專利名稱：一種高壓動態(tài)無功補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓動態(tài)無功補償裝置，更具體的說，尤其涉及一種變壓器二次側(cè)采用3n個功率模塊單元相并聯(lián)的高壓動態(tài)無功補償裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代變流技術(shù)的發(fā)展 ，新技術(shù)在工業(yè)設(shè)備中得到廣泛的應用，變流技術(shù)有卓越節(jié)能效果，且具有方便的操作方式以及便于安裝維護的優(yōu)點。但由于電網(wǎng)條件差異較大，如在電網(wǎng)電壓為35KV以上大容量的場合，現(xiàn)在一般的動態(tài)無功補償裝置，直接做高壓無功補償有一定難度，其動態(tài)無功補償裝置前均設(shè)置變壓器，如果要求補償?shù)娜萘勘容^大，或者要求補償?shù)碾娏鞅容^大時，目前的無功補償裝置就受到體積、成本、功率半導體器件、效率的限制，特別是設(shè)備的工藝結(jié)構(gòu)、成本、效率等出現(xiàn)明顯的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種變壓器二次側(cè)采用3n個功率模塊單元相并聯(lián)的高壓動態(tài)無功補償裝置。本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，其特別之處在于包括I個變壓器、I個三相電容器組以及3n個功率模塊單元，所述變壓器的一次側(cè)為與高壓電網(wǎng)相連接的三相繞組，二次側(cè)為3n個單相繞組和I個與三相電容器組相連接的三相繞組，二次側(cè)的3n個單相繞組均分為與一次側(cè)相配合的三組；每個功率模塊單元上均設(shè)置有兩個輸入端，功率模塊單元中設(shè)置有控制兩輸入端之間導通狀態(tài)的控制電路；3n個功率模塊單元的輸出端分別與3n個單相繞組相連接。通過變壓器的變壓作用，以便在二次側(cè)實現(xiàn)對一次側(cè)高壓電網(wǎng)的無功補償；變壓器二次側(cè)的3n個繞組均分為三組，每一組與一次側(cè)相應的繞組相配合。根據(jù)檢測到變壓器一次側(cè)電網(wǎng)的狀態(tài)，對二次側(cè)3n個功率模塊單元進行有序的控制，相應的二次側(cè)繞組就會斷開或短接，以便實現(xiàn)對高壓電網(wǎng)的動態(tài)無功補償作用。三相電容配合功率模塊單元實現(xiàn)無功補償功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)對容性無功和感性無功的補償。由于采用功率模塊并聯(lián)接到變壓器二次繞組上的形式，而不是現(xiàn)有的串聯(lián)方式，有效地實現(xiàn)了對高壓電網(wǎng)無功功率的補
\-ZX o本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，所述控制電路為整流H橋電路，整流H橋的兩個橋臂的正、負極相連接后再短接在一起，橋臂上兩元器件之間的連接處形成輸入端；整流H橋電路的每個橋臂上應包括至少一個可控制其通斷狀態(tài)的可控器件，或者，一個橋臂上的兩元器件全為可控器件，另一個橋臂上的兩元器件均為非可控器件。兩橋臂的正極與負極短接在一起，在可控器件導通的狀態(tài)下，兩輸入端可短接在一起；兩個橋臂上的四個元器件任意連個采用可控器件均可實現(xiàn)這種功能。本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，所述非可控器件為功率半導體二極管，可控器件為可控單向晶閘管。可控器件采用可控單向晶閘管，為半控型器件，而不是現(xiàn)有電路中常用的全控型器件，有效了節(jié)約了成本。本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，所述控制電路由兩反向并聯(lián)的單向可控硅組成，兩反向并聯(lián)的單向可控硅的兩端形成功率模塊單元的兩輸入端；或者，由一個雙向可控硅組成，雙向可控硅的兩端形成功率模塊單元的兩輸入端。為了控制功率模塊單元兩輸入端的導通狀態(tài)，采用一個雙向可控硅或兩個單向可控硅反向并聯(lián)的形式均可。本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，所述三相電容器組由三個等值電容構(gòu)成，三個等值電容采用星形或三角形接法相連接。本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，變壓器二次側(cè)同一組中的n個單相繞組與一次側(cè)相應繞組依次相差180/(3Xn)度的相位角度。本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明通過將變壓器的一次側(cè)設(shè)置為與高壓電網(wǎng)相連接的三相繞組，二次側(cè)設(shè)置3n個與功率模塊單元相連接的3n個單相繞組以及一個與三相 電容相連接的三相繞組，且每個功率模塊單元中均設(shè)置有控制單相繞組通斷狀態(tài)的控制電路，通過對功率模塊單元的控制，有效地實現(xiàn)了高壓電網(wǎng)的無功補償。(2)3n個功率模塊單元采用相并聯(lián)的形式接于二次側(cè)繞組上，而不是采用現(xiàn)有的串聯(lián)形式，有效地增加了整個無功補償裝置的補償性能。(3)變壓器二次側(cè)的三相電容可有效地實現(xiàn)對電網(wǎng)容性無功和感性無功的補償。(4)功率模塊單元中的控制電路通過采用整流H橋來，有效地實現(xiàn)了對兩輸入端導通、截止狀態(tài)的控制，且可控器件采用單向晶閘管，節(jié)約了整個無功補償裝置的成本，簡化了工藝機構(gòu)，提高了制作效率。
圖I為本發(fā)明的無功補償裝置的系統(tǒng)電路框 圖2為本發(fā)明中由4個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路；
圖3為本發(fā)明中由2個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路，且2個可控器件位于橋臂的正
端;
圖4為本發(fā)明中由2個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路，且2個可控器件位于橋臂的負
端;
圖5為本發(fā)明中由2個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路，且2個可控器件位于同一橋臂
上；
圖6為本發(fā)明中由2個單向可控硅構(gòu)成的功率模塊單元中的控制電路；
圖7為本發(fā)明中由I個雙向可控硅構(gòu)成的功率模塊單元中的控制電路；
圖8為本發(fā)明中變壓器的電路 圖9為本發(fā)明中三相電容器組采用星形連接的電路 圖10為本發(fā)明中三相電容器組采用三角形連接的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖I所示，給出了本發(fā)明的無功補償裝置的系統(tǒng)電路框圖，其包括一個隔離變壓器、一個三相電容器組、3n個功率模塊單元，n為正整數(shù)；圖8為變壓器的電路圖，所示的變壓器的一次側(cè)為三相繞組，用于與電網(wǎng)相連接；二次側(cè)為3n個單相繞組和一個三相繞組，3n個單相繞組分別與3n個功率模塊單元相連接，二次側(cè)的三相繞組用于與三相電容器
相連接。功率模塊單元的輸入VII、V12、V21、V22、......VNl連接到隔離變壓器的二次單
相繞組V11、V12、V21、V22、......VNl上，電容組的輸入VC1、VC2、VC3連接到隔離變壓器的
二次三相繞組的VC1、VC2、VC3上，然后通過變壓器的一次繞組A、B、C形成總的輸出。功率模塊單元上設(shè)置有兩個輸入端，內(nèi)部設(shè)置有可控制兩輸入端導通狀態(tài)的控制電路；通過對變壓器一次側(cè)電網(wǎng)的監(jiān)測，來產(chǎn)生控制信號，輸入到功率模塊單元的控制端，以便控制二次側(cè)單向繞組的通斷狀態(tài)，來實現(xiàn)對高壓電網(wǎng)的無功補償。三相電容器組的增加可以有效的實現(xiàn)對電網(wǎng)容性無功和感性無功的補償。由于3n個功率模塊單元采用相并聯(lián)的形式接于二次側(cè)繞組上，而不是采用現(xiàn)有的串聯(lián)形式，有效地增加了整個無功補償裝 置的補償性能。圖2為本發(fā)明中由4個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路；由于采用了 4個可控器件，就形成了全波單向可控整流H橋電路。其中功率半導體器件Kl、K2、K3、K4連接形成一個單相全波可控整流H橋電路，這個單相全波可控H橋電路的正極與其負極直接相連，功率半導體器件Kl與K2的連接之間為輸入VII，功率半導體器件K3與K4的連接之間為輸入V12，這樣就形成了功率模塊單元的I個單相輸入Vll與V12。工作的過程中，在控制信號的作用下，如果控制Kl、K4導通，K2、K3導通截止，當V12電位高于Vll電位時，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組就導通；同樣地，如果K2、K3導通，K1、K4截止，當Vll電位高于V12電位時，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組也導通。圖3為本發(fā)明中由2個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路，且2個可控器件位于橋臂的正端；功率半導體器件Dl、D2、KU K2連接成一個單相全波可控整流H橋電路，這個單相全波可控H橋電路的正極與其負極直接相連，功率半導體器件Dl與Kl的連接之間為輸入VII，其中二極管Dl與半導體開關(guān)器件Kl串聯(lián)的方向相同，二極管的陽極為可控整流H橋電路的負極；功率半導體器件二極管D2與K2的連接之間為輸入V12，其中二極管D2與半導體開關(guān)器件K2串聯(lián)的方向相同，二極管的陽極為可控整流H橋電路的負極，這樣就形成了功率模塊單元的I個單相輸入Vll與V12。工作的過程中，在控制信號的作用下，如果Kl導通，且Vll的電位高于V12的電位，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組就導通；同樣地，如果K2導通，且V12的電位高于Vll的電位，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組也導通。圖4為本發(fā)明中由2個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路，且2個可控器件位于橋臂的負端；與圖3中所示的電路相比，可控器件與功率二極管只是所處的位置不同，原理和工作過程與圖3中所示的電路相同。圖5為本發(fā)明中由2個可控器件構(gòu)成的整流H橋電路，且2個可控器件位于同一橋臂上；功率半導體器件Dl、D2、KU K2連接成一個單相全波可控整流H橋電路，這個單相全波可控H橋電路的正極與其負極直接相連，功率半導體器件Dl與D2的連接之間為輸入VII，其中二極管Dl與二極管D2串聯(lián)的方向相同，二極管的陰極為可控整流H橋電路的正極；功率半導體器件Kl與K2的連接之間為輸入V12，這樣就形成了功率模塊單元的I個單相輸入Vll與V12。工作的過程中，在控制信號的作用下，如果Kl導通，且Vll的電位高于V12的電位，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組就導通；同樣地，如果K2導通，且V12的電位高于Vll的電位，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組也導通。圖6為本發(fā)明中由2個單向可控硅構(gòu)成的功率模塊單元中的控制電路；其中單向可控硅Kl與單向可控硅K2反向并聯(lián)，并聯(lián)的兩端為功率模塊單元的單向輸入Vll與V12。如果Kl導通，且Vll的電位高于V12的電位，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組就導通；同樣地，如果K2導通，且V12的電位高于Vll的電位，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組也導通。圖7為本發(fā)明中由I個雙向可控硅構(gòu)成的功率模塊單元中的控制電路；其中雙向可控硅K的兩端為功率模塊單元的單向輸入Vll與V12。只要有控制信號存在，V12與Vll就相當于短接在一起，所在的單相繞組就導通。
圖8是本發(fā)明裝置中所包括變壓器電路。其中變壓器的一次繞組由0A、OB、OC三個繞組組成，OA、OB、OC三個繞組之間形成星形接法作為變壓器的輸出，二次繞組為3Xn個
相互間電氣絕緣的繞組，其中Vlll與Vl 12繞組、V211與V212繞組、......、Vnll與Vnl2繞
組共n個繞組對應在輸出的OA繞組柱芯上，V121與V122繞組、V221與V222繞組、……、Vn21與Vn22繞組共n個繞組對應在輸出的OB繞組柱芯上，V131與V132繞組、V231與V232繞組、……、Vn31與Vn32繞組共n個繞組對應在輸出的OC繞組柱芯上，其中Vlll與V112繞組、V211與V212繞組、……、Vnll與Vnl2繞組相對于輸出的OA繞組在相位上依次相
差180/(3 Xn)度的角度，V121與V122繞組、V221與V222繞組、......、Vn21與Vn22繞組
相對于輸出的OB繞組在相位上依次相差180/(3 Xn)度的角度，V131與V132繞組、V231與V232繞組、……、Vn31與Vn32繞組相對于輸出的OC繞組在相位上依次相差180/(3 Xn)度的角度。電容組用的三相繞組的00與VCl繞組在OA繞組的柱芯上，00與VC2繞組在OB繞組的柱芯上，00與VC3繞組在OC繞組的柱芯上，然后這三個單相繞組通過星形連接方式形成星點00。圖9是本發(fā)明裝置中電容器組采用星形連接的電路圖。其中電容組C1、C2、C3的一端直接相連，形成星點n，然后電容組Cl、C2、C3的另一端作為輸入VC1、VC2、VC3。圖10是本發(fā)明裝置中電容器組三角形連接電路圖。其中電容組C1、C2、C3的首尾直接依次相連，然后電容組Cl與C2的連接點作為輸入VCl、電容組Cl與C3的連接點作為輸入VC2、電容組C2與C3的連接點作為輸入VC3。
權(quán)利要求
1.一種高壓動態(tài)無功補償裝置，其特征在于包括I個變壓器、I個三相電容器組以及3n個功率模塊單元，所述變壓器的一次側(cè)為與高壓電網(wǎng)相連接的三相繞組，二次側(cè)為3n個單相繞組和I個與三相電容器組相連接的三相繞組，二次側(cè)的3n個單相繞組均分為與一次側(cè)相配合的三組；每個功率模塊單元上均設(shè)置有兩個輸入端，功率模塊單元中設(shè)置有控制兩輸入端之間導通狀態(tài)的控制電路；3n個功率模塊單元的輸出端分別與3n個單相繞組相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓動態(tài)無功補償裝置，其特征在于所述控制電路為整流H橋電路，整流H橋的兩個橋臂的正、負極相連接后再短接在一起，橋臂上兩元器件之間的連接處形成輸入端；整流H橋電路的每個橋臂上應包括至少一個可控制其通斷狀態(tài)的可控器件，或者，一個橋臂上的兩元器件全為可控器件，另一個橋臂上的兩元器件均為非可控器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓動態(tài)無功補償裝置，其特征在于所述非可控器件為功率半導體二極管，可控器件為可控單向晶閘管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓動態(tài)無功補償裝置，其特征在于所述控制電路由兩反向并聯(lián)的單向可控硅組成，兩反向并聯(lián)的單向可控硅的兩端形成功率模塊單元的兩輸入端；或者，由一個雙向可控硅組成，雙向可控硅的兩端形成功率模塊單元的兩輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓動態(tài)無功補償裝置，其特征在于所述三相電容器組由三個等值電容構(gòu)成，三個等值電容采用星形或三角形接法相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓動態(tài)無功補償裝置，其特征在于變壓器二次側(cè)同一組中的n個單相繞組與一次側(cè)相應繞組依次相差180/(3Xn)度的相位角度。
全文摘要
本發(fā)明的高壓動態(tài)無功補償裝置，特征在于包括1個變壓器、1個三相電容器組以及3n個功率模塊單元，變壓器的二次側(cè)為3n個單相繞組和1個與三相電容器組相連接的三相繞組；每個功率模塊單元上均設(shè)置有兩個輸入端，功率模塊單元中設(shè)置有控制兩輸入端之間導通狀態(tài)的控制電路；3n個功率模塊單元的輸出端分別與3n個單相繞組相連接。控制電路可為整流H橋電路；可控器件為可控單向晶閘管。本發(fā)明通過對并聯(lián)功率模塊單元的控制，有效地實現(xiàn)了高壓電網(wǎng)的無功補償；三相電容可有效地突變電流進行緩沖，將電網(wǎng)的影響降到最低。本發(fā)明的無功補償裝置，節(jié)約了整個無功補償裝置的成本，簡化了工藝機構(gòu)，提高了制作效率。
文檔編號H02J3/18GK102751731SQ20121023705
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者尹彭飛, 李瑞來, 陳敏 申請人:山東新風光電子科技發(fā)展有限公司