專利名稱：雙向pwm斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)動態(tài)補(bǔ)償無功功率的設(shè)備，具體涉及ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
動態(tài)補(bǔ)償感性無功對于改善供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量、降低線損、降低變壓器銅損和提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行至關(guān)重要，目前廣泛應(yīng)用的三種動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，晶閘管投切電容器(TSC)，晶閘管調(diào)節(jié)電抗器(TCR)以及無功發(fā)生器(STATC0M)都不同程度的存在著成本高、體積大和自生諧波等問題。對此，陳樂柱、王偉、查凡、葛宜俊發(fā)明的《斬波式無功動態(tài)補(bǔ)償裝置》專利(授權(quán)公告號CN 202034781 U，同樣的發(fā)明創(chuàng)造同日申請發(fā)明專利)一定程度上降低了動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的成本、體積和自生諧波，但是由于《斬波式無功動態(tài)補(bǔ)償裝置》中采用雙向PWM斬波開關(guān)、濾波器和隔離變壓器構(gòu)造的交流調(diào)壓器，造成三個缺陷(1)為釋放隔離變壓器電感在斬波開關(guān)截止時的能量而增加的續(xù)流斬波開關(guān)(VM0S或IGBT)，増加了成本及占地空間；(2)因斬波隔離變壓器而自生的諧波，須使用濾波器濾除，由此增加了成本及占地空間；(3)因隔功率開關(guān)與補(bǔ)償電容器的電連接而專設(shè)隔離變壓器，不僅增加了成本，而且不能隔離高電壓。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，解決動態(tài)無功補(bǔ)償裝置成本高、體積大和自生諧波等技術(shù)難題，提供高性價比的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。技術(shù)方案本發(fā)明ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，提出屬于ー個總發(fā)明構(gòu)思的ニ項相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)方案，用于低壓電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償時，即可以采用方案一，亦可采用方案ニ ；用于高壓電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償時，采用方案ニ。第一項ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置方案通過調(diào)節(jié)連接在電網(wǎng)上的三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)中功率開關(guān)的占空比，實現(xiàn)從零至最大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)容性無功、自平滑斬波電壓自濾除諧波和兼有濾除電網(wǎng)諧波等三個目的。第二項ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器方案通過調(diào)節(jié)連接在三個隔離變壓器(3A、3B、3C) 二次側(cè)的三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)中功率開關(guān)的占空比，實現(xiàn)從零至最大范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)隔離變壓器一次側(cè)的容性無功、自平滑斬波電壓自濾除諧波、隔離高電壓和兼有濾除電網(wǎng)諧波等四個目的。第一項ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置方案，其特征是三相四線電源I的每相輸出端分別與感性無功負(fù)荷2的輸入端對應(yīng)相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相一端分別與對應(yīng)的三相四線制電源I的A相、B相、C相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相另一端都與N線相連接。第二項ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器方案，其特征是三相四線電源I的每相輸出端分別與感性無功負(fù)荷2的輸入端對應(yīng)相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相一端分別與對應(yīng)的三個隔離變壓器(3A、3B、3C) 二次側(cè)的每相一端相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相另一端分別與對應(yīng)的三個隔離變壓器(3A、3B、3C) 二次側(cè)的每相另一端相連接，所述三個隔離變壓器(3A、3B、3C)—次側(cè)的每相一端分別與對應(yīng)的三相四線制電源I的A相、B相、C相連接，三個隔離變壓器(3A、3B、3C) —次側(cè)的每相另一端都與N線相連接。本發(fā)明ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置和一種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器中使用的三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的結(jié)構(gòu)完全相同，有兩種技術(shù)方案。1)關(guān)于雙向PWM斬波電容方案一——整流型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)。其特征是斬波開關(guān)由ー只功率開關(guān)管(VM0S或IGBT) K1、ー個整流橋仏和ー個補(bǔ)償電容G組成，功率開關(guān)管K1的源極(D)與整流橋仏的DCl+端相連接，功率開關(guān)管K7的漏極(S)與整流橋仏的DCl-端相連接，整流橋仏的ACl端為整流型雙向PWM斬波電容的一端，整流橋D1的AC2端與補(bǔ)償電容器G —端相連接，補(bǔ)償電容器G另一端為整流型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的另一端。2)關(guān)于雙向PWM斬波電容方案ニ——串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)，其特征是串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)由兩只功率開關(guān)管K,、匕和一個補(bǔ)償電容組成，功率開關(guān)管匕的漏極(D)與功率開關(guān)管匕的漏極(D)相連接,功率開關(guān)管Vj的源極(S)為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的一端，功率開關(guān)管匕的源極(S )與補(bǔ)償電容器C1 一端相連接，補(bǔ)償電容器G另一端為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的另一端。有益效果
本發(fā)明ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置與現(xiàn)有無功補(bǔ)償裝置相比，具有以下優(yōu)
點(diǎn)
1)雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)不需要續(xù)流斬波開關(guān)，由此節(jié)省了續(xù)流斬波開關(guān)的成本和體積；
2)雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)具有自平滑斬波電壓、自濾除諧波的功能，不需要濾波器，由此節(jié)省了濾波器的成本和體積；
3)雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)不需要隔離功率開關(guān)與補(bǔ)償電容器之間的隔離變壓器，由此節(jié)省了隔離變壓器的成本和體積；
4)雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)兼有治理電網(wǎng)諧波的功能；
5)根據(jù)需要雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)可選用隔離或不隔離高電壓的電連接。


圖I為本發(fā)明雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置原理 圖2為本發(fā)明雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器原理 圖3為整流型雙向PWM斬波電容原理 圖4為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容原理圖。圖中三相四線電源1，感性無功負(fù)荷2，隔離變壓器(3A、3B、3C)，雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)，固定補(bǔ)償電容器C1,功率開關(guān)管V1，功率開關(guān)管V2,整流橋D1,整流橋D1的交流輸入端ACl。整流橋D1的交流輸入端AC2，整流橋D1的直流輸出正極DC1+，整流橋D1的直流輸出負(fù)極DC1-。
具體實施例方式參照附圖詳細(xì)說明兩個技術(shù)方案的實施例。I) 一種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置方案實施例。由圖I可知，本發(fā)明雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，由三相四線電源I的每相輸出端分別與感性無功負(fù)荷2的輸入端對應(yīng)相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相一端分別與對應(yīng)的三相四線制電源I的A相、B相、C相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相另一端都與N線相連接。2)—種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器方案實施例。由圖2可知，本發(fā)明雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器，由三相四線電源I的每相輸出端分別與感性無功負(fù)荷2的輸入端對應(yīng)相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相一端分別與對應(yīng)的三個隔離變壓器(3A、3B、3C) 二次側(cè)的每相一端相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相另一端分別與對應(yīng)的三個隔離變壓器(3A、3B、3C) 二次側(cè)的每相另一端相連接，所述三個隔離變壓器(3A、3B、3C)—次側(cè)的每相一端分別與對應(yīng)的三相四線制電源I的A相、B相、C相連接，三個隔離變壓器(3A、3B、3C) —次側(cè)的每相另一端都與N線相連接。本發(fā)明ー種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置和一種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器中使用的三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的結(jié)構(gòu)完全相同，有兩種技術(shù)方案實施例，參照圖3、圖4說明兩種技術(shù)方案實施例。I)整流型雙向PWM斬波電容實施例。由圖3可知，整流型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)。其特征是斬波開關(guān)由ー只功率開關(guān)管(VM0S或IGBT) K1、ー個整流橋仏和ー個補(bǔ)償電容G組成，功率開關(guān)管V1的源極(D)與整流橋仏的DCl+端相連接，功率開關(guān)管K7的漏極(S)與整流橋仏的DCl-端相連接，整流橋仏的ACl端為整流型雙向PWM斬波電容的一端，整流橋仏的AC2端與補(bǔ)償電容器G—端相連接，補(bǔ)償電容器G另一端為整流型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的另一端。2)串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)實施例。由圖4可知，串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)由兩只功率開關(guān)管K7、匕和一個補(bǔ)償電容組成，功率開關(guān)管K7的漏極(D)與功率開關(guān)管匕的漏極(D)相連接，功率開關(guān)管Vj的源極(S)為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的一端，功率開關(guān)管匕的源極(S)與補(bǔ)償電容器G —端相連接，補(bǔ)償電容器G另一端為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的另一端。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明一種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置方案，其特征是三相四線電源I的每相輸出端分別與感性無功負(fù)荷2的輸入端對應(yīng)相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C) 的每相一端分別與對應(yīng)的三相四線制電源I的A相、B相、C相連接，三個雙向PWM斬波電容 (4A、4B、4C)的每相另一端都與N線相連接。
2.本發(fā)明一種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置增設(shè)隔離變壓器方案，其特征是三相四線電源I的每相輸出端分別與感性無功負(fù)荷2的輸入端對應(yīng)相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相一端分別與對應(yīng)的三個隔離變壓器(3A、3B、3C) 二次側(cè)的每相一端相連接，三個雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的每相另一端分別與對應(yīng)的三個隔離變壓器 (3A、3B、3C) 二次側(cè)的每相另一端相連接，所述三個隔離變壓器(3A、3B、3C)—次側(cè)的每相一端分別與對應(yīng)的三相四線制電源I的A相、B相、C相連接，三個隔離變壓器(3A、3B、3C) — 次側(cè)的每相另一端都與N線相連接。
3.本發(fā)明權(quán)力要求I和權(quán)力要求2中使用的雙向PWM斬波電容屬于整流型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)，其特征是整流型雙向PWM斬波電容由一只功率開關(guān)管(VMOS或IGBT) K,、一個整流橋見和一個補(bǔ)償電容組成，功率開關(guān)管Vj的源極(D)與整流橋A的正極(+ ) 相連接，功率開關(guān)管Vj的漏極(S)與整流橋A的負(fù)極(_)相連接，整流橋4的ACl端為整流型雙向PWM斬波電容的一端，整流橋A的AC2端與補(bǔ)償電容器G —端相連接，補(bǔ)償電容器G另一端為整流型雙向PWM斬波電容的另一端。
4.本發(fā)明權(quán)力要求I和權(quán)力要求2中使用的雙向PWM斬波電容屬于串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)，其特征是串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)由兩只功率開關(guān)管K,、 匕和一個補(bǔ)償電容組成，功率開關(guān)管K7的漏極(D)與功率開關(guān)管匕的漏極(D)相連接，功率開關(guān)管Vj的源極(S)為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)的一端，功率開關(guān)管V2的源極(S)與補(bǔ)償電容器C1 一端相連接，補(bǔ)償電容器C1另一端為串聯(lián)型雙向PWM斬波電容(4A、 4B、4C)的另一端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種雙向PWM斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，屬于電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量控制技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備。其特征是由一種雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)連接在三相四線電網(wǎng)上，通過調(diào)節(jié)雙向PWM斬波電容(4A、4B、4C)中功率開關(guān)的占空比，實現(xiàn)從零至最大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)容性無功功率。本發(fā)明的有益效果是比斬波式動態(tài)無功補(bǔ)償裝置節(jié)省了續(xù)流功率開關(guān)、濾波器和隔離功率開關(guān)與固定補(bǔ)償電容器的變壓器，增加了自平滑斬波電壓自濾除諧波、兼有濾除電網(wǎng)諧波和隔離高電壓等三項功能，使動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的性價比更高、體積更小。
文檔編號H02J3/18GK102624003SQ20121002211
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者樊遠(yuǎn)征 申請人:樊遠(yuǎn)征, 蘇沁陽