專利名稱：一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。是研究應(yīng)用電力半導(dǎo)體開關(guān)器件實現(xiàn)電能的變換及控制的一門技術(shù)，又稱為功率電子技術(shù)。
背景技術(shù)：
應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)可以實現(xiàn)電能質(zhì)量的控制、為用戶提供特定的電能供應(yīng)， 目前主要使用的裝置有配電系統(tǒng)靜止補(bǔ)償器、有源電力濾波、動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)等。動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)是帶有儲能裝置的串聯(lián)補(bǔ)償裝置，除無功功率外，有補(bǔ)償有功功率的能力。系統(tǒng)電壓受到干擾時，常常造成負(fù)荷側(cè)電壓短時跌落或突升(持續(xù)時間通常為幾個周波至幾十個周波)。這是導(dǎo)致敏感類負(fù)荷停電，計算機(jī)設(shè)備、精密設(shè)備及儀器故障的主要原因。動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)在1 2個毫秒之內(nèi)產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，抵消系統(tǒng)電壓所受的干擾，使負(fù)荷側(cè)電壓感受不到擾動，保證了敏感類負(fù)荷、計算機(jī)設(shè)備、精密設(shè)備及儀器的安全可靠運(yùn)行。動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，可以保證負(fù)荷側(cè)電壓波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦， 消除電壓諧波、電壓波動和閃變對負(fù)載的影響。因三相四線制配電網(wǎng)在發(fā)生電壓不對稱故障時，為保證負(fù)荷側(cè)電壓波形不受影響，零序分量需要補(bǔ)償，以往采用三個獨(dú)立的動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)進(jìn)行補(bǔ)償，存在投資以及運(yùn)行損耗較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，將三個獨(dú)立的動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)的直流儲能單元合并成一個直流儲能單元，減少了儲能單元的數(shù)量，且減少了給直流儲能單元進(jìn)行充電的充電裝置，因而減少了投資；同時本發(fā)明采用晶閘管來使動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)在電網(wǎng)電壓正常時處于旁路狀態(tài)，使電網(wǎng)通過晶閘管給負(fù)載供電，用較低的晶閘管通態(tài)損耗替代逆變器較高的開關(guān)損耗，減少了運(yùn)行成本。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器包括接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc,串聯(lián)在接入電網(wǎng)端Us與恢復(fù)器輸出端Uc之間的耦合單元， 與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進(jìn)行充電的充電單元，其耦合單元包括用于隔離的三個單相變壓器ΤΑ、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)的A相、B相、C相，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的的濾波單元相連， 三個雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C分別并聯(lián)在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。在接入電網(wǎng)端化與耦合單元之間串聯(lián)第一交流接觸器KMl的觸點，在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊與恢復(fù)器輸出端Uc之間串聯(lián)第二交流接觸器KM2的觸點，在接入電網(wǎng)端化和恢復(fù)器輸出端Uc之間并聯(lián)第三個接觸器KM3觸點。所述的三個單相變壓器ΤΑ、TB、TC的原邊分別通過各自的濾波單元連接到三個單相橋式逆變器的輸出端，三個單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級儲能電容器Cl并連， 超級儲能電容器Cl通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us0所述的超級儲能電容器Cl與高頻濾波電容C2并聯(lián)，超級儲能電容器Cl的容量為 7 9法拉。本發(fā)明的有益效果1、在電網(wǎng)供電電壓發(fā)生暫態(tài)故障時，本發(fā)明能迅速對電網(wǎng)注入補(bǔ)償電壓，且無論是單相電壓故障、三相對稱電壓故障或三相不對稱電壓故障，均能起到補(bǔ)償作用；2、僅采用一個超級儲能電容器組進(jìn)行儲能，體積小、儲能密度高，裝置整體耗費(fèi)低；3、在電網(wǎng)供電電壓正常時，本發(fā)明工作在晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管的通態(tài)損耗比逆變器的開關(guān)損耗低，從而減小了裝置的運(yùn)行損耗；4、串聯(lián)耦合單元采用了隔離變壓器，可以推廣應(yīng)用于中高壓系統(tǒng)；


圖1是本發(fā)明的總體電路邏輯框圖；圖2是本發(fā)明的用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器的電路原理圖。
具體實施例方式圖1是本發(fā)明的總體電路邏輯框圖，圖2是本發(fā)明用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器的電路原理圖本發(fā)明包括接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc，串聯(lián)在接入電網(wǎng)端Us與恢復(fù)器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進(jìn)行充電的充電單元，其耦合單元包括用于隔離的三個單相變壓器TA、TB、TC 的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)的A相、B相、C相，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的的濾波單元相連，三個雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C分別并聯(lián)在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。在接入電網(wǎng)端化與耦合單元之間串聯(lián)第一交流接觸器KMl的觸點，在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊與恢復(fù)器輸出端Uc之間串聯(lián)第二交流接觸器KM2的觸點，在接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc之間并聯(lián)第三個接觸器KM3觸點。所述的三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊分別通過各自的濾波單元連接到三個單相橋式逆變器的輸出端，三個單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級儲能電容器Cl并連， 超級儲能電容器Cl通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us。所述的超級儲能電容器Cl與高頻濾波電容C2并聯(lián)，超級儲能電容器Cl的容量為7 9法拉。接觸器KM1、KM2和KM3用來進(jìn)行投切的控制，且KM3用于負(fù)載過流時的機(jī)械旁路開關(guān)，雙向晶閘管SCR_A、SCR_B和SCR_C作為電子開關(guān)，在供電電網(wǎng)電壓正常時處于導(dǎo)通狀態(tài)，為負(fù)載供電，減小DVR裝置的損耗；隔離變壓器TA、TB和TC用于在電網(wǎng)電壓發(fā)生故障時補(bǔ)償電壓的注入。所述的濾波單元包含的元件有三個電感Li、L2和L3以及三個電容Cl、C2和C3 連接成三個單相LC濾波器，三個LC濾波器的輸出端分別與隔離變壓器TA、TB和TC的原邊端口相連，用于濾除橋式逆變器輸出補(bǔ)償電壓上產(chǎn)生的開關(guān)頻率的紋波。所述的橋式逆變器包含由GAl GA4組成的A相逆變器；由GBl GB4組成的B 相逆變器；由GCl GC4組成的C相逆變器。三個單相全橋逆變器的直流輸入端并聯(lián)到超級儲能電容器Cl的兩端；橋式逆變器用于輸出電網(wǎng)電壓故障時的補(bǔ)償電壓。所述的直流儲能單元包含超級儲能電容器Cl和高頻濾波電容C2。超級儲能電容器Cl的兩端與高頻濾波電容C2的兩端并聯(lián)后連接到所述的橋式逆變器的直流輸入端；直流儲能單元用于提供補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的能量。所述的充電單元包括1臺三相隔離升壓變壓器T、6個電力二極管Dl D6組成的三相全橋整流電路和一個充電電阻R。三相隔離升壓變壓器T的輸入端接電網(wǎng)，三相全橋整流電路的輸入端接三相隔離升壓變壓器T的輸出端，三相全橋整流電路的輸出端的正極串聯(lián)電阻R后與所述的超級儲能電容器Cl的正端口相連，其負(fù)極直接與超級儲能電容器Cl 的負(fù)端口相連；充電單元用于給直流儲能單元進(jìn)行充電。以下詳細(xì)介紹本發(fā)明的工作原理如圖2 系統(tǒng)初始化時，串聯(lián)耦合單元的所有開關(guān)器件均處于斷開狀態(tài)，首先僅閉合ΚΜ3使本發(fā)明工作在接觸器旁路狀態(tài)，然后閉合ΚΜ1、ΚΜ2并且導(dǎo)通晶閘管SCR_A、SCR_B 和SCR_C ；之后斷開KM3，使本發(fā)明工作在晶閘管導(dǎo)通供電狀態(tài)。當(dāng)檢測到供電電網(wǎng)電壓出現(xiàn)暫態(tài)故障時，采取快速關(guān)斷晶閘管的措施關(guān)斷晶閘管。然后，三相的橋式逆變器開始將超級儲能電容器Cl儲存的能量逆變輸出補(bǔ)償電壓，通過隔離變壓器TA、TB和TC注入到電網(wǎng)，使負(fù)載側(cè)的電壓保持不變。本發(fā)明采用了超級電容器進(jìn)行儲能，相比傳統(tǒng)的蓄電池儲能，體積小，儲能密度高，且能夠進(jìn)行較長時間的大電流充、放電，使本發(fā)明既可補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的跌落，也可補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的突升。對超級電容器進(jìn)行充電的充電裝置，僅采用三相不控整流串接限流電阻即可，結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明在電網(wǎng)電壓正常時采用晶閘管對負(fù)載供電，與傳統(tǒng)的采用逆變器補(bǔ)償零電壓或者直接導(dǎo)通全橋逆變器的所有上(下)管相比，通態(tài)損耗小。當(dāng)檢測到供電電網(wǎng)電壓出現(xiàn)暫態(tài)故障時，通過橋式逆變器輸出合適的電壓使流過晶閘管的電流在Ims左右時間內(nèi)降至維持電流以下，使晶閘管在極短時間內(nèi)可靠關(guān)斷。本發(fā)明中串聯(lián)耦合單元采用三個單相的隔離變壓器，要求其漏阻抗較小，一方面是為了保證全橋逆變器的輸出電壓與注入電網(wǎng)的電壓相位偏差較小，另一方面是為了在強(qiáng)制關(guān)斷晶閘管時能夠在較短時間內(nèi)將晶閘管的電流降到維持電流以下。本發(fā)明中逆變器單元采用三個獨(dú)立控制的單相全橋拓?fù)?，串?lián)耦合單元采用了隔離變壓器，使本發(fā)明既可應(yīng)用于三相四線制配電網(wǎng)的補(bǔ)償，也可推廣運(yùn)用于中高壓輸電系統(tǒng)中。本發(fā)明減少了直流儲能單元的數(shù)量以及對直流儲能單元進(jìn)行充電的充電裝置，降低了成本耗費(fèi)；在供電電網(wǎng)電壓正常時，本發(fā)明工作在晶閘管供電狀態(tài)，損耗比以往的工作方式低，且在供電電網(wǎng)電壓發(fā)生暫態(tài)故障時，能夠快速關(guān)斷晶閘管并注入補(bǔ)償電壓，保證負(fù)載電壓保持不變。
權(quán)利要求
1.一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，包括接入電網(wǎng)端化和恢復(fù)器輸出端Uc,串聯(lián)在接入電網(wǎng)端Us與恢復(fù)器輸出端Uc之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進(jìn)行充電的充電單元，其特征在于耦合單元包括用于隔離的三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)的A相、B 相、C相，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的的濾波單元相連，三個雙向晶閘管 SCR_A、SCR_B和SCR_C分別并聯(lián)在三個單相變壓器ΤΑ、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于在接入電網(wǎng)端化與耦合單元之間串聯(lián)第一交流接觸器KMl的觸點，在三個單相變壓器TA、TB、 TC的副邊與恢復(fù)器輸出端Uc之間串聯(lián)第二交流接觸器KM2的觸點，在接入電網(wǎng)端Us和恢復(fù)器輸出端Uc之間并聯(lián)第三個接觸器KM3觸點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于 三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊分別通過各自的濾波單元連接到三個單相橋式逆變器的輸出端，三個單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級儲能電容器Cl并連，超級儲能電容器 Cl通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于所述的超級儲能電容器Cl與高頻濾波電容C2并聯(lián)，超級儲能電容器Cl的容量為7 9法拉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于三相四線制配電網(wǎng)的動態(tài)電壓恢復(fù)器，包括串聯(lián)在接入電網(wǎng)與恢復(fù)器輸出端之間的耦合單元，與耦合單元連接的橋式逆變器、濾波單元、直流儲能單元和對直流儲能單元進(jìn)行充電的充電單元，其耦合單元的隔離的三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊分別串入三相供電電網(wǎng)，三個單相變壓器TA、TB、TC的原邊與逆變器側(cè)的濾波單元相連，三個雙向晶閘管分別并聯(lián)在三個單相變壓器TA、TB、TC的副邊作為電子開關(guān)。三個接觸器用來對三個雙向晶閘管分進(jìn)行投切的控制。三個單相橋式逆變器的輸入端并聯(lián)后與超級儲能電容器C1并連，超級儲能電容器C1通過充電電阻R與三相全橋整流電路的輸出端連接，三相全橋整流電路的輸入端通過三相變壓器T連接到接入電網(wǎng)端Us。
文檔編號H02J3/32GK102299523SQ20111024208
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者呂波, 孫威, 官習(xí)炳, 崔健, 康勇, 林新春, 段余平, 艾斌, 蔡惠紅, 邱軍, 高山 申請人:華中科技大學(xué), 武漢鋼鐵(集團(tuán))公司