專利名稱：動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
理想的供電電壓是純正的正弦波，具有標(biāo)稱的電壓幅值和頻率。但由于電網(wǎng)設(shè)備的故障或非線性和沖擊性負(fù)載的增長(zhǎng)，電網(wǎng)電壓的幅值和頻率往往會(huì)發(fā)生偏離。當(dāng)電網(wǎng)電壓的幅值和頻率偏離標(biāo)稱值一定的范圍時(shí)，會(huì)給敏感性用戶產(chǎn)生影響和傷害，這就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的問題，這些問題包括電壓不平衡、過電壓、欠電壓、電壓跌落、電壓聚升、供電中斷、電壓瞬變、電壓切痕、電壓波動(dòng)和電壓閃變。前三種是穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題，后幾種是動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題。美國(guó)在90年代通過300多個(gè)電能質(zhì)量觀測(cè)器觀測(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，大量統(tǒng)計(jì) 數(shù)據(jù)表明高達(dá)92%的擾動(dòng)事件是電壓跌落，它們的持續(xù)時(shí)間大多不超過2秒鐘。持續(xù)時(shí)間在2秒鐘到10分鐘之間的電壓中斷僅占4%，其余的電能質(zhì)量問題占余下的4%。由此可知，給敏感負(fù)載用戶造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的主要原因是動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題，解決電能質(zhì)量問題就落實(shí)在治理動(dòng)態(tài)電壓?jiǎn)栴}上。當(dāng)前最佳解決電能質(zhì)量問題的方法是在負(fù)載用戶側(cè)安裝電壓補(bǔ)償裝置，它包括不間斷電源UPS (Uninterruptible Power Supply)和動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器DVR (Dynamics Voltage Restorer)。在解決電能質(zhì)量問題上，UPS是使用最廣泛的裝置。當(dāng)電網(wǎng)供電發(fā)生故障時(shí)，UPS能夠提供幾十分鐘甚至幾小時(shí)的正常電壓，保護(hù)負(fù)載正常運(yùn)行，不受電網(wǎng)電壓中斷或跌落的影響。因此，UPS既能解決穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題，又能解決動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題。但由于UPS采用大量的電池儲(chǔ)能，成本相當(dāng)高，效率只有92 %左右，不利于大量使用。UPS —般用于對(duì)關(guān)鍵負(fù)載進(jìn)行電壓保護(hù)和補(bǔ)償。而DVR由于只解決動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題，只需要對(duì)電壓跌落和瞬變進(jìn)行短時(shí)補(bǔ)償，儲(chǔ)能部分只需采用電解電容，即可滿足要求。這樣，DVR的生產(chǎn)成本和維護(hù)成本就很低。并且DVR的工作效率高達(dá)99%，非常有利于大量使用。DVR是一種串聯(lián)型電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，采用基于電力電子器件的PWM逆變結(jié)構(gòu)。目前在低壓等級(jí)的DVR裝置中，大多采用無串聯(lián)變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種無串聯(lián)變壓器DVR結(jié)構(gòu)的整流器采用二極管整流。這種結(jié)構(gòu)的DVR只能補(bǔ)償動(dòng)態(tài)電壓。因此，現(xiàn)階段還未出現(xiàn)既能補(bǔ)償?shù)^深的動(dòng)態(tài)電壓，以及補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)電壓，成本又較低的DVR。

實(shí)用新型內(nèi)容本發(fā)明的目的是在于提供一種用于解決動(dòng)態(tài)電壓和穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量問題的串聯(lián)動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于不使用PWM整流器和串聯(lián)變壓器的情況下，增加補(bǔ)償電壓的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的電子元器件包括雙向可控硅、倍壓整流器、直流儲(chǔ)能單元、半橋逆變器、輸出濾波器和升壓充電器，其中雙向可控硅串聯(lián)于電網(wǎng)與負(fù)載之間；倍壓整流器輸入端與電網(wǎng)連接，其輸出端連接直流儲(chǔ)能單元的正負(fù)兩極；直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)通過開關(guān)連接電網(wǎng)的輸入端；半橋逆變器與直流儲(chǔ)能單元并聯(lián)；半橋逆變器中間節(jié)點(diǎn)與直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)之間連接一個(gè)輸出濾波器，濾波器的中間節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)開關(guān)和負(fù)載相連；升壓充電器輸入端與電網(wǎng)相連。進(jìn)一步的雙向可控硅由兩個(gè)可控硅反向并聯(lián)組成；倍壓整流器是由兩個(gè)二極管串聯(lián)組成，兩個(gè)二極管的中間節(jié)點(diǎn)接電網(wǎng)的中線端；半橋逆變器是由兩個(gè)功率開關(guān)器件組成，輸出濾波器由一個(gè)電感和一個(gè)電容組成，直流儲(chǔ)能單元由兩個(gè)儲(chǔ)能電容串聯(lián)而成，中間節(jié)點(diǎn)通過開關(guān)連接電網(wǎng)的輸入端，電網(wǎng)電壓的正負(fù)半周分別給直流儲(chǔ)能單元的兩個(gè)電容充電，直到直流儲(chǔ)能單元的母線電壓為電網(wǎng)峰值電壓的兩倍為止，升壓充電器輸入端與電網(wǎng)相連，輸出端分別連接直流儲(chǔ)能單元的電容。采用這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，電網(wǎng)通過雙向可控硅為負(fù)載提供正常穩(wěn)定的電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落或瞬變時(shí)，雙向可控硅被反壓強(qiáng)制關(guān)斷，負(fù)載電壓由電網(wǎng)電壓和逆變器產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓疊加供給，直流儲(chǔ)能單元的電壓一直保持這一電壓值，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落或瞬變，直流儲(chǔ)能單元為負(fù)載提供補(bǔ)償電壓。逆變器依據(jù)電網(wǎng)電壓跌落的情況，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，如果直流儲(chǔ)能單元的母線電壓一直高于某一值，升壓充電器不工作。當(dāng)檢測(cè)到儲(chǔ)能電容Cl或C2的電壓低于某一值，則升壓充電器給Cl或C2充電，以保持Cl或C2的電壓為一恒定值。這樣就可以延長(zhǎng)DVR補(bǔ)償電壓的時(shí)間，不但解決了動(dòng)態(tài)電壓跌落問題，而且還能補(bǔ)償電壓深度跌落問題以及穩(wěn)態(tài)電壓?jiǎn)栴}。進(jìn)一步的輸出濾波器是一個(gè)低通濾波器，用于濾除逆變器產(chǎn)生的高頻信號(hào)。采用低通濾波器，逆變器輸出的高頻電壓被濾波器過濾，只能讓低頻電壓通過。進(jìn)一步的所述升壓充電器是一個(gè)AC/DC變換電路。進(jìn)一步的所述的直流儲(chǔ)能單元中串聯(lián)的兩個(gè)儲(chǔ)能電容為大容量的儲(chǔ)能電容。采用這樣的結(jié)構(gòu)將電網(wǎng)電壓通過PWM調(diào)制，整流成所需的直流電壓。升壓充電器分別檢測(cè)Cl和C2的電壓值，一旦低于某一值，升壓充電器將對(duì)Cl和C2進(jìn)行充電，以維持Cl和C2的電壓值恒定。

圖I為動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器系統(tǒng)圖，圖2為動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器電路原理圖。
具體實(shí)施方式
圖I為動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器系統(tǒng)圖，其中，電網(wǎng)-I、靜態(tài)旁路開關(guān)_2、敏感負(fù)載-3、整流器_4、直流儲(chǔ)能單元_5、逆變器_6、輸出濾波器_7、升壓充電器-8。圖2是單相動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的電路原理圖。動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器由雙向可控硅、倍壓整流器、直流儲(chǔ)能單元、半橋逆變器、輸出濾波器和升壓充電器組成。以下詳細(xì)介紹各個(gè)組成部分雙向可控硅SI由兩個(gè)可控硅SI反向并聯(lián)組成。在電網(wǎng)電壓正負(fù)半周過零點(diǎn)時(shí)，發(fā)出控制時(shí)序，觸發(fā)對(duì)應(yīng)的可控硅導(dǎo)通。關(guān)斷采用反電壓進(jìn)行關(guān)斷。電網(wǎng)正常時(shí)，電網(wǎng)電壓通過雙向可控硅給負(fù)載供電。倍壓整流器由兩個(gè)二極管Dl和D2組成。通電時(shí)，開關(guān)SWl閉合，直流儲(chǔ)能單元的Cl和C2的中間節(jié)點(diǎn)與電網(wǎng)連接。當(dāng)電網(wǎng)電壓正半周時(shí)，電網(wǎng)電壓通過D2給C2充電。當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)半周時(shí)，電網(wǎng)電壓通過Dl給Cl充電。Cl和C2串聯(lián)后的電壓等于電網(wǎng)峰值電壓的兩倍，該電壓為逆變器的直流母線電壓。直流儲(chǔ)能單元有兩個(gè)儲(chǔ)能器，儲(chǔ)能器由電容Cl和C2組成。直流儲(chǔ)能單元的電壓由倍壓整理器提供。當(dāng)逆變器工作時(shí)，為負(fù)載提供補(bǔ)償能量。半橋逆變器由兩個(gè)功率開關(guān)器件Gl和G2組成。半橋逆變器與直流儲(chǔ)能單元并聯(lián)連接，其中間節(jié)點(diǎn)與直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)之間連接一個(gè)輸出濾波器。兩個(gè)功率開關(guān)器 件的通斷時(shí)序?yàn)榛パa(bǔ)，逆變器依據(jù)電網(wǎng)電壓跌落的情況，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，補(bǔ)償電網(wǎng)電壓跌落的部分，補(bǔ)償電壓與剩余電網(wǎng)電壓疊加，為負(fù)載提供穩(wěn)定正常的電力。輸出濾波器由一個(gè)電感LI和一個(gè)電容C3組成，與逆變器的中間節(jié)點(diǎn)和直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)相接。輸出濾波器是一個(gè)低通濾波器，用于濾除逆變器產(chǎn)生的高頻信號(hào)。逆變器輸出的高頻電壓被濾波器過濾，只有低頻電壓通過。濾波器的中間節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)開關(guān)SW2和負(fù)載相連。升壓充電器輸入端與電網(wǎng)相連，輸出端分別連接直流儲(chǔ)能單元的Cl和C2。升壓充電器是一個(gè)AC/DC變換電路。將電網(wǎng)電壓通過PWM調(diào)制，整流成所需的直流電壓。升壓充電器分別檢測(cè)Cl和C2的電壓值，一旦低于某一值，升壓充電器將對(duì)Cl和C2進(jìn)行充電，以維持Cl和C2的電壓值恒定。當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，開關(guān)SW2關(guān)斷，雙向可控硅依據(jù)觸發(fā)時(shí)序輪流導(dǎo)通。電網(wǎng)電壓通過雙向可控硅為負(fù)載正常供電。電網(wǎng)電壓通過倍壓整流器為直流儲(chǔ)能單元充電，逆變器和升壓充電器處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落或瞬變時(shí)，開關(guān)SW2開通，逆變器開始PWM調(diào)制，將直流儲(chǔ)能單元的直流電壓，調(diào)制成高頻方波。高頻方波經(jīng)過輸出濾波器，被過濾成工頻補(bǔ)償電壓。補(bǔ)償電壓和剩余電網(wǎng)電壓疊加成標(biāo)準(zhǔn)的正弦工頻電壓波形。疊加后的標(biāo)準(zhǔn)電壓，通過開關(guān)SW2，為負(fù)載供電。如果電網(wǎng)電壓深度跌落，或跌落時(shí)間超過2秒，直流儲(chǔ)能單元的能量無法補(bǔ)償負(fù)載所需的能量，升壓充電器立刻啟動(dòng)，為直流儲(chǔ)能單元充電，補(bǔ)充能量。當(dāng)直流儲(chǔ)能單元的電壓恢復(fù)到正常值，升壓充電器將停止充電。以上所述實(shí)施方式，只是本實(shí)用新型較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
之一，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，其特征在于動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器的電子元器件包括雙向可控硅、倍壓整流器、直流儲(chǔ)能單元、半橋逆變器、輸出濾波器和升壓充電器，其中雙向可控硅串聯(lián)于電網(wǎng)與負(fù)載之間；倍壓整流器輸入端與電網(wǎng)連接，其輸出端連接直流儲(chǔ)能單元的正負(fù)兩極；直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)通過開關(guān)連接電網(wǎng)的輸入端；半橋逆變器與直流儲(chǔ)能單元并聯(lián)；半橋逆變器中間節(jié)點(diǎn)與直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)之間連接一個(gè)輸出濾波器，濾波器的中間節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)開關(guān)和負(fù)載相連；升壓充電器輸入端與電網(wǎng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，其特征在于雙向可控硅由兩個(gè)可控硅反向并聯(lián)組成； 倍壓整流器由兩個(gè)二極管串聯(lián)組成，兩個(gè)二極管的中間節(jié)點(diǎn)接電網(wǎng)的中線端； 半橋逆變器是由兩個(gè)功率開關(guān)器件組成， 輸出濾波器由一個(gè)電感和一個(gè)電容組成；· 直流儲(chǔ)能單元由兩個(gè)儲(chǔ)能電容串聯(lián)組成，中間節(jié)點(diǎn)通過開關(guān)連接電網(wǎng)的輸入端，電網(wǎng)電壓的正負(fù)半周分別給直流儲(chǔ)能單元的兩個(gè)電容充電，直到直流儲(chǔ)能單元的母線電壓為電網(wǎng)峰值電壓的兩倍為止， 升壓充電器輸入端與電網(wǎng)相連，輸出端分別連接直流儲(chǔ)能單元的電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，其特征在于輸出濾波器是一個(gè)低通濾波器，用于濾除逆變器產(chǎn)生的高頻信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，其特征在于所述升壓充電器是一個(gè)AC/DC變換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，其特征在于所述的直流儲(chǔ)能單元中串聯(lián)的兩個(gè)儲(chǔ)能電容為大容量的儲(chǔ)能電容。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器，其結(jié)構(gòu)包括雙向可控硅、倍壓整流器、直流儲(chǔ)能單元、半橋逆變器、輸出濾波器和升壓充電器，其中雙向可控硅串聯(lián)于電網(wǎng)與負(fù)載之間；倍壓整流器輸入端與電網(wǎng)連接，其輸出端連接直流儲(chǔ)能單元的正負(fù)兩極；直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)通過開關(guān)連接電網(wǎng)的輸入端；半橋逆變器與直流儲(chǔ)能單元并聯(lián)；半橋逆變器中間節(jié)點(diǎn)與直流儲(chǔ)能單元的中間節(jié)點(diǎn)之間連接一個(gè)輸出濾波器，濾波器的中間節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)開關(guān)和負(fù)載相連；升壓充電器輸入端與電網(wǎng)相連。采用這樣的結(jié)構(gòu)既能補(bǔ)償?shù)^深的動(dòng)態(tài)電壓，以及補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)電壓，徹底解決電能質(zhì)量問題，又不會(huì)增加過多的成本。
文檔編號(hào)H02J3/12GK202678975SQ20122019668
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者王道洪, 丁凱, 鮑延杰 申請(qǐng)人:深圳市理工新能源有限公司