)、國防科研、醫(yī)療設(shè)備、家用電器等許多方面得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過多年發(fā)展，交流穩(wěn)壓電源已成為電源技術(shù)的一個重要分支。
但是現(xiàn)有的各種交流穩(wěn)壓電源還存在著明顯的不足。參數(shù)穩(wěn)壓器，它是根據(jù)穩(wěn)壓變壓器原理構(gòu)成的。優(yōu)點穩(wěn)壓范圍寬，具有一定的濾波能力；電路簡單，可靠性高。缺點負載適應(yīng)性差、對頻率變化敏感、體積大。大功率補償型穩(wěn)壓器，它主要由補償變壓器及檢測控制電路等組成，沒有濾波能力。凈化型交流穩(wěn)壓器是利用可控硅移相形成可變電感，與主回路其它電感電容一起對正弦能量的儲存與釋放進行再分配，實現(xiàn)穩(wěn)壓、校正波形和抗干擾的功能。優(yōu)點效率高、動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強，有一定濾波能力。缺點對頻率變化很敏感，負載適應(yīng)能力差。
總結(jié)上述各種交流穩(wěn)壓電源的特點，它們的穩(wěn)壓性能都是非常好的，其性能基本上都是由無源參數(shù)的調(diào)整實現(xiàn)的，因而它們的濾波能力是非常有限的。而且無源參數(shù)對頻率非常敏感，這就導(dǎo)致上述各種交流穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)頻率波動的情況下，穩(wěn)壓性能變差且很容易與電網(wǎng)發(fā)生諧振，不能正常工作。
電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置、設(shè)備等非線性負荷得到廣泛的應(yīng)用，電網(wǎng)中的電壓諧波含量越來越高，對電壓質(zhì)量影響日益嚴重，上述各種交流穩(wěn)壓電源已不能滿足目前各種對電壓質(zhì)量敏感負荷的需求。為此，人們提出了許多利用電力電子技術(shù)實現(xiàn)的電壓質(zhì)量控制裝置。
對于敏感負荷端，解決電壓質(zhì)量問題的一種直接有效措施是在電網(wǎng)和敏感負荷之間加裝串聯(lián)有源電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器，通過向電網(wǎng)注入補償電壓來保證敏感用戶端的電壓質(zhì)量。由于串聯(lián)裝置只需要補償系統(tǒng)電壓的畸變和與額定值相差部分，而大部分能量還是直接由電網(wǎng)提供給負載，所以，通常它們具有更高的效率。目前與此相類似的裝置有串聯(lián)有源電力濾波器、動態(tài)電壓恢復(fù)器及統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器等。串聯(lián)有源電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以針對負荷側(cè)電壓與額定值偏差較大(過壓或欠壓)、電壓波形嚴重畸變、供電頻率出現(xiàn)偏差時用來保證敏感用戶側(cè)的供電電壓質(zhì)量，并且能夠抑制電網(wǎng)振蕩，是一種非常理想的電壓質(zhì)量控制裝置。
但是，現(xiàn)有串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器對直流儲能電容器電壓有的不控制、有的將其控制為恒定值，不能自動跟隨電網(wǎng)電壓與額定輸出電壓之差變化，并通常按最惡劣運行工況——最大缺損電壓設(shè)計直流側(cè)電壓值。而電網(wǎng)處于最惡劣工況的時間概率相對比較小。當(dāng)系統(tǒng)缺損電壓較小時，逆變裝置所需輸出的補償電壓也較小，逆變器的占空比較小，逆變器的損耗高，其工作效率也就很低。甚至當(dāng)系統(tǒng)缺損電壓為零時，逆變裝置也在較高的直流電壓下工作，這是非常不合理的。另一方面，直流側(cè)電壓較高、逆變器占空比較小時，逆變器工作的死區(qū)影響更加嚴重，進而將影響串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的補償性能。
對于低壓配電系統(tǒng)的緩變或穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量問題，直流側(cè)電壓不控制或保持恒定，不能自動跟隨電網(wǎng)電壓與額定輸出電壓之差變化是目前串聯(lián)有源電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器長期運行工作效率還不夠高的主要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法，能夠提高其工作效率和補償性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一個與電源連接的隔離變壓器，隔離變壓器的一端與充電及儲能裝置相連；充電及儲能裝置與逆變裝置的一端相連，逆變裝置的另一端與輸出濾波裝置相連；輸出濾波裝置一端與逆變裝置相連，另一端與電源和負載相連；旁路開關(guān)一端與電源相連，另一端與負載相連；控制系統(tǒng)分別與電源、充電及儲能裝置、逆變裝置、輸出濾波裝置、旁路開關(guān)、負載各個部分相連。充電及儲能裝置由可控硅V1、可控硅V2、可控硅V3、可控硅V4和儲能器C組成，充電及儲能裝置的可控硅V1的陽極與可控硅V2的陰極相連后再與隔離變壓器的一個輸出端h相連；可控硅V3的陽極與可控硅V4的陰極相連后再與隔離變壓器的另一個輸出端g相連；可控硅V1的陰極與可控硅V3的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V2的陽極與可控硅V4的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
所述的充電及儲能裝置可控硅V1的陽極與二極管VD1的陰極相連后再與單相變壓器的輸出端相連；可控硅V2的陽極與二極管VD2的陰極相連后再與單相變壓器的另一個輸出端相連；可控硅V1的陰極與可控硅V2的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；二極管VD1的陽極與二極管VD2的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
所述的充電及儲能裝置可控硅V1的陽極與可控硅V2的陰極相連后再與單相變壓器的一個輸出端相連；二極管VD1的陽極與二極管VD2的陰極相連后再與單相變壓器的另一個輸出端相連；可控硅V1的陰極與二極管VD1的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V2的陽極與二極管VD2的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
所述的充電及儲能裝置可控硅V0的陽極與可控硅V9的陰極相連后再與三相變壓器的一個輸出端相連；可控硅V1的陽極與可控硅V2的陰極相連后再與三相變壓器的一個輸出端相連；可控硅V3的陽極與可控硅V4的陰極相連后再三相變壓器的另一個輸出端相連；可控硅V0的陰極與可控硅V1的陰極和可控硅V3的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V9的陽極與可控硅V2的陽極和可控硅V4的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，當(dāng)電源的電壓高于負載所需額定電壓時，關(guān)閉可控硅V1、可控硅V2、可控硅V3和可控硅V4，此時，儲能電容C上的電壓由逆變裝置根據(jù)移相控制器和電源的電壓VS形成的電壓指令Vref對全控型電力電子器件絕緣柵雙極晶體管V5、V6、V7、V8的導(dǎo)通和關(guān)斷進行脈沖寬度調(diào)制控制；當(dāng)電源的電壓低于負載所需額定電壓時，通過充電回路控制器對充電及儲能裝置的可控硅V1、V2、V3和V4觸發(fā)導(dǎo)通角的控制當(dāng)電容C上的電壓高于設(shè)定直流電壓時，減少觸發(fā)導(dǎo)通角；當(dāng)電容C上的電壓低于設(shè)定直流電壓時，增加觸發(fā)導(dǎo)通角；當(dāng)電源的電壓低于負載所需額定電壓，而負載的功率因數(shù)小于時，若電源所能提供的最大有功功率大于負載所需的有功功率和裝置本身的各種損耗時，關(guān)閉可控硅V1、可控硅V2、可控硅V3和可控硅V4，這時由逆變裝置根據(jù)移相控制器和電源的電壓VS形成的電壓指令Vref進行脈沖寬度調(diào)制控制，提高電源側(cè)的功率因數(shù)，對儲能電容C充電，對儲能電容C補充有功功率維持逆變裝置所需直流電壓。
本發(fā)明提出可控充電回路的串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)及其控制方法，可自適應(yīng)調(diào)整逆變器直流側(cè)電壓。該拓撲結(jié)構(gòu)配合所發(fā)明的控制方法可以對配電系統(tǒng)中的交流電源進行穩(wěn)壓和濾波，提高交流電源的供電電壓質(zhì)量。即使在供電電壓頻率波動的情況下，該有源交流電壓質(zhì)量控制器也具有較高的穩(wěn)壓能力和濾波性能。
本發(fā)明有如下特點(1)對交流電壓質(zhì)量進行調(diào)節(jié)和控制的充電及儲能裝置和逆變裝置是串聯(lián)在電源和負載之間，因而僅對引起電壓質(zhì)量問題的偏差進行控制，也就是部分逆變控制，所需要處理的能量小，因而構(gòu)成交流電壓質(zhì)量控制器的體積小、變換效率高。
(2)充電及儲能裝置采用了可控的方式，這里采用可控硅V1、V2、V3和V4，可以根據(jù)負載所需電壓對儲能電容C的充電狀況和電壓進行控制，提高裝置效率。
(3)當(dāng)隔離變壓器、充電及儲能裝置、逆變裝置及輸出濾波裝置中任何一個出現(xiàn)故障，串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量控制器不能常工作時，控制旁路開關(guān)使其閉合，可將電源的能量未經(jīng)調(diào)節(jié)直接輸出到負載，保證負載的電能不中斷。


圖1是本發(fā)明的一種單相串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；圖3是本發(fā)明的一種單相充電及儲能裝置拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的另一種單相充電及儲能裝置拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明的三相充電及儲能裝置拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖6是采用單相可控充電回路構(gòu)成的三相串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖7是采用三相可控充電回路構(gòu)成的三相串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的拓撲結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
參照圖1所示，它是由電源1、隔離變壓器2、充電及儲能裝置3、逆變裝置4、輸出濾波裝置5、旁路開關(guān)6、負載7及控制系統(tǒng)8組成。隔離變壓器2的一端與電源1相連，另一端與充電及儲能裝置3相連；逆變裝置4的一端與充電及儲能裝置3相連，另一端與輸出濾波裝置5相連；輸出濾波裝置5一端與逆變裝置4相連，另一端與電源1和負載7相連；旁路開關(guān)6一端與電源1相連，另一端與負載7相連；控制系統(tǒng)8與電源1、充電及儲能裝置3、逆變裝置4、輸出濾波裝置5、旁路開關(guān)6、負載7各個部分相連，對上述各部分進行檢測、保護和控制。其中，充電及儲能裝置3由可控硅V1、V2、V3、V4和儲能器C組成，可以對充電狀況進行控制。充電及儲能裝置3的可控硅V1的陽極與V2的陰極相連后再與隔離變壓器2的一個輸出端h相連；可控硅V3的陽極與可控硅V4的陰極相連后再與隔離變壓器2的另一個輸出端g相連；可控硅V1的陰極與可控硅V3的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V2的陽極與可控硅V4的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。逆變裝置4由全控型電力電子器件如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)V5、V6、V7、V8構(gòu)成，其內(nèi)含反并聯(lián)二極管，其中電容器C的正極與絕緣柵雙極晶體管V5和絕緣柵雙極晶體管V7的集電極相連，電容器C的負極與絕緣柵雙極晶體管V6和絕緣柵雙極晶體管V8的發(fā)射極相連；絕緣柵雙極晶體管V5的發(fā)射極與V6的集電極相連后與輸出濾波裝置5的電感Lf的一端相連；絕緣柵雙極晶體管V7的發(fā)射極與V8的集電極相連后與輸出濾波裝置5的電容Cf的一端相連。輸出濾波裝置5由濾波電感Lf和濾波電容Cf構(gòu)成，其中濾波電感Lf的一端與絕緣柵雙極晶體管V6的集電極相連，另一端與濾波電容Cf的一端相連后再與電源1的一端相連；濾波電容Cf的一端與電源1的一端相連，另一端與絕緣柵雙極晶體管V8的集電極和負載7的一端相連。旁路開關(guān)6可以是機械開關(guān)，如接觸器，也可以是快速的電力電子開關(guān)，如雙向可控硅等，一端與電源相連，另一端與負載7相連。負載7一端與電源1相連，另一端與旁路開關(guān)6相連。
圖1中的a、b、c、d、e表示電路中的結(jié)點。
充電及儲能裝置3采用了可控的方式，這里采用可控硅V1、V2、V3和V4，可以根據(jù)負載所需補償電壓對儲能電容C的充電狀況進行控制，提高裝置效率。當(dāng)電源1的電壓高于負載7所需額定電壓時，關(guān)閉可控硅V1、V2、V3和V4，此時，儲能電容C上的電壓由逆變裝置4控制。當(dāng)電源1的電壓低于負載7所需額定電壓時，通過對充電及儲能裝置3的控制，對儲能電容C補充有功功率，維持儲能電容C上逆變裝置4所需的直流電壓。另外，當(dāng)電源1的電壓低于負載7所需額定電壓，而負載7的功率因數(shù)小于1時，若電源1所能提供的最大有功功率大于負載7所需的有功功率和裝置本身的各種損耗時，也可關(guān)閉可控硅V1、V2、V3和V4。這時通過對逆變裝置4的控制，適當(dāng)提高電源1側(cè)的功率因數(shù)，可以對儲能電容C充電，對儲能電容C補充有功功率維持逆變裝置4所需直流電壓。
該拓撲結(jié)構(gòu)可以根據(jù)電源1和負載額定電壓之間的電壓偏差，通過對逆變裝置4和充電及儲能裝置3的控制，自動調(diào)整儲能電容C上的直流電壓大小，滿足對負載7的電壓質(zhì)量補償控制的目的。也就是根據(jù)負載7所需補償量的大小，自動調(diào)整儲能電容C上的直流電壓大小，滿足負載電壓質(zhì)量控制的需要，這樣可以大大減小逆變裝置4中電力電子器件的開關(guān)應(yīng)力、干擾和噪聲，減小裝置損耗，提高裝置效率。
參照圖2所示，由檢測的電源電壓VS、給定的額定負載電壓VN和移相控制器12輸出的移相控制信號作為瞬時電壓生成器13的輸入，其輸出是負載瞬時參考電壓Vref。負載瞬時參考電壓Vref與負載電壓VL之差作為調(diào)節(jié)器14的輸入，其輸出與電感Lf的電流ILf之差作為調(diào)節(jié)器15的輸入。電源電壓VS與負載瞬時參考電壓Vref之差形成的前饋信號與調(diào)節(jié)器15的輸出共同構(gòu)成脈沖寬度調(diào)制PWM控制器16的輸入信號，控制逆變裝置4。脈沖寬度調(diào)制PWM控制器16包含控制逆變裝置4。脈沖寬度調(diào)制PWM控制器16的輸出結(jié)果再經(jīng)過濾波與負載回路17得到負載電壓VL。
由檢測的電源電壓VS與負載瞬時參考電壓Vref之差作為調(diào)節(jié)器9的輸入，調(diào)節(jié)器9輸出與儲能電容C的直流電壓VD之差作為調(diào)節(jié)器10的輸入。調(diào)節(jié)器10的輸出分兩路，一路作為充電回路控制器11的輸入，另一路作為移相控制器12的輸入。充電回路控制器11的輸出信號對充電及儲能裝置3的可控硅V1、V2、V3、V4進行控制，調(diào)節(jié)電容器C的直流電壓VD。充電回路控制器11包含充電及儲能裝置3。移相控制器12的輸出可以得到移相控制信號并作為瞬時電壓生成器13的一個輸入。
控制原理所發(fā)明的無耦合變壓器的串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量控制器的控制需要檢測的量有電源電壓VS(圖1中的ab間電壓)、負載電壓VL(圖1中的cb間電壓)、電容器C電壓VD(圖1中的de間電壓)、負載電流IL、電感Lf的電流ILf。
系統(tǒng)控制原理如下(1)基本控制方法是通過檢測電源電壓VS、負載電壓VL、電容器C電壓VD，由電源電壓與負載所需額定參考電壓相比較獲得所需的補償電壓指令，根據(jù)補償電壓指令的大小、正負和電容器C上的電壓大小及變化率對的串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量控制器進行控制?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，圖中，VN為給定的額定負載電壓有效值，如220V。
(2)由電源電壓VS、給定額定負載電壓VL和移相控制器12輸出的移相控制信號在瞬時電壓生成器13中形成負載瞬時參考電壓Vref，調(diào)節(jié)器14、調(diào)節(jié)器15和電源電壓VS與負載瞬時參考電壓Vref之差形成的前饋信號共同構(gòu)成對逆變裝置4控制所需的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制器16的控制信號，再經(jīng)過濾波與負載回路17得到負載電壓VL。負載電壓VL與電感Lf的電流ILf構(gòu)成雙閉環(huán)控制，負載電壓VL為外環(huán)，電感Lf的電流ILf為內(nèi)環(huán)。
(3)電源電壓VS和負載瞬時參考電壓Vref之差經(jīng)過調(diào)節(jié)器9形成電容器C的直流參考電壓，該直流參考電壓將會隨電源電壓VS的變化而變化，為保證電壓質(zhì)量控制器裝置的性能提供合適的直流電壓值。根據(jù)直流電容器C的變化，調(diào)節(jié)器10既可以控制移相控制器12，也可以控制充電回路控制器11對充電及儲能裝置3的可控硅進行控制。
(4)控制系統(tǒng)還包括保護、驅(qū)動、隔離電路等電路。
對于圖1所示的充電及儲能裝置3還可采用圖3和圖4所示的單相可控充電方式，圖中VD1、VD2為二極管。
參照圖3所示，可控硅V1的陽極與二極管VD1的陰極相連后再與單相變壓器2的一個輸出端h相連；可控硅V2的陽極與二極管VD2的陰極相連后再與單相變壓器2的另一個輸出端g相連；可控硅V1的陰極與可控硅V2的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；二極管VD1的陽極與二極管VD2的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
參照圖4所示，可控硅V1的陽極與可控硅V2的陰極相連后再與單相變壓器2的一個輸出端h相連；二極管VD1的陽極與二極管VD2的陰極相連后再與單相變壓器2的另一個輸出端g相連；可控硅V1的陰極與二極管VD1的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V2的陽極與二極管VD2的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
在三相電源系統(tǒng)中，圖1所示的充電及儲能裝置3也可采用圖5所示的三相可控充電方式，圖中V0、V9也為可控硅。
參照圖5所示，可控硅V0的陽極與可控硅V9的陰極相連后再與三相變壓器的一個輸出端f相連；可控硅V1的陽極與可控硅V2的陰極相連后再與三相變壓器的一個輸出端g相連；可控硅V3的陽極與可控硅V4的陰極相連后再三相變壓器的另一個輸出端h相連；可控硅V0的陰極與可控硅V1的陰極和可控硅V3的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V9的陽極與可控硅V2的陽極和可控硅V4的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連。
參照圖6所示，由三個圖1所示的單相基本電路拓撲結(jié)構(gòu)分別與三相電源相連就可以構(gòu)成低壓配電系統(tǒng)用的三相四線制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)也是采用三套圖2所示的控制系統(tǒng)，對三相系統(tǒng)分別獨立控制。其中，VSA、VSB、VSC分別是三相電源；T1、T2、T3是單相變壓器；V11、V21、V31、V41、V12、V22、V32、V42、V13、V23、V33、V43是可控硅；V51、V61、V71、V81、V52、V62、V72、V82、V53、V63、V73、V83是絕緣柵雙極晶體管；C1、C2、C3是儲能電容；Lf1、Lf2、Lf3是濾波電感；Cf1、Cf2、Cf3是濾波電容；K1、K2、K3是旁路開關(guān)；ZLA、ZLB、ZLC分別是三相負載。
參照圖7所示，采用了三相變壓器和三相可控充電方式，其他結(jié)構(gòu)同圖6。對于三相電源系統(tǒng)，當(dāng)圖1中所示的充電及儲能裝置3采用圖5所示的三相可控充電方式時，所構(gòu)成低壓配電系統(tǒng)用的三相串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器如圖7所示。控制系統(tǒng)也采用三套圖2所示的控制系統(tǒng)，對三相系統(tǒng)分別獨立控制。其中，VSA、VSB、VSC分別是三相電源；T11、T22、T33是三相變壓器；V11、V21、V31、V41、V01、V91、V12、V22、V32、V42、V02、V92、V13、V23、V33、V43、V03、V93是可控硅；V51、V61、V71、V81、V52、V62、V72、V82、V53、V63、V73、V83是絕緣柵雙極晶體管；C1、C2、C3是儲能電容；Lf1、Lf2、Lf3是濾波電感；Cf1、Cf2、Cf3是濾波電容；K1、K2、K3是旁路開關(guān)；ZLA、ZLB、ZLC分別是三相負載。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括，一個與電源(1)連接的隔離變壓器(2)，隔離變壓器(2)的一繞組與充電及儲能裝置(3)相連；充電及儲能裝置(3)與逆變裝置(4)的一端相連，逆變裝置(4)的另一端與輸出濾波裝置(5)相連；輸出濾波裝置(5)一端與逆變裝置(4)相連，另一端與電源(1)和負載(7)相連；旁路開關(guān)(6)一端與電源(1)相連，另一端與負載(7)相連；控制系統(tǒng)(8)分別與電源(1)、充電及儲能裝置(3)、逆變裝置(4)、輸出濾波裝置(5)、旁路開關(guān)(6)、負載(7)各個部分相連，其特征在于，所述的充電及儲能裝置(3)由可控硅(V1)、可控硅(V2)、可控硅(V3)、可控硅(V4)和儲能器(C)組成，充電及儲能裝置(3)的可控硅(V1)的陽極與可控硅(V2)的陰極相連后再與隔離變壓器(2)的一個輸出端相連；可控硅(V3)的陽極與可控硅(V4)的陰極相連后再與隔離變壓器(2)的另一個輸出端相連；可控硅(V1)的陰極與可控硅(V3)的陰極相并聯(lián)后再與電容器(C)的正極相連；可控硅(V2)的陽極與可控硅(V4)的陽極相并聯(lián)后再與電容器(C)的負極相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的充電及儲能裝置(3)可控硅(V1)的陽極與二極管(VD1)的陰極相連后再與單相變壓器(2)的輸出端相連；可控硅(V2)的陽極與二極管(VD2)的陰極相連后再與單相變壓器(2)的另一個輸出端相連；可控硅(V1)的陰極與可控硅(V2)的陰極相并聯(lián)后再與電容器(C)的正極相連；二極管(VD1)的陽極與二極管(VD2)的陽極相并聯(lián)后再與電容器(C)的負極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的充電及儲能裝置(3)可控硅(V1)的陽極與可控硅(V2)的陰極相連后再與單相變壓器(2)的一個輸出端相連；二極管(VD1)的陽極與二極管(VD2)的陰極相連后再與單相變壓器(2)的另一個輸出端相連；可控硅(V1)的陰極與二極管(VD1)的陰極相并聯(lián)后再與電容器(C)的正極相連；可控硅(V2)的陽極與二極管(VD2)的陽極相并聯(lián)后再與電容器(C)的負極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述的充電及儲能裝置(3)可控硅(V0)的陽極與可控硅(V9)的陰極相連后再與三相變壓器的一個輸出端相連；可控硅(V1)的陽極與可控硅(V2)的陰極相連后再與三相變壓器的一個輸出端相連；可控硅(V3)的陽極與可控硅(V4)的陰極相連后再三相變壓器的另一個輸出端相連；可控硅(V0)的陰極與可控硅(V1)的陰極和可控硅(V3)的陰極相并聯(lián)后再與電容器(C)的正極相連；可控硅(V9)的陽極與可控硅(V2)的陽極和可控硅(V4)的陽極相并聯(lián)后再與電容器(C)的負極相連。
5.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器的控制方法，其特征在于，包括下列步驟當(dāng)電源(1)的電壓高于負載(7)所需額定電壓時，關(guān)閉可控硅(V1)、可控硅(V2)、可控硅(V3)和可控硅(V4)，此時，儲能電容(C)上的電壓由逆變裝置(4)根據(jù)移相控制器(12)和電源(1)的電壓(VS)形成的電壓指令(Vref)對全控型電力電子器件絕緣柵雙極晶體管(V5)、(V6)、(V7)、(V8)的導(dǎo)通和關(guān)斷進行脈沖寬度調(diào)制控制；當(dāng)電源(1)的電壓低于負載(7)所需額定電壓時，通過充電回路控制器(11)對充電及儲能裝置(3)的可控硅(V1)、(V2)、(V3)和(V4)觸發(fā)導(dǎo)通角的控制當(dāng)電容(C)上的電壓高于設(shè)定直流電壓時，減少觸發(fā)導(dǎo)通角；當(dāng)電容(C)上的電壓低于設(shè)定直流電壓時，增加觸發(fā)導(dǎo)通角；當(dāng)電源(1)的電壓低于負載(7)所需額定電壓，而負載(7)的功率因數(shù)小于1時，若電源(1)所能提供的最大有功功率大于負載(7)所需的有功功率和裝置本身的各種損耗時，關(guān)閉可控硅(V1)、可控硅(V2)、可控硅(V3)和可控硅(V4)，這時由逆變裝置(4)根據(jù)移相控制器(12)和電源(1)的電壓(VS)形成的電壓指令(Vref)進行脈沖寬度調(diào)制控制，提高電源(1)側(cè)的功率因數(shù)，對儲能電容(C)充電，對儲能電容(C)補充有功功率維持逆變裝置(4)所需直流電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串聯(lián)有源交流電壓質(zhì)量調(diào)節(jié)器及控制方法，其中充電及儲能裝置由可控硅V1的陽極與可控硅V2的陰極相連后再與隔離變壓器2的一個輸出端相連；可控硅V3的陽極與可控硅V4的陰極相連后再與隔離變壓器2的另一個輸出端相連；可控硅V1的陰極與可控硅V3的陰極相并聯(lián)后再與電容器C的正極相連；可控硅V2的陽極與可控硅V4的陽極相并聯(lián)后再與電容器C的負極相連組成。本發(fā)明可自適應(yīng)調(diào)整逆變器直流側(cè)電壓?？梢詫ε潆娤到y(tǒng)中的交流電源進行穩(wěn)壓和濾波，提高交流電源的供電電壓質(zhì)量，即使在供電電壓頻率波動的情況下，該有源交流電壓質(zhì)量控制器也具有較高的穩(wěn)壓能力和濾波性能。
文檔編號H02M5/451GK1862906SQ20061004291
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者肖國春, 王兆安, 卓放 申請人:西安交通大學(xué)