專利名稱：一種三相全橋式換流器裝置的制作方法
一種三相全橋式換流器裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)有功和無功電流綜合補(bǔ)償?shù)幕谌嚯妷盒蜆蚴綋Q流器裝置。
背景技術(shù)：
三相電壓型橋式換流器一般用于無功電流補(bǔ)償，無功電流及諧波電流補(bǔ)償(有源濾波器功能)。
無功補(bǔ)償裝置以及有源濾波器一般均工作在系統(tǒng)電壓波動(dòng)頻繁的配電網(wǎng)中，中國(guó)專利申請(qǐng)200710034455. 5 (申請(qǐng)?zhí)?介紹了一種控制直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定，避免電容電壓超調(diào)現(xiàn)象的方法，中國(guó)專利申請(qǐng)2011100921 . 1 (申請(qǐng)?zhí)?介紹了一種在電網(wǎng)負(fù)載變化的情況下，仍然具有良好的諧波補(bǔ)償效果的控制方法，現(xiàn)有的方法大都是關(guān)注直流電壓穩(wěn)定問題和諧波補(bǔ)償效果等裝置相關(guān)的直接問題。然而配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓小擾動(dòng)較頻繁尤其是存在負(fù)序電壓時(shí)，若沒有采取相應(yīng)的控制方法，系統(tǒng)會(huì)對(duì)無功補(bǔ)償裝置灌入較大的負(fù)序電流， 威脅裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題提供一種三相全橋式換流器裝置，以解決配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓小擾動(dòng)較頻繁尤其是存在負(fù)序電壓時(shí)，配電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)對(duì)無功補(bǔ)償裝置灌入較大的負(fù)序電流導(dǎo)致威脅無功補(bǔ)償裝置安全穩(wěn)定等問題。
本發(fā)明技術(shù)方案一種三相全橋式換流器裝置，它包括有功電流支路和無功電流支路，有功電流支路的直流側(cè)有蓄電池，蓄電池正負(fù)端與直流側(cè)電源正負(fù)端并聯(lián)，支路一控制器與有功電流支路電連接，有功電流支路經(jīng)星三角變壓器轉(zhuǎn)換后通過導(dǎo)線接入配電網(wǎng)，支路二控制器與無功電流支路電連接，無功電流支路直接導(dǎo)線接入配電網(wǎng)。
支路一控制器包括第一數(shù)字鎖相控制器，第一交流電壓采樣器通過導(dǎo)線連接到第一數(shù)字鎖相控制器，模式控制器通過導(dǎo)線連接到有功電流發(fā)生器，第一數(shù)字鎖相控制器與有功電流發(fā)生器電連接，有功電流發(fā)生器與第一無差拍控制器電連接，第一無差拍控制器與第一脈沖發(fā)生器電連接，第一載波發(fā)生器與第一脈沖發(fā)生器電連接，第一脈沖發(fā)生器與第一 IGBT模塊電連接。
支路二控制器包括第二數(shù)字鎖相控制器，第二交流電壓采樣器通過導(dǎo)線連接到第二數(shù)字鎖相控制器，第二數(shù)字鎖相控制器與無功電流檢測(cè)器電連接，無功電流檢測(cè)器與無功電流發(fā)生器電連接，第二直流電壓采樣器與直流電壓控制器電連接，直流電壓控制器與無功電流發(fā)生器電連接，無功電流發(fā)生器與第二無差拍控制器電連接，第二無差拍控制器與第二脈沖發(fā)生器電連接，第二載波發(fā)生器與第二脈沖發(fā)生器電連接，第二脈沖發(fā)生器與第二 IGBT模塊電連接。
第一數(shù)字鎖相控制器包括坐標(biāo)變換器，坐標(biāo)變換器與正序電壓提取器電連接，正序電壓提取器與PI調(diào)節(jié)器電連接，PI調(diào)節(jié)器與積分器電連接。
無功電流檢測(cè)器包括負(fù)荷電流采樣器，它與坐標(biāo)變換器電連接，坐標(biāo)變換器與低通濾波器電連接。
本發(fā)明有益效果本發(fā)明提供了一種基于電壓型的三相全橋式換流器裝置，通過獲取交流電壓采樣值得到系統(tǒng)側(cè)負(fù)序電壓的信息裝置發(fā)出等量的負(fù)序電壓從而避免產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)對(duì)裝置灌入較大的負(fù)序電流的問題，從而保證裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)該裝置通過有功電流支路和無功電流支路的協(xié)調(diào)運(yùn)行，通過支路一控制器和支路二控制器的協(xié)調(diào)控制，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)削峰填谷以及無功補(bǔ)償?shù)墓δ?，由于采用無差拍控制，將系統(tǒng)電壓的采樣值直接作為調(diào)制波的一部分，其中無需進(jìn)行坐標(biāo)變換就可以考慮到系統(tǒng)電壓的負(fù)序分量，所以若電網(wǎng)存在負(fù)序電壓時(shí)，本發(fā)明能夠通過第一無差拍控制器以及第二無差拍控制器及時(shí)發(fā)出對(duì)應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)序電壓，從而避免較大負(fù)序電流的產(chǎn)生，并且節(jié)省了負(fù)序電壓提取的時(shí)間。該環(huán)節(jié)也是裝置能夠穩(wěn)定，安全實(shí)現(xiàn)削峰填谷和補(bǔ)償無功的綜合功能的重要環(huán)節(jié)；解決了配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓小擾動(dòng)較頻繁尤其是存在負(fù)序電壓時(shí)，配電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)補(bǔ)償裝置灌入較大的負(fù)序電流，威脅補(bǔ)償裝置安全穩(wěn)定等問題。


圖1是本發(fā)明主回路電路示意圖； 圖2是本發(fā)明支路一控制器組成示意圖； 圖3是本發(fā)明支路二控制器組成示意圖； 圖4是本發(fā)明無功電流檢測(cè)器組成示意圖； 圖5是本發(fā)明數(shù)字鎖相控制器組成示意圖； 圖6是無功電流發(fā)生器控制原理示意圖； 圖7為第一無差拍控制器控制原理示意圖； 圖8為第二無差拍控制器控制原理示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的技術(shù)方案，控制優(yōu)點(diǎn)更加明確，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的解釋說明。
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于三相電壓型橋式換流器裝置，針對(duì)有功和無功電流綜合補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?。本控制策略是基于低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波動(dòng)頻繁的前提下，仍然能夠穩(wěn)定，安全的實(shí)現(xiàn)削峰填谷以及補(bǔ)償無功負(fù)荷的功能。
本發(fā)明實(shí)施例的介紹是基于主電路采用兩個(gè)三相電壓型橋式換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 一種三相全橋式換流器裝置(見圖1)，它包括有功電流支路1和無功電流支路2，有功電流支路1的直流側(cè)有蓄電池3，蓄電池3正負(fù)端與直流側(cè)電源正負(fù)端并聯(lián)，支路一控制器4與有功電流支路1光纖連接，有功電流支路1經(jīng)星三角變壓器轉(zhuǎn)換后通過導(dǎo)線接入配電網(wǎng)，支路二控制器5與無功電流支路2導(dǎo)線連接，無功電流支路2直接導(dǎo)線接入配電網(wǎng)，模式控制器6通過導(dǎo)線連接到配電系統(tǒng)。
橋式換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中包括電容器、二極管、IGBT0
支路一控制器4包括(見圖2 )第一數(shù)字鎖相控制器8，第一交流電壓采樣器7通過導(dǎo)線連接到第一數(shù)字鎖相控制器8，模式控制器6通過導(dǎo)線連接到有功電流發(fā)生器14，第一數(shù)字鎖相控制器8與有功電流發(fā)生器14通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，有功電流發(fā)生器14與第一無差拍控制器10通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，第一無差拍控制器10與第一脈沖發(fā)生器13通過數(shù)據(jù)函數(shù)調(diào)用連接，第一載波發(fā)生器12與第一脈沖發(fā)生器13通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，第一脈沖發(fā)生器13與第一 IGBT模塊通過光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接。
支路二控制器5包括(見圖3)第二數(shù)字鎖相控制器20，第二交流電壓采樣器19通過導(dǎo)線連接到第二數(shù)字鎖相控制器20，第二數(shù)字鎖相控制器20與無功電流檢測(cè)器15通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，無功電流檢測(cè)器15與無功電流發(fā)生器17通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，第二直流電壓采樣器18與直流電壓控制器16通過導(dǎo)線連接，直流電壓控制器16與無功電流發(fā)生器17通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，無功電流發(fā)生器17與第二無差拍控制器23通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，第二無差拍控制器23與第二脈沖發(fā)生器33通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，第二載波發(fā)生器32與第二脈沖發(fā)生器33通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，第二脈沖發(fā)生器33與第二 IGBT模塊通過光纖連接。
無功電流檢測(cè)器15包括(見圖4)負(fù)荷電流采樣器對(duì)，它與坐標(biāo)變換器25通過導(dǎo)線連接，坐標(biāo)變換器25與低通濾波器沈通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接。
第一數(shù)字鎖相控制器8包括(見圖5)坐標(biāo)變換器25，坐標(biāo)變換器25與正序電壓提取器27通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，正序電壓提取器27與PI調(diào)節(jié)器28通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接，PI調(diào)節(jié)器觀與積分器四通過數(shù)據(jù)讀取函數(shù)連接。
無功電流發(fā)生器17 (見圖6)由正弦函數(shù)發(fā)生器30通過數(shù)據(jù)函數(shù)調(diào)用無功電流檢測(cè)器15的輸出、直流電壓控制器16的輸出、第二數(shù)字鎖相控制器20的輸出形成。
第一無差拍控制器10的工作原理為(見圖7)調(diào)制波生成器一 31通過數(shù)據(jù)調(diào)用函數(shù)接收有功電流發(fā)生器14輸出、與第一交流電流采樣器9，第一直流電壓采樣器11和第一交流電壓采樣器7通過導(dǎo)線分別連接接收其數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)交接。
第二無差拍控制器23的工作原理為(見圖8)調(diào)制波生成器二 34通過數(shù)據(jù)調(diào)用函數(shù)接收無功電流發(fā)生器17輸出、與第二交流電流采樣器22，第二直流電壓采樣器18和第二交流電壓采樣器19分別連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交接。
第一直流電壓采樣器11，用于采集電池支路的直流電壓信號(hào)第二直流電壓采樣器18，用于采集電容支路的直流電壓信號(hào)Ude ；第一交流電壓采樣器7，用于采集有功電流支路1交流側(cè)三相電壓Ual，Ubl，Ucl ；第二交流電壓采樣器19，用于采集無功電流支路2交流側(cè)三相電，ub2，Uc2 ；第一交流電流采樣器9，用于采集有功電流支路1交流側(cè)三相電流ial，ibl，icl ；第二交流電流采樣器22，用于采集無功電流支路2交流側(cè)三相電流ia2，Ib2，ic2 ；
PI調(diào)節(jié)器觀的傳遞函數(shù)為低通濾波器26的傳遞函數(shù)為_ = w二一“ 其中，ε為低通濾波器沈的阻尼系數(shù)，本發(fā)明取值0. 707其中，K為比例增益，T為積分時(shí)間常數(shù)。比例增益K與積分時(shí)間常數(shù)T需要根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整，例如，硬件參數(shù)、主回路結(jié)構(gòu)等等。
無功電流檢測(cè)器15，用于提取負(fù)荷電流中的無功分量，主要包括坐標(biāo)變換器25， 低通濾波器26。
其中三相靜止坐標(biāo)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣C3。負(fù)荷電流米樣器對(duì)，用于米集負(fù)荷出口處三相電流心，iLb，iLc ；直流電壓控制器16，用于控制電容直壓穩(wěn)定在期望值，主要包括減法器、PI調(diào)節(jié)器觀、 乘法器。為低通濾波器沈的截止頻率，本發(fā)明取值50Hz第一數(shù)字鎖相控制器8，用于準(zhǔn)確跟蹤系統(tǒng)電壓角度，避免在相角突變的情況下，有功和無功也發(fā)生較大突變，主要包括坐標(biāo)變換器25、正序電壓提取器27、PI調(diào)節(jié)器觀、積分器 (29)。
其中坐標(biāo)變換器25為Uq經(jīng)過四分之一周期延時(shí)得到 ^，最終得到的正序電壓為將 ζ與0作比較，進(jìn)入PI調(diào)節(jié)器28，PI調(diào)節(jié)器觀的輸出再加上系統(tǒng)頻率50Hz的結(jié)果作為積分器四的輸入，積分器四的輸出為最終鎖到的相角。
有功電流發(fā)生器14根據(jù)模式控制器6的有功功率指令，數(shù)字鎖相控制器8的輸出生成有功電流。
無功電流發(fā)生器17，根據(jù)無功電流檢測(cè)器15的輸出，直流電壓控制器16的輸出以及第二數(shù)字鎖相控制器20的輸出生成無功電流。
若作為削峰填谷，以有功電流為目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)電流發(fā)生器25只取有功電流發(fā)生器 14的輸出作為目標(biāo)電流；若進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，目標(biāo)電流發(fā)生器只取無功電流發(fā)生器17的輸出作為目標(biāo)電流。
第一無差拍控制器10，以有功電流發(fā)生器14輸出為期望，反饋電流1_為有功電流支路1的第一交流電流采樣器9的輸出；第二無差拍控制器23，以無功電流發(fā)生器17輸出為期望，，反饋電流為無功電流支路2的第二交流電流采樣器22的輸出。
無差拍控制原理如下由于采用無差拍控制，將系統(tǒng)電壓的采樣值直接作為調(diào)制波的一部分，其中無需進(jìn)行坐標(biāo)變換就可以考慮到系統(tǒng)電壓的負(fù)序分量。所以若電網(wǎng)存在負(fù)序電壓時(shí)，本發(fā)明能夠及時(shí)發(fā)出對(duì)應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)序電壓，從而避免較大負(fù)序電流的產(chǎn)生。該環(huán)節(jié)也是裝置能夠穩(wěn)定，安全實(shí)現(xiàn)削峰填谷和補(bǔ)償無功的綜合功能的重要環(huán)節(jié)。
第一載波發(fā)生器12 用于生成0到1周期變化的三角波。
第一脈沖發(fā)脈沖生器13 主要包括比較器和取反器。將第一無差拍控制器10的輸出與第一載波發(fā)生器13的輸出比較，當(dāng)調(diào)制波大于載波時(shí)，橋臂的上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷。
第二載波發(fā)生器32 用于生成0到1周期變化的三角波第二脈沖發(fā)脈沖生器33 主要包括比較器和取反器。將第二無差拍控制器23的輸出與第二載波發(fā)生器23的輸出比較，當(dāng)調(diào)制波大于載波時(shí)，橋臂的上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.一種三相全橋式換流器裝置，它包括有功電流支路(1)和無功電流支路(2 )，其特征在于有功電流支路(1)的直流側(cè)有蓄電池(3)，蓄電池(3)正負(fù)端與直流側(cè)電源正負(fù)端并聯(lián)，支路一控制器(4)與有功電流支路(1)電連接，有功電流支路(1)經(jīng)星三角變壓器轉(zhuǎn)換后通過導(dǎo)線接入配電網(wǎng)，支路二控制器(5)與無功電流支路(2)電連接，無功電流支路(2) 直接導(dǎo)線接入配電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相全橋式換流器裝置，其特征在于支路一控制器(4) 包括第一數(shù)字鎖相控制器(8)，第一交流電壓采樣器(7)通過導(dǎo)線連接到第一數(shù)字鎖相控制器(8)，模式控制器(6)通過導(dǎo)線連接到有功電流發(fā)生器(14)，第一數(shù)字鎖相控制器(8) 與有功電流發(fā)生器(14)電連接，有功電流發(fā)生器(14)與第一無差拍控制器(10)電連接，第一無差拍控制器(10)與第一脈沖發(fā)生器(13)電連接，第一載波發(fā)生器(12)與第一脈沖發(fā)生器(13)電連接，第一脈沖發(fā)生器(13)與第一 IGBT模塊電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相全橋式換流器裝置，其特征在于支路二控制器(5) 包括第二數(shù)字鎖相控制器(20)，第二交流電壓采樣器(19)通過導(dǎo)線連接到第二數(shù)字鎖相控制器(20)，第二數(shù)字鎖相控制器(20)與無功電流檢測(cè)器(15)電連接，無功電流檢測(cè)器 (15)與無功電流發(fā)生器(17)電連接，第二直流電壓采樣器(18)與直流電壓控制器(16)電連接，直流電壓控制器(16)與無功電流發(fā)生器(17)電連接，無功電流發(fā)生器(17)與第二無差拍控制器(23)電連接，第二無差拍控制器(23)與第二脈沖發(fā)生器(33)電連接，第二載波發(fā)生器(32)與第二脈沖發(fā)生器(33)電連接，第二脈沖發(fā)生器(33)與第二 IGBT模塊電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三相全橋式換流器裝置，其特征在于第一數(shù)字鎖相控制器(8 )包括坐標(biāo)變換器(25 )，坐標(biāo)變換器(25 )與正序電壓提取器(27 )電連接，正序電壓提取器(27)與PI調(diào)節(jié)器(28)電連接，PI調(diào)節(jié)器(28)與積分器(29)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種三相全橋式換流器裝置，其特征在于無功電流檢測(cè)器 (15)包括負(fù)荷電流采樣器(24)，它與坐標(biāo)變換器(25)電連接，坐標(biāo)變換器(25)與低通濾波器(26)電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相全橋式換流器裝置，它包括有功電流支路(1)和無功電流支路(2)，有功電流支路(1)的直流側(cè)有蓄電池(3)，蓄電池(3)正負(fù)端與直流側(cè)電源正負(fù)端并聯(lián)，支路一控制器(4)與有功電流支路(1)電連接，有功電流支路(1)經(jīng)星三角變壓器轉(zhuǎn)換后通過導(dǎo)線接入配電網(wǎng)，支路二控制器(5)與無功電流支路(2)電連接，無功電流支路(2)直接導(dǎo)線接入配電網(wǎng)；解決了配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓小擾動(dòng)較頻繁尤其是存在負(fù)序電壓時(shí)，配電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)對(duì)補(bǔ)償裝置灌入較大的負(fù)序電流導(dǎo)致威脅補(bǔ)償裝置安全穩(wěn)定等問題。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102570880SQ20121002830
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者劉坤, 劉寧, 劉志超, 張利聲, 操豐梅, 文晶, 李慶生, 林順生, 王晶明, 皮顯松, 羅勇, 趙慶明, 陳曉 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司, 安順供電局, 貴州電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心