專利名稱：電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制領(lǐng)域，特別是提供了一種電流質(zhì)量動態(tài) 調(diào)節(jié)裝置。
背雜術(shù)
負荷電流質(zhì)量問題，即負荷的用電質(zhì)量問題在電力系統(tǒng)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(yīng)用導(dǎo)致了電網(wǎng)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(yè)軋機、絞 車、電力牽引機車等用電設(shè)備；部分電壓暫降由大容量沖擊性負荷的啟動引起。這 些電能質(zhì)量問題或直接或間接地由負荷運行特性，即負荷電流質(zhì)量所引發(fā)。顯然， 改善負荷電流質(zhì)量是解決電能質(zhì)量問題行之有效的手段之一。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置，它和負荷并聯(lián)運行， 通過實現(xiàn)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(tǒng)側(cè)看負荷電 流質(zhì)量達到理想負荷的條件，即使得負荷(1)吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流、(2) 三相功率平衡、(3)沒有沖擊涌流或大的啟動電流、(4)功率因數(shù)為1，從而實現(xiàn) 改善電能質(zhì)量的目標(biāo)。
本實用新型是基于絕緣柵雙極晶體管器件(IGBT)和脈寬調(diào)制控制技術(shù)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，直流平波電容由兩只電容器串聯(lián)而成以耐受較髙電壓等級，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， 一路并聯(lián)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(shè)備及控制直 流電壓的斬波電路。負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器和負荷并聯(lián)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(tǒng)側(cè)看負荷電流質(zhì)量達到理想負荷的條 件。
采用直流控制斬波器作為負荷調(diào)節(jié)器的儲能控制環(huán)節(jié)，當(dāng)負荷吸收功率突然減 少時，短時間內(nèi)將系統(tǒng)和負荷之間的不平衡功率吸收并儲存在超級電容中；當(dāng)負荷 吸收功率突然增加時，短時間內(nèi)將釋放功率以補償系統(tǒng)與負荷之間的不平衡功率。
三相逆變器6可工作于高頻整流和逆變狀態(tài)，根據(jù)控制指令在兩種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換; 通過充電開關(guān)和放電開關(guān)對超級電容的儲能進行控制，同時有效控制負荷電流質(zhì)量
調(diào)節(jié)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、保護二極管9、連接電抗 器10、充電開關(guān)ll、放電開關(guān)12。超級電容儲能元件8和由兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成 的保護二極管9的下部二極管并聯(lián),上部輸出端子分兩路， 一路接至連接電抗器10， 另一路接保護二極管的上部二極管陽極，這只二極管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(guān)11和放電開關(guān)12的連接點上，充電開關(guān)11由IGBT和續(xù) 流二極管反并聯(lián)構(gòu)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(guān)12的源極。放電開關(guān)12由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成，源極接充電開關(guān)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(dāng)非線性負荷2的功 率發(fā)生波動，吸收的有功功率小于設(shè)定功率時，直流電壓控制斬波器4的充電開關(guān) 11動作，放電開關(guān)12斷開，將電力系統(tǒng)1多余的有功功率儲存到超級電容儲能元 件8中，使電力系統(tǒng)1維持原來的輸送水平；當(dāng)非線性負荷2吸收的有功功率突然 增加，大于預(yù)定數(shù)值時，為維持電力系統(tǒng)l輸出功率的恒定，直流電壓控制斬波器 4的放電開關(guān)12動作，充電開關(guān)ll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(tài)有功功率。見圖2，負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器 的直流電壓控制斬波器接線圖。
本實用新型的優(yōu)點在于所提供的負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器和非線性負荷并聯(lián)運 行，通過實現(xiàn)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(tǒng)側(cè)看負 荷電流質(zhì)量達到理想負荷的條件，即(1)吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流、(2)三 相功率平衡、(3)沒有沖擊涌流或大的啟動電流、(4)功率因數(shù)為1,從而實現(xiàn)改 善電能質(zhì)量的目標(biāo)。


圖1為電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置接入系統(tǒng)的原理接線圖。其中，電力系統(tǒng)l、非 線性負荷2，負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)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(tǒng)1包括等效電源和輸出阻抗。
圖2為電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置的直流電壓控制斬波器接線圖，包括超級電容 儲能元件8、保護二極管9、連接電抗器IO、充電開關(guān)ll、放電開關(guān)12。
具體實施方式
圖1 圖3為本實用新型的一種具體實施方式
。本實用新型是基于絕緣柵雙極 晶體管器件和脈寬調(diào)制控制技術(shù)的電力電子裝置，它并聯(lián)接入電力系統(tǒng)，見圖1， 電力系統(tǒng)1包括等效電源和輸出阻抗，對于非線性負荷2的諧波抑制和無功補償而 言，負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3與電力系統(tǒng)1交換的有功功率不通過儲能環(huán)節(jié)，逆變器
直流母線電壓的控制通過給定逆變器的觸發(fā)指令由負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3吸收少量 有功補償裝置的系統(tǒng)損耗及諧波抑制所需的有功功率。當(dāng)非線性負荷2具有動態(tài)波 動性質(zhì)時，負荷電流質(zhì)量調(diào)節(jié)器3將通過儲能環(huán)節(jié)補償負荷波動的動態(tài)部分，使電 力系統(tǒng)1只需對負荷提供穩(wěn)定的有功功率、且功率因數(shù)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，直流平波電容由兩只電容器串聯(lián)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，一路并聯(lián)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、保護二極管9、連接電抗 器10、充電開關(guān)ll、放電開關(guān)12。超級電容儲能元件8和由兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成 的保護二極管9的下部二極管并聯(lián),上部輸出端子分兩路， 一路接至連接電抗器10, 另一路接保護二極管的上部二極管陽極，這只二極管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(guān)11和放電開關(guān)12的連接點上，充電開關(guān)11由IGBT和續(xù) 流二極管反并聯(lián)構(gòu)成，源極接直流母線端子P，漏極接連接電抗器io輸出端子和放 電開關(guān)12的源極。放電開關(guān)12由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成，源極接充電開關(guān)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(quán)利要求1、一種電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于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，直流平波電容由兩只電容器串聯(lián)而成，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，一路并聯(lián)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(shè)備及控制直流電壓的斬波電路。
2、 按照權(quán)利要求l所述的電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于直流電壓控制斬波 器(4)包括超級電容儲能元件(8)、保護二極管(9)、連接電抗器(10)、充電開關(guān)(11)、放電開關(guān)(12);超級電容儲能元件(8)和由兩只串聯(lián)二極管構(gòu)成的保護二極管(9)的下部二極管并聯(lián)，上部輸出端子分兩路，一路接至連接電抗器(10)，另一路接 保護二極管的上部二極管陽極，這只二極管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(guān)(11)和放電開關(guān)(12)的連接點上，充電開關(guān)(11)由IGBT和續(xù)流二極管 反并聯(lián)構(gòu)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(guān)(12) 的源極；放電開關(guān)(12)由IGBT和續(xù)流二極管構(gòu)成，源極接充電開關(guān)(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。
專利摘要一種電流質(zhì)量動態(tài)調(diào)節(jié)裝置，屬于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)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)、保護二極管(9)、連接電抗器(10)、充電開關(guān)(11)、放電開關(guān)(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(shè)備及控制直流電壓的斬波電路。優(yōu)點在于它和非線性負荷并聯(lián)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(tǒng)側(cè)看負荷電流質(zhì)量達到理想負荷的條件。吸收穩(wěn)定、無諧波的正弦電流；三相功率平衡；沒有沖擊涌流或大的啟動電流；功率因數(shù)為1，實現(xiàn)改善電能質(zhì)量的目標(biāo)。
文檔編號H02J3/18GK201188542SQ20082008025
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者單任仲, 超 安, 宋祺鵬, 尹忠東, 智 張, 肖湘寧, 薛金會, 馬曉蕾 申請人:華北電力大學(xué)