專利名稱：一種分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)的電路裝置，尤其是涉及到一種適用于高壓交流電網(wǎng)穩(wěn)定電壓和減少諧波或波紋的裝置。
背景技術(shù)：
城市電網(wǎng)中現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)和居民用電設(shè)備，如高性能辦公設(shè)備、精密實(shí)驗(yàn)儀器、變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動(dòng)生產(chǎn)線以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等對(duì)電源特性變化敏感性負(fù)荷呈逐年上升趨勢(shì)，對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高。對(duì)敏感用戶(如半導(dǎo)體制造企業(yè))而言，幾十毫秒的電壓暫降就可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)線停產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。與此同 時(shí)，分布式能源、沖擊性和干擾性負(fù)荷的大量接入等因素都使得電網(wǎng)電能質(zhì)量存在日趨惡化的趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用電設(shè)備的正常工作。針對(duì)敏感負(fù)荷電能質(zhì)量控制問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了電能質(zhì)量控制產(chǎn)品的研究制造。但是，電能質(zhì)量控制裝置還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，并且主要停留在低壓小容量范圍，中國(guó)實(shí)用新型專利“低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)”(實(shí)用新型專利號(hào)ZL201020133972公開(kāi)號(hào)CN201656479)公開(kāi)了一種低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)。該低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)包含檢測(cè)裝置、電力調(diào)整裝置、阻性負(fù)載裝置。檢測(cè)裝置接收來(lái)自于阻性負(fù)載裝置的反饋信號(hào)。檢測(cè)裝置輸出的控制信號(hào)可以用電壓或電流為信號(hào)。電力調(diào)整裝置接收到所述控制信號(hào)后，以比例方式輸出驅(qū)動(dòng)電壓。所述比例方式為在連續(xù)輸出時(shí)間間隔輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓，并在連續(xù)不輸出時(shí)間間隔停止輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓。阻性負(fù)載裝置接收驅(qū)動(dòng)電壓后，輸出反饋信號(hào)到檢測(cè)裝置。以比例方式在連續(xù)輸出時(shí)間間隔輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓，并在連續(xù)不輸出時(shí)間間隔停止輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓，將能夠有效的減少產(chǎn)生電力的諧波。但是該裝置僅適用于小功率的阻性負(fù)載裝置，不適用于高壓大功率的電網(wǎng)電能質(zhì)量控制；其目的是減少阻性負(fù)載裝置產(chǎn)生的諧波對(duì)電源質(zhì)量的影響，而不是通過(guò)改善供電電網(wǎng)的電能質(zhì)量，為敏感負(fù)載提供更高質(zhì)量的電源。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，解決提高敏感用戶供電電能質(zhì)量，減少電網(wǎng)和敏感負(fù)載用電設(shè)備的故障、降低電網(wǎng)損耗、提高電能利用率的技術(shù)問(wèn)題。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，連接在三相系統(tǒng)電源和敏感負(fù)載之間，包括電壓電流調(diào)節(jié)模塊和檢測(cè)控制模塊，所述的檢測(cè)控制模塊的檢測(cè)輸入端連接到三相系統(tǒng)電源，所述的檢測(cè)控制模塊的控制輸出端，連接到電壓電流調(diào)節(jié)模塊，其特征在于所述的電壓電流調(diào)節(jié)模塊為多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊，每相由n個(gè)串聯(lián)連接的電壓補(bǔ)償單元組成，其中I < n < 20 ;[0008]所述的電壓補(bǔ)償單元的主電路是IGBT連接組成的H橋功率單元電路；H橋功率單元電路的直流側(cè)，連接有分相儲(chǔ)能裝置。所述的電壓電流調(diào)節(jié)模塊包含諧波電流補(bǔ)償單元，所述的諧波電流補(bǔ)償單元的主電路是IGBT連接組成的H橋功率單元電路；連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的諧波電流補(bǔ)償單元與電壓補(bǔ)償單元串聯(lián)連接；所述的H橋功率單元電路的直流側(cè)，連接有儲(chǔ)能電容器，連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的電壓調(diào)節(jié)模塊中的所有儲(chǔ)能電容器，經(jīng)由IGBT功率模塊級(jí)聯(lián)連接，構(gòu)成該相電壓調(diào)節(jié)模塊的分相儲(chǔ)能裝置。本實(shí)用新型的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的一種更好的技術(shù)方案，其特征在于所述的檢測(cè)控制模塊包含數(shù)字信號(hào)處理器、信號(hào)調(diào)理元件和電流/電壓轉(zhuǎn)換元件；所述的數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)有AD轉(zhuǎn)換器和PWM輸出端口，所述AD轉(zhuǎn)換器的模擬 信號(hào)輸入端，通過(guò)信號(hào)調(diào)理元件和電流/電壓轉(zhuǎn)換元件連接到三相系統(tǒng)電源的電壓互感器 和電流互感器；所述PWM輸出端口通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路，分別連接到各路電壓補(bǔ)償單元和諧波電流補(bǔ)償單元的IGBT的柵極。本實(shí)用新型的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的一種改進(jìn)的技術(shù)方案，其特征在于所述的檢測(cè)控制模塊還包含網(wǎng)絡(luò)接口單元，所述的數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口單元連接到三相系統(tǒng)電源的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。本實(shí)用新型的有益效果是I.本實(shí)用新型的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，可以顯著提高敏感用戶供電電能質(zhì)量，減少電網(wǎng)和敏感負(fù)載用電設(shè)備的故障、降低電網(wǎng)損耗、提高電能利用率。2.采用多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊，通過(guò)功率單元的串聯(lián)，降低了功率器件的耐壓要求，可采用技術(shù)成熟、價(jià)格低廉的低壓IGBT組成逆變單元，通過(guò)串聯(lián)單元的個(gè)數(shù)適應(yīng)不同的輸出電壓要求。3.由于逆變器采用多重化PWM技術(shù)，經(jīng)疊加可得到理想的相電壓波形，堪稱完美無(wú)諧波。輸入功率因數(shù)可達(dá)0.95以上，不必設(shè)置輸入濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)成本。波形的改善除減小輸出諧波外，還可以降低噪聲和dv/dt值。4.由于電壓電流調(diào)節(jié)模塊的各功率單元具有相同的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，便于將功率單元做成模塊化，實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)，即使在個(gè)別單元故障時(shí)也可通過(guò)單元旁路功能將該單元短路，系統(tǒng)仍能正?；蚪殿~運(yùn)行。

圖I是本實(shí)用新型的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的主電路圖；圖2是分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的H橋單元電路圖；圖3是分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的控制單元電路圖。以上圖中的各部件的標(biāo)號(hào)100-三相電源，200-多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊，201 20n H橋功率模塊，210-諧波電流補(bǔ)償單元，300-數(shù)字信號(hào)處理器，310-AD轉(zhuǎn)換器，320-PWM輸出端口，400-信號(hào)調(diào)理元件，410-電流/電壓轉(zhuǎn)換元件，500-網(wǎng)絡(luò)接口單元，700-IGBT驅(qū)動(dòng)電路，900-敏感負(fù)載。
具體實(shí)施方式
為了能更好地理解本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖I是本實(shí)用新型的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的主電路圖，包括電壓電流調(diào)節(jié)模塊200和檢測(cè)控制模塊(圖中未表示)，所述的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置連接在三相系統(tǒng)電源100和敏感負(fù)載900之間，所述的檢測(cè)控制模塊的檢測(cè)輸入端連接到三相系統(tǒng)電源100，所述的檢測(cè)控制模塊的控制輸出端，連接到電壓電流調(diào)節(jié)模塊200。電壓電流調(diào)節(jié)模塊200為多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊，每相由n個(gè)串聯(lián)連接的電壓補(bǔ)償單元201-20n組成，其中I < n < 20 (參見(jiàn)圖2)。所謂多重化級(jí)聯(lián)，就是每相由幾個(gè)低壓PWM功率單元串聯(lián)組成，用高速數(shù)字信號(hào)處理器控制各功率單元的開(kāi)啟和關(guān)閉，以光耦或光導(dǎo)纖維隔離驅(qū)動(dòng)。圖2是分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的H橋單元電路圖，圖2中僅表示了三相多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊中的一相，另外兩相的電路結(jié)構(gòu)完全相同。圖中，電壓補(bǔ)償單元201 20n的主電路是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)連接組成的H橋功率單元電路，每個(gè)功率單元201 20n由IGBT (Tl至T4)構(gòu)成，組成三相輸入、單相輸出的PWM電壓型逆變器。每個(gè)功率單元201 20n的輸出電壓為1、0、-1三種狀態(tài)電平，每相n個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生2n+l種不同的電平等級(jí)。電壓電流調(diào)節(jié)模塊包含諧波電流補(bǔ)償單元20h，諧波電流補(bǔ)償單元20h的主電路與電壓補(bǔ)償單元相同，參見(jiàn)圖2，諧波電流補(bǔ)償單元20h也是IGBT連接組成的H橋功率單元電路出橋功率單元電路201 20n的直流側(cè)，連接有儲(chǔ)能電容器Cl Cn，連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的電壓調(diào)節(jié)模塊中的所有儲(chǔ)能電容器Cl Cn，經(jīng)由IGBT功率模塊級(jí)聯(lián)連接，構(gòu)成該相電壓 調(diào)節(jié)模塊的分相儲(chǔ)能裝置。連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的諧波電流補(bǔ)償單元和電壓補(bǔ)償單元串聯(lián)連接后，通過(guò)電感Lf與電容器Cf組成的LC濾波電路，串聯(lián)接入三相系統(tǒng)電源100和敏感負(fù)載900之間。濾波電感Lf在負(fù)載側(cè)發(fā)生短路時(shí)具有限流作用。本實(shí)用新型的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置的檢測(cè)控制模塊如圖3所示，包含數(shù)字信號(hào)處理器300、信號(hào)調(diào)理元件400、電流/電壓轉(zhuǎn)換元件410和網(wǎng)絡(luò)接口單元500，數(shù)字信號(hào)處理器300設(shè)有AD轉(zhuǎn)換器310和PWM輸出端口 320，AD轉(zhuǎn)換器310的模擬信號(hào)輸入端，通過(guò)信號(hào)調(diào)理元件400和電流/電壓轉(zhuǎn)換元件410連接到三相系統(tǒng)電源的電壓互感器和電流互感器，接收電源電壓和電流檢測(cè)信號(hào)；PWM輸出端口 320通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路700，分別連接到各路電壓補(bǔ)償單元和諧波電流補(bǔ)償單元的IGBT(T1至T4)的柵極，把數(shù)字信號(hào)處理器300產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)傳送給多重化級(jí)聯(lián)的各個(gè)功率單元；數(shù)字信號(hào)處理器300通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口單元500連接到三相系統(tǒng)電源的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)控制。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器300為T(mén)I公司的TMS320F28335型數(shù)字信號(hào)處理器，該處理器具有150MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個(gè)DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多達(dá)18路的PWM輸出，其中有6路為T(mén)I特有的更高精度的PWM輸出(HRPWM)，12位16通道ADC。IGBT驅(qū)動(dòng)電路700可以使用任何現(xiàn)有的IGBT驅(qū)動(dòng)集成電路，典型的實(shí)施例是EXB8系列的EXB840，EXB841, EXB850, EXB851，M579系列的M57957, M57958, M57962, HL系列的HL402，GH系列的GH-039等。在該實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)接口單元500采用EtherCAT從站控制器ETl 100，EtherCAT是開(kāi)放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，能夠滿足電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)運(yùn)行方式越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)化水平的要求越來(lái)越高的要求。28335產(chǎn)生8路PWM波，經(jīng)過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路700送出。板卡上將所有輸入故障信號(hào)相“或”送給6路封鎖PWM輸入信號(hào)(TZ)，確保一旦發(fā)生故障28335可直接從硬件上封鎖所有PWM。模擬量采集通道連接的信號(hào)調(diào)理元件400和電流/電壓轉(zhuǎn)換元件410包括兩路電壓霍爾元件(CHV-50P/1200A)輸入，2路電流霍爾元件輸入，4路熱敏電阻采樣輸入，AD轉(zhuǎn)換器采用28335內(nèi)部12bitAD。DIDO連接的4路DI輸入端子連接的數(shù)字輸入信號(hào)包括整流橋左橋臂故障，右橋臂故障，逆變橋左橋臂故障，右橋臂故障，驅(qū)動(dòng)板電源欠壓故障；D0輸出端的數(shù)字輸出信號(hào)包括8路PWM信號(hào)，封鎖旁路信號(hào)和驅(qū)動(dòng)板復(fù)位信號(hào)。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非用作為對(duì)本實(shí)用新型的限定，任何基于本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神對(duì)以上所述實(shí)施例所作的變化、變型，都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，連接在三相系統(tǒng)電源和敏感負(fù)載之間，包括電壓電流調(diào)節(jié)模塊和檢測(cè)控制模塊，所述的檢測(cè)控制模塊的檢測(cè)輸入端連接到三相系統(tǒng)電源，所述的檢測(cè)控制模塊的控制輸出端，連接到電壓電流調(diào)節(jié)模塊，其特征在于 所述的電壓電流調(diào)節(jié)模塊為多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊，每相由η個(gè)串聯(lián)連接的電壓補(bǔ)償單元組成，其中I SnS 20; 所述的電壓補(bǔ)償單元的主電路是IGBT連接組成的H橋功率單元電路； H橋功率單元電路的直流側(cè)，連接有分相儲(chǔ)能裝置。
所述的電壓電流調(diào)節(jié)模塊包含諧波電流補(bǔ)償單元，所述的諧波電流補(bǔ)償單元的主電路是IGBT連接組成的H橋功率單元電路；連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的諧波電流補(bǔ)償單元與電壓補(bǔ)償單元串聯(lián)連接； 所述的H橋功率單元電路的直流側(cè)，連接有儲(chǔ)能電容器，連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的電壓調(diào)節(jié)模塊中的所有儲(chǔ)能電容器，經(jīng)由IGBT功率模塊級(jí)聯(lián)連接，構(gòu)成該相電壓調(diào)節(jié)模塊的分相儲(chǔ)能裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，其特征在于所述的檢測(cè)控制模塊包含數(shù)字信號(hào)處理器、信號(hào)調(diào)理元件和電流/電壓轉(zhuǎn)換元件； 所述的數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)有AD轉(zhuǎn)換器和PWM輸出端口，所述AD轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)輸入端，通過(guò)信號(hào)調(diào)理元件和電流/電壓轉(zhuǎn)換元件連接到三相系統(tǒng)電源的電壓互感器和電流互感器；所述PWM輸出端口通過(guò)IGBT驅(qū)動(dòng)電路，分別連接到各路電壓補(bǔ)償單元和諧波電流補(bǔ)償單元的IGBT的柵極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，其特征在于所述的檢測(cè)控制模塊還包含網(wǎng)絡(luò)接口單元，所述的數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口單元連接到三相系統(tǒng)電源的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。
專利摘要一種分相儲(chǔ)能裝置無(wú)串聯(lián)變壓器的電能質(zhì)量控制裝置，涉及一種用于交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)的電路裝置，尤其是涉及到一種適用于高壓交流電網(wǎng)穩(wěn)定電壓和減少諧波或波紋的裝置，連接在三相系統(tǒng)電源和敏感負(fù)載之間，包括電壓電流調(diào)節(jié)模塊和檢測(cè)控制模塊，電壓電流調(diào)節(jié)模塊為多重化級(jí)聯(lián)IGBT功率模塊，每相由n個(gè)串聯(lián)連接的電壓補(bǔ)償單元組成；H橋功率單元電路的直流側(cè)，連接有儲(chǔ)能電容器，連接在三相系統(tǒng)電源同一相上的電壓調(diào)節(jié)模塊中的所有儲(chǔ)能電容器，經(jīng)由IGBT功率模塊級(jí)聯(lián)連接，構(gòu)成該相電壓調(diào)節(jié)模塊的分相儲(chǔ)能裝置。該裝置可以顯著提高敏感用戶供電電能質(zhì)量，減少電網(wǎng)和敏感負(fù)載用電設(shè)備的故障、降低電網(wǎng)損耗、提高電能利用率。
文檔編號(hào)H02J3/12GK202550540SQ201220139039
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者何維國(guó), 劉雋, 包海龍, 張宇, 樸紅艷 申請(qǐng)人:上海市電力公司