專利名稱：兼具ups和有源電力濾波器功能的功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種功率變換器，具體是ー種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，屬于功率變換器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，電カ電子裝置和非線性負(fù)載的普遍使用，使諧波電流和無功電流大量注入電網(wǎng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全運(yùn)行與正常使用，對諧波無功進(jìn)行濾波和補(bǔ)償已被人們越來越重視。有源電カ濾波器是改善電能質(zhì)量的最好選擇之一，因此發(fā)展非常迅速。并聯(lián)型有源濾波器向電網(wǎng)注入補(bǔ)償電流，抵消諧波源產(chǎn)生的諧波，使電源電流成為正弦波，其本身表現(xiàn)出電流源的特性。隨著公共電網(wǎng)諧波、中線電流危害的日益嚴(yán)重，四橋臂并聯(lián)有源濾波器，四橋臂結(jié)構(gòu)抑制中線電流效果較好，因此成為目前研究的熱點。UPS又稱不間斷電源，它通常用于市電電網(wǎng)和用電負(fù)載之間，其目的是改善對負(fù)載的供電質(zhì)量，并在市電故障時，保證負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行。隨著現(xiàn)代エ業(yè)的發(fā)展，供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載越來越復(fù)雜，特別是大型用電設(shè)備的啟動和停止，大型可控電カ電子設(shè)備的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲會使交流正弦波發(fā)生畸變。另外，自然界的雷電，電網(wǎng)的接地不良等因素均影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。由于以上因素的影響，可能會導(dǎo)致接在電網(wǎng)上的計算機(jī)設(shè)備，包括通信、醫(yī)療，金融、武器控制等精密的儀器設(shè)備發(fā)生失控、丟失數(shù)據(jù)、停機(jī)、損壞等嚴(yán)重后果，直接影響用戶的正常工作，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在配電網(wǎng)中一般為三相四線制結(jié)構(gòu)，而采用四橋臂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠很好的抑制中線電流，因此兼具有UPS功能的并聯(lián)型有源電カ濾波器的應(yīng)用越來越廣，需求越來越大，功率越來越大而且技術(shù)難度大，因此研究三相四橋臂大功率兼具有UPS功能的并聯(lián)型有源電カ濾波器具有廣泛的應(yīng)用前景和普遍的現(xiàn)實意義。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，能夠?qū)ω?fù)載進(jìn)行諧波電流與無功補(bǔ)償和在電網(wǎng)發(fā)生故障時能夠給負(fù)載提供穩(wěn)定不間斷的三相交流電。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，包括有源電カ濾波器和數(shù)字控制電路，還包括蓄電池，蓄電池和數(shù)字控制電路分別與有源電カ濾波器電連接；進(jìn)ー步地，蓄電池并聯(lián)在有源電カ濾波器的主電路直流側(cè)；進(jìn)ー步地，蓄電池并聯(lián)在電容的兩端，同時與直流側(cè)電壓傳感器并聯(lián)。工作原理當(dāng)電源正常供電時，功率變換器被用作有源電カ濾波器，對電網(wǎng)中的諧波和無功進(jìn)行補(bǔ)充，同時給蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)電網(wǎng)電源缺相或斷路時，功率變換器作為不間斷電源對負(fù)載進(jìn)行一定時間的連續(xù)供電。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在有源電カ濾波器的主電路直流側(cè)并聯(lián)了蓄電池，在完成諧波電流和無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r，也對蓄電池進(jìn)行儲能，使得蓄電池在電網(wǎng)電壓供電故障吋，能夠通過變流器對負(fù)載進(jìn)行供電；通過對變流器的控制，該系統(tǒng)就省去了額外的UPS設(shè)備，降低了設(shè)備成本；在電源供電正常吋，UPS本身對電源進(jìn)行一定的穩(wěn)壓濾波后，再送給負(fù)載，能使負(fù)載上得到質(zhì)量更好的交流電源。本裝置同時具有普通有源電カ濾波器的濾波功能和不間斷電源功能，能夠快速跟蹤電網(wǎng)諧波和無功的變化，實現(xiàn)快速動態(tài)補(bǔ)償；當(dāng)電源缺相或斷路時，變流器被用作逆變器，UPS通過逆變器對負(fù)載進(jìn)行一定時間的不間斷供電，以保證負(fù)載的供電需要；由于本裝置的濾波器和UPS電源兩個子系統(tǒng)共用硬件資源，因此其結(jié)構(gòu)簡單、硬件利用率高、系統(tǒng)成本低。

圖I為本發(fā)明電路原理圖2為本發(fā)明蓄電池過壓檢測電路原理圖；圖3為UPS等效電路圖；圖4為蓄電池欠壓檢測電路原理圖；圖5為蓄電池的保護(hù)電路原理圖。圖中1、三相電源；2、電壓傳感器；3、負(fù)載電流傳感器；4，APF側(cè)電流傳感器；5、APF側(cè)電壓傳感器；6、直流側(cè)電壓傳感器，7、功率變換器，8、電容，9、蓄電池，10、負(fù)載，12、檢測電路，13、調(diào)理電路，14、DSP3DSVPWM算法，15、FPGA，16、8路IGBT門極信號。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。如圖I所示，一種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，由有源電カ濾波器、數(shù)字控制電路和蓄電池9組成，蓄電池9和數(shù)字控制電路分別與有源電カ濾波器電連接；所述的蓄電池9并聯(lián)在有源電カ濾波器的主電路直流側(cè)；所述的蓄電池9并聯(lián)在電容8的兩端，同時與直流側(cè)電壓傳感器6并聯(lián)。所述有源電カ濾波器包括電壓傳感器2、三相電源I、負(fù)載電流傳感器3、APF側(cè)電流傳感器4、APF側(cè)電壓傳感器5、功率變換器7、電容8和負(fù)載10 ；電壓傳感器2的輸入端并聯(lián)于三相電源I的輸出端上，電壓傳感器2的輸出端與負(fù)載電流傳感器3連接,負(fù)載電流傳感器3的輸出端與負(fù)載10連接；APF側(cè)電壓傳感器5的輸入端并聯(lián)于負(fù)載10與功率變換器7之間的傳輸線上,APF側(cè)電流傳感器4串聯(lián)于負(fù)載10與功率變換器7之間的傳輸線上，功率變換器7兩端并聯(lián)電容8，電容8與直流側(cè)電壓傳感器6并聯(lián)。所述數(shù)字控制電路包括檢測電12、調(diào)理電路13、DSP3DSVPWM算法14、FPGA15和8路IGBT門極信號16 ;檢測電路12的輸入端分別與電壓傳感器2、負(fù)載電流傳感器3、APF側(cè)電流傳感器4、APF側(cè)電壓傳感器5及直流側(cè)電壓傳感器6的輸出端電連接，檢測電路12的輸出端與調(diào)理電路13的輸入端電連接，調(diào)理電13的輸出端與DSP3DSVPWM算法14處理后輸出4路PWM信號，4路PWM信號經(jīng)過FPGA15處理后輸出8路IGBT門極信號16。當(dāng)電源正常供電時，變流器被用作有源電カ濾波器，同時給蓄電池進(jìn)行儲能。[0025]如圖2所示，在電源正常時通過變流器對蓄電池9進(jìn)行充電，蓄電池9在充電的時候要時時檢測蓄電池9的電壓，檢查蓄電池9是否充滿電，如果充滿了則需要停止充電，否則一直充電會影響電池的壽命，甚至有可能會將電池充爆，造成事故；因此需要進(jìn)行蓄電池9過壓檢測。如圖3所示，當(dāng)電源供電故障時，變流器被用作逆變器，蓄電池9通過變流器對負(fù)載進(jìn)行供電，來實現(xiàn)UPS功能。如圖4所示，在三相四橋臂逆變器中，無論是在對稱負(fù)載，還是在不對稱負(fù)載情況下，輸出三相對稱正弦波電壓是關(guān)鍵。普通的開環(huán)控制在靜態(tài)條件下可以輸出比較好的電壓波形，但是在不對稱負(fù)載條件下，尤其是非線性負(fù)載，以及負(fù)載動態(tài)變化情況下，開環(huán)控制很難得到很好的輸出電壓。采用閉環(huán)控制是十分必要的，不僅能獲得很好的穩(wěn)態(tài)性能，還具有良好的動態(tài)特性。該裝置使用電壓環(huán)閉環(huán)控制，對反饋電壓進(jìn)行采樣，與給定值比較的誤差經(jīng)過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后來產(chǎn)生驅(qū)動信號。當(dāng)蓄電池9電壓低于一定的電壓值的時候，若讓蓄電池9繼續(xù)向外供電，它不僅效率低，而且還可能損壞蓄電池9。如圖5所示，蓄電池9的檢測包括過壓檢測及欠壓檢測，檢測到不正常運(yùn)行狀態(tài)時需要對蓄電池9進(jìn)行保護(hù)動作，過壓與欠壓的保護(hù)電路類似，蓄電池9電壓正常時，輸入Pl. 3=0，通過軟件編程設(shè)置輸出引腳Pl. 5=0，三極管不導(dǎo)通，繼電器線圈不得電。而當(dāng)蓄電池9過壓的時候，Pl. 3=1，這時候，輸出Pl. 5=1，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈Jl得電，與其相對應(yīng)的觸點開關(guān)動作，切斷充電電路，停止對蓄電池9充電。當(dāng)蓄電池電壓恢復(fù)正常范圍吋，控制使得Pl. 5=0，線圈失電，這里的ニ極管起到續(xù)流的作用。
權(quán)利要求1.一種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，包括有源電カ濾波器和數(shù)字控制電路，其特征在于，還包括蓄電池(9)，蓄電池(9)和數(shù)字控制電路分別與有源電カ濾波器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，其特征在于，所述的蓄電池(9)并聯(lián)在有源電カ濾波器的主電路直流側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種兼具UPS和有源電カ濾波器功能的功率變換器，其特征在于，所述的蓄電池(9)并聯(lián)在電容(8)的兩端，同時與直流側(cè)電壓傳感器(6)并聯(lián)。
專利摘要本實用新型涉及一種兼具UPS和有源電力濾波器功能的功率變換器，屬于功率變換器技術(shù)領(lǐng)域，包括有源電力濾波器和數(shù)字控制電路，還包括蓄電池，蓄電池和數(shù)字控制電路分別與有源電力濾波器電連接。有益效果是本實用新型在有源電力濾波器的主電路直流側(cè)并聯(lián)了蓄電池，在完成諧波電流和無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r，也對蓄電池進(jìn)行儲能，使得蓄電池在電網(wǎng)電壓供電故障時，能夠通過變流器對負(fù)載進(jìn)行供電；通過對變流器的控制，該系統(tǒng)就省去了額外的UPS設(shè)備，降低了設(shè)備成本；在電源供電正常時，UPS本身對電源進(jìn)行一定的穩(wěn)壓濾波后，再送給負(fù)載，能使負(fù)載上得到質(zhì)量更好的交流電源。
文檔編號H02J7/02GK202405783SQ201120488719
公開日2012年8月29日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者孔令軍, 孫華, 張傳金, 張曉 , 張課, 張迎, 李成君, 李曉迅, 王峰, 譚國俊 申請人:中國礦業(yè)大學(xué), 徐州中礦大傳動與自動化有限公司