專利名稱：一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器和三相電能質(zhì)量控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能質(zhì)量控制器，尤其涉及一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器和 三相電能質(zhì)量控制器。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)故障、雷擊、非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等多種因素會(huì)造成電網(wǎng) 電壓、電流、頻率出現(xiàn)非理想正弦的現(xiàn)象，導(dǎo)致一些敏感用電設(shè)備工作異常，產(chǎn)生電能質(zhì)量 問題。目前，隨著非線性大功率電力負(fù)荷種類和容量的增多，比如大功率整流裝置、磁飽和 裝置等，電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量更容易惡化。而諸如機(jī)器人、計(jì)算機(jī)、微處理器控制的自動(dòng)化 設(shè)備的抗電磁干擾的能力卻在下降，并且數(shù)量也在大量增加，導(dǎo)致電網(wǎng)與用電設(shè)備間的電 能質(zhì)量問題更加突出。一些電能質(zhì)量問題可用適當(dāng)?shù)碾娏﹄娮友b置來解決，如動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器(DVR)、有 源電力濾波器(APFC)、串并聯(lián)統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(Unified Power Quality Controller ，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，簡稱“UPQC”)等。然而，動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器僅改善供電電壓質(zhì)量問題，無法 補(bǔ)償負(fù)載電流諧波。有源電力濾波器僅改善負(fù)載電流質(zhì)量問題，無法改善供電電壓質(zhì)量；傳 統(tǒng)的串并聯(lián)統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器雖可對(duì)電壓質(zhì)量問題、電流質(zhì)量問題同時(shí)改善，但其需要 在電源線上串入一個(gè)工頻變壓器，導(dǎo)致體積大、重量大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是構(gòu)建一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器和三相電能質(zhì) 量控制器，克服現(xiàn)有技術(shù)不能低成本地同時(shí)改善電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，包括雙向功率半 導(dǎo)體開關(guān)、負(fù)載側(cè)逆變器、電網(wǎng)側(cè)逆變器、連接負(fù)載的第一低通濾波器、連接電網(wǎng)的第二低 通濾波器，所述負(fù)載側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述負(fù)載側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開 關(guān)管順序串接，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變 橋開關(guān)管順序串接，在電網(wǎng)和負(fù)載之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一低通濾波 器，所述負(fù)載側(cè)逆變器兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)與所述第 一低通濾波器之間的連接點(diǎn)，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管連接點(diǎn)串接所述第二 低通濾波器后連接至電網(wǎng)。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)為絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、MOSFET等中的任何一種。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述負(fù)載側(cè)逆變器和所述電網(wǎng)側(cè)逆變器中的逆變 橋開關(guān)管為絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)、集成門極換向晶閘管 (IGCT)、MOSFET等中的任何一種。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載側(cè)逆變器基于
4伏·秒等效原則確定各自在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間由公 式(1)確定
η _ U0 sm(飯 + 勻 土 Ud τ “Ux sm(M+e)±Ud⑴
式中，D—雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，S ； Utl+電網(wǎng)額定電壓值，V ； Um_電網(wǎng)實(shí)際電壓幅值，V ； Ud—直流母線電壓，V; ω—電網(wǎng)頻率，Hz ； T一逆變橋開關(guān)管的周期，S ；
式中電網(wǎng)電壓暫降負(fù)半周和電壓暫升正半周時(shí)，士號(hào)取正；電壓暫降負(fù)半周和電壓暫 升正半周時(shí)，士號(hào)取負(fù)。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載側(cè)逆變器基于 伏·秒等效原則確定序列即所述雙向功率半導(dǎo)體與所述負(fù)載側(cè)逆變橋互補(bǔ)導(dǎo)通，所述雙 向功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通D時(shí)間內(nèi)所述逆變橋開關(guān)管關(guān)斷，隨后，所述逆變橋開關(guān)管導(dǎo)通T-D 時(shí)間內(nèi)所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷，其中，T為所述逆變橋開關(guān)管的周期。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述電網(wǎng)側(cè)逆變器利用瞬時(shí)無功理論實(shí)時(shí)檢測(cè)出所 述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)中的諧波電流，該電流作為指令與第二低通濾波器電感中的實(shí)際電 流進(jìn)行滯環(huán)比較，確定出所述電網(wǎng)側(cè)逆變器中各開關(guān)管的通斷時(shí)間和順序，所述電網(wǎng)側(cè)逆 變器輸出的電壓使電感電流快速跟隨指令電流而變化；該電感電流注入到電網(wǎng)中，與所述 雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)中的諧波電流相互抵消，使整個(gè)電能質(zhì)量控制器從電網(wǎng)中抽取的電流 為低諧波成分電流。本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述低通濾波器由串聯(lián)濾波電感和并聯(lián)直流電容連 接而成。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種三相電能質(zhì)量控制器，所述三相電能質(zhì)量控制器 由三個(gè)所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器按三相分別接在電網(wǎng)三相火線和三相負(fù)載之間。本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種三相電能質(zhì)量控制器，包括雙向功率半導(dǎo)體開 關(guān)、負(fù)載側(cè)逆變器、電網(wǎng)側(cè)逆變器、連接負(fù)載的第一低通濾波器、連接電網(wǎng)的第二低通濾波 器，所述負(fù)載側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述負(fù)載側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管順 序串接，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān) 管順序串接，在電網(wǎng)和負(fù)載之間三相中的一相之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第 一低通濾波器，所述負(fù)載側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接電網(wǎng)和負(fù)載之間三相 中的一相中所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一低通濾波器之間的連接點(diǎn)，所述電網(wǎng)側(cè)逆 變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接電網(wǎng)和負(fù)載之間三相中的一相中的所述第二低通 濾器后連接電網(wǎng)，所述負(fù)載側(cè)逆變器及第一低通濾波器的數(shù)目與電網(wǎng)和負(fù)載的相數(shù)一致。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明的新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器和三相電能質(zhì)量控 制器，所述負(fù)載側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述負(fù)載側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管 順序串接，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開 關(guān)管順序串接，在電網(wǎng)和負(fù)載之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一低通濾波器，
5所述負(fù)載側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第 一低通濾波器之間的連接點(diǎn)，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管連接點(diǎn)串接所述第二 低通濾器后連接電網(wǎng)。本發(fā)明提出的電能質(zhì)量控制器利用雙向半導(dǎo)體功率開關(guān)替代了串聯(lián) 變壓器，不僅具有同時(shí)改善電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量的功能，而且結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。
圖1為本發(fā)明新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器的電路圖。圖2為本發(fā)明三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的一種電路圖。圖3為本發(fā)明三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的另一種電路圖。圖4為本發(fā)明的不等幅PWM控制的調(diào)制輸出波形。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是本發(fā)明一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制 器，包括雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)Si、負(fù)載側(cè)逆變器(S2、S3)、電網(wǎng)側(cè)逆變器(S4、S5)、連接負(fù)載 的第一低通濾波器(Li、Cl)、連接電網(wǎng)的第二低通濾波器(L2、C2)，所述負(fù)載側(cè)逆變器(S2、 S3)包括逆變橋開關(guān)管S2和逆變橋開關(guān)管S3，所述負(fù)載側(cè)逆變器(S2、S3)由逆變橋開關(guān)管 S2和逆變橋開關(guān)管S3順序串接，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器(S4、S5)包括逆變橋開關(guān)管S4和S5， 所述電網(wǎng)側(cè)逆變器(S4、S5)由逆變橋開關(guān)管S4和逆變橋開關(guān)管S5順序串接，在電網(wǎng)和負(fù) 載之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)Sl和所述第一低通濾波器(Li、Cl)，所述負(fù)載側(cè)逆變 器(S2、S3)的逆變橋開關(guān)管S2和逆變橋開關(guān)管S3之間的連接點(diǎn)連接所述雙向功率半導(dǎo)體 開關(guān)Sl與所述第一低通濾波器(L1、C1)之間的連接點(diǎn)后輸出給負(fù)載Z1，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器 (S4、S5)的逆變橋開關(guān)管S4和逆變橋開關(guān)管S5之間的連接點(diǎn)串接所述第二低通濾器(L2、 C2)后連接至電網(wǎng)Uc0本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)為絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、M0SFET等中的任何一種； 所述負(fù)載側(cè)逆變器和所述電網(wǎng)側(cè)逆變器中的逆變橋開關(guān)管為絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)、 門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、M0SFET等中的任何一種；所述低通 濾波器由濾波電感和直流電容構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式是所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載側(cè)逆變器基于伏·秒 等效原則確定各自在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間(式中正半周為正，負(fù)半周為負(fù))，雙向功率半 導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間由公式(1)確定
權(quán)利要求
1.一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，包括雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)、負(fù)載 側(cè)逆變器、電網(wǎng)側(cè)逆變器、連接負(fù)載的第一低通濾波器、連接電網(wǎng)的第二低通濾波器，所述 負(fù)載側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述負(fù)載側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管順序串接， 所述電網(wǎng)側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管順序串 接，在電網(wǎng)和負(fù)載之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一低通濾波器，所述負(fù)載側(cè) 逆變器兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)與所述第一低通濾波器 之間的連接點(diǎn)，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管連接點(diǎn)串接所述第二低通濾波器后 連接至電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，所述雙向功率半 導(dǎo)體開關(guān)為絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)、集成門極換向晶閘管 (IGCT)、MOSFET等中的任何一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，所述負(fù)載側(cè)逆變 器和所述電網(wǎng)側(cè)逆變器中的逆變橋開關(guān)管為絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘 管(GTO)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、MOSFET中的任何一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，所述雙向功率半 導(dǎo)體開關(guān)和負(fù)載側(cè)逆變器基于伏·秒等效原則確定各自在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，雙向功 率半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間由以下公式確定
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，所述雙向功率 半導(dǎo)體開關(guān)和所述負(fù)載側(cè)逆變器基于伏·秒等效原則確定序列即所述雙向功率半導(dǎo)體與 所述負(fù)載側(cè)逆變橋互補(bǔ)導(dǎo)通，所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)導(dǎo)通D時(shí)間內(nèi)所述逆變橋開關(guān)管關(guān) 斷，隨后，所述逆變橋開關(guān)管導(dǎo)通T-D時(shí)間內(nèi)所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷，其中，T為所述 逆變橋開關(guān)管的周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，所述電網(wǎng)側(cè)逆變 器利用瞬時(shí)無功理論實(shí)時(shí)檢測(cè)出所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)中的諧波電流，該電流作為指令 與第二低通濾波器電感中的實(shí)際電流進(jìn)行滯環(huán)比較，確定出所述電網(wǎng)側(cè)逆變器中各開關(guān)管 的通斷時(shí)間和順序，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器輸出的電壓使電感電流快速跟隨指令電流而變化； 該電感電流注入到電網(wǎng)中，與所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)中的諧波電流相互抵消，使整個(gè)電 能質(zhì)量控制器從電網(wǎng)中抽取的電流為低諧波成分電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器，其特征在于，所述低通濾波器 由串聯(lián)濾波電感和并聯(lián)直流電容連接而成。
8.一種應(yīng)用上述任一權(quán)利要求所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器的三相電能質(zhì)量控 制器，其特征在于，三個(gè)所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器按三相分別接在電網(wǎng)三相火線 和三相負(fù)載之間。
9.一種應(yīng)該權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器的三相 電能質(zhì)量控制器，其特征在于，包括雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)、負(fù)載側(cè)逆變器、電網(wǎng)側(cè)逆變器、 連接負(fù)載的第一低通濾波器、連接電網(wǎng)的第二低通濾波器，所述負(fù)載側(cè)逆變器包括逆變橋 開關(guān)管，所述負(fù)載側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管正向串接，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器包括逆 變橋開關(guān)管，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管正向串接，在電網(wǎng)和負(fù)載之間三 相中的一相之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一低通濾波器，所述負(fù)載側(cè)逆變器 的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接電網(wǎng)和負(fù)載之間三相中的一相中所述雙向功率半導(dǎo)體 開關(guān)和所述第一低通濾波器之間的連接點(diǎn)，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接 點(diǎn)連接電網(wǎng)和負(fù)載之間三相中的一相中的所述第二低通濾器后連接電網(wǎng)，所述負(fù)載側(cè)逆變 器和所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的數(shù)目與電網(wǎng)和負(fù)載的相數(shù)一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器和三相電能質(zhì)量控制器，所述新結(jié)構(gòu)的單相電能質(zhì)量控制器中，所述負(fù)載側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述負(fù)載側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管順序串接，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器包括逆變橋開關(guān)管，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器由兩個(gè)所述逆變橋開關(guān)管順序串接，在電網(wǎng)和負(fù)載之間串接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)和所述第一低通濾波器，所述負(fù)載側(cè)逆變器兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)連接所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)與所述第一低通濾波器之間的連接點(diǎn)，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器的兩個(gè)逆變橋開關(guān)管的連接點(diǎn)串接所述第二低通濾器后連接至電網(wǎng)。本發(fā)明提出的電能質(zhì)量控制器利用雙向半導(dǎo)體功率開關(guān)替代了串聯(lián)變壓器，不僅具有同時(shí)改善電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量的功能，而且結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102064552SQ201010573519
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者和軍平, 延匯文 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院