專利名稱：一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電能質(zhì)量控制裝置，確切地說(shuō)公開(kāi)了一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置。
背景技術(shù)：
電能質(zhì)量問(wèn)題可分為兩大類1、電壓質(zhì)量問(wèn)題，指供電的可靠性以及供電電壓的幅值、波形、頻率的好壞等；2、電流質(zhì)量問(wèn)題，指負(fù)荷電流中的無(wú)功、諧波及負(fù)序分量的大小，這兩個(gè)問(wèn)題都是電力系統(tǒng)所關(guān)注的。這兩類問(wèn)題可以利用相應(yīng)的電力電子裝置來(lái)解決，如動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器可以解決電壓質(zhì)量問(wèn)題，有源電力濾波器可以解決電流質(zhì)量問(wèn)題。統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC)結(jié)合了動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器和有源電力濾波器兩者的功能，可以同時(shí)保證負(fù)荷側(cè)的電壓質(zhì)量和系統(tǒng)側(cè)的電流質(zhì)量。UPQC通常由三個(gè)基本單元組成串聯(lián)單元、并聯(lián)單元和直流儲(chǔ)能單元。其中串聯(lián)單元作電壓補(bǔ)償之用，以解決電壓質(zhì)量問(wèn)題，相當(dāng)于一臺(tái)動(dòng)態(tài)電壓補(bǔ)償器；并聯(lián)單元用作電流補(bǔ)償，來(lái)解決電流質(zhì)量問(wèn)題，相當(dāng)于一臺(tái)有源電力濾波器；直流儲(chǔ)能單元由直流電容器構(gòu)成，為串聯(lián)和并聯(lián)單元所共用，向它們提供穩(wěn)定的直流電壓。由于直流電容為串并聯(lián)兩單元所共用，在傳統(tǒng)的UPQC拓?fù)渲校瑸榉乐菇涣鞫搪?、直流電容直通等故障，交直流之間必須采取一定的電氣隔離，通常采用在串聯(lián)和并聯(lián)兩側(cè)分別加裝變壓器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離。變壓器的接入不僅提供了有效的隔離作用，還可以擴(kuò)大裝置的容量，使器件的選擇更加靈活。但變壓器的引入同時(shí)也會(huì)帶來(lái)諸如成本、體積、損耗、非線性、浪涌等不利因素。因此，在電壓等級(jí)較低或開(kāi)關(guān)器件的容量足夠的情況下引入變壓器的缺陷將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型屬于三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，它采取跨相結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而避免了短路問(wèn)題，無(wú)需額外的隔離變壓器，既能解決負(fù)荷引起的諧波問(wèn)題、不平衡問(wèn)題、功率因數(shù)低等問(wèn)題，又能解決電源側(cè)的跌落浪涌等問(wèn)題，旁路開(kāi)關(guān)為安裝、維護(hù)等提供了方便，增加了裝置的可靠性，無(wú)需大容量的儲(chǔ)能，單相跌落100%時(shí)也能補(bǔ)償。既能應(yīng)用于三相三線系統(tǒng)，又能應(yīng)用于三相四線系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種無(wú)需采取隔離措施的一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)三相UPQC所具有的各項(xiàng)電壓補(bǔ)償和電流補(bǔ)償功能。該裝置主要包括旁路開(kāi)關(guān)、三個(gè)全橋單元構(gòu)成；其特征在于所述的旁路開(kāi)關(guān)包括旁路開(kāi)關(guān)，并接在電源與負(fù)荷之間；電源側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，串接在電源與下述全橋單元之間；負(fù)荷側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，串接在負(fù)荷與下述全橋單元之間。所述的三個(gè)全橋單元，每個(gè)全橋單元包括1個(gè)并聯(lián)單元和I個(gè)串聯(lián)單元及一個(gè)儲(chǔ)能單元，串聯(lián)單元直接與電源相串，并聯(lián)單元在負(fù)荷側(cè)結(jié)成三角形結(jié)構(gòu)，所述的并聯(lián)單元，包括一個(gè)由兩個(gè)正向串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋和一個(gè)濾波電感，該濾波電感的一端接所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串接點(diǎn)，另一端接負(fù)荷側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的輸入端，所述逆變橋輸出的脈寬調(diào)制電壓波用來(lái)控制流過(guò)上述濾波電感的電流，使之能夠補(bǔ)償負(fù)荷電流中的無(wú)功、諧波和負(fù)序分量并維持直流母線電壓的恒定。所述的串聯(lián)單元，包括由另外兩個(gè)正向串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋、由濾波電容和另一濾波電感組成的低通濾波器以及旁路晶閘管，該濾波電感的一端接所述串聯(lián)單元中逆變橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管之間的串接點(diǎn)，所述串聯(lián)單元中的濾波電容和濾波電感的串接點(diǎn)接電源側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的輸出端，該串接點(diǎn)同時(shí)接所述旁路晶閘管的一端，該旁路晶閘管的另一端與上述濾波電容的另一端一起接于負(fù)荷側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的輸入端，所述串聯(lián)單元的逆變橋產(chǎn)生合適的脈寬調(diào)制電壓波來(lái)補(bǔ)償電源電壓的跌落、浪涌、諧波和負(fù)序成分，所述串聯(lián)單元中的低通濾波器用來(lái)濾除脈寬調(diào)制電壓波中的開(kāi)關(guān)諧波分量，所述旁路晶閘管在電源電壓正常 時(shí)導(dǎo)通，電源電壓由它直接提供給負(fù)荷，在出現(xiàn)電壓質(zhì)量問(wèn)題時(shí)關(guān)斷。所述的儲(chǔ)能單元，由兩組直流電容正向串聯(lián)組成，所述兩組直流電容的串接點(diǎn)接于所述旁路晶閘管的負(fù)荷端，所述儲(chǔ)能單元同時(shí)并接了串聯(lián)單元逆變橋、并聯(lián)單元逆變橋的兩端，該儲(chǔ)能單元為所述串聯(lián)單元和并聯(lián)單元提供穩(wěn)定的直流電壓。所述的一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，其中組成并聯(lián)單元和串聯(lián)單元的開(kāi)關(guān)管為絕緣柵雙極性晶體管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、集成門(mén)極換向晶閘管中的任何一種。本發(fā)明提出的一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，具有下面的優(yōu)點(diǎn)I、隔離開(kāi)關(guān)為安裝、維護(hù)帶來(lái)了方便；2、與傳統(tǒng)的UPQC相比，沒(méi)有引入變壓器或其他隔離環(huán)節(jié)，避免了變壓器帶來(lái)的諸多不利因素，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；3、儲(chǔ)能電容為串并聯(lián)單元所共用，既保證了兩單元之間的能量流動(dòng)，同時(shí)又不會(huì)發(fā)生電容直通、交流短路等故障；4、由于采取跨相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),無(wú)需大容量的儲(chǔ)能,單相跌落100%時(shí)也能補(bǔ)償；5、可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)三相UPQC的各項(xiàng)功能，能夠有效解決各類電壓和電流質(zhì)量問(wèn)題。總之，本實(shí)用新型提出的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，既省去了額外隔離環(huán)節(jié)，又可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)三相UPQC的各項(xiàng)電流補(bǔ)償和電壓補(bǔ)償功能。

參見(jiàn)附圖圖I是本發(fā)明的電路圖；圖2是補(bǔ)償諧波與不平衡的仿真圖；圖3a、b是補(bǔ)償三相電壓跌落時(shí)的仿真波形圖；圖4a、b是補(bǔ)償單相跌落100%時(shí)的仿真圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型提出的一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置的電路圖如圖I所示，主要包括串聯(lián)單元中的濾波電容1，串聯(lián)單元中的旁路晶閘管2，串聯(lián)單元中的濾波電感3 ;串聯(lián)單元中的開(kāi)關(guān)管4、5，兩個(gè)直流電容器組6、7，串聯(lián)組成儲(chǔ)能單元；兩個(gè)正向串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管8、9，組成并聯(lián)單元的逆變橋；并聯(lián)單元的濾波電感10、電源側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)11、負(fù)荷側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)12及旁路開(kāi)關(guān)13。安裝和維護(hù)時(shí)，閉合旁路開(kāi)關(guān)13，打開(kāi)電源側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)11、負(fù)荷側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)12 ;正常運(yùn)行時(shí)，閉合電源側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)11、負(fù)荷側(cè)的隔離開(kāi)關(guān)12，打開(kāi)旁路開(kāi)關(guān)13。當(dāng)負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)電流諧波、三相不平衡或無(wú)功較大等電流質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，為了保證電源電流仍為三相對(duì)稱的正弦量且電源發(fā)出的功率與負(fù)荷吸收的功率相等，并聯(lián)單元開(kāi)始工作，根據(jù)負(fù)荷電流與標(biāo)準(zhǔn)的電流相比較，控制并聯(lián)單元的開(kāi)關(guān)管(如A相的“8”、“9”)輸出相應(yīng)的補(bǔ)償量，從而使電源電流正弦、光滑、對(duì)稱。當(dāng)電源側(cè)出現(xiàn)電壓質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，為了保證負(fù)荷側(cè)電壓仍為三相對(duì)稱、幅值額定的正弦量，斷開(kāi)旁路晶閘管(如A相的“2”)，控制串聯(lián)單元(如A相的“4”、“5”)輸出相應(yīng)的補(bǔ) 償量，使得負(fù)荷電壓不受電源側(cè)電壓質(zhì)量的影響，保護(hù)了負(fù)荷。下面舉一個(gè)仿真實(shí)例來(lái)驗(yàn)證本發(fā)明提出的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的有效性。采用PSCAD/EMTDC仿真軟件包，電源線電壓額定值為380V，頻率為50Hz，負(fù)荷為非線性且不平衡的。附圖2為負(fù)荷諧波和不平衡時(shí)的補(bǔ)償效果，雖然負(fù)荷有諧波、波形畸變嚴(yán)重且不對(duì)稱，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，電源電流正弦且對(duì)稱。附圖3為電源電壓在O. 8s到I. 5s之間發(fā)生了三相跌落，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，負(fù)荷電壓始終為三相對(duì)稱、幅值額定的正弦波，附圖4為電源電壓發(fā)生單相100%跌落的補(bǔ)償波形，由于采取跨相結(jié)構(gòu)，從另外兩相得到了能量，即使單相100%跌落同樣得到了很好的補(bǔ)償。說(shuō)明本發(fā)明提出的電能質(zhì)量控制裝置可以有效地解決各類電能質(zhì)量問(wèn)題。
權(quán)利要求1.一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，主要包括旁路開(kāi)關(guān)和三個(gè)全橋單元構(gòu)成；其特征在于 所述的旁路開(kāi)關(guān)包括 旁路開(kāi)關(guān)，并聯(lián)在電源與負(fù)荷之間； 電源側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，串聯(lián)在電源與全橋單元之間； 負(fù)荷側(cè)隔離開(kāi)關(guān)，串聯(lián)在負(fù)荷與全橋單元之間； 所述的全橋單元有3個(gè)，每個(gè)全橋單元包括一個(gè)并聯(lián)單元、一個(gè)串聯(lián)單元和一個(gè)儲(chǔ)能單元，串聯(lián)單元直接與電源相串，并聯(lián)單元在負(fù)荷側(cè)結(jié)成三角形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，其特征在于 所述的并聯(lián)單元，包括由兩個(gè)正向串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋和一個(gè)濾波電感，該濾波電感的一端接所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串接點(diǎn)，另一端接負(fù)荷側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的輸入端； 所述的串聯(lián)單元，包括由另外兩個(gè)正向串聯(lián)的開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋、由濾波電容和另一濾波電感組成的低通濾波器以及旁路晶閘管，該濾波電感的一端連接所述串聯(lián)單元中逆變橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管之間的串接點(diǎn)，所述串聯(lián)單元中的濾波電容和濾波電感的串接點(diǎn)接電源側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的輸出端，該串接點(diǎn)同時(shí)連接所述旁路晶閘管的一端，該旁路晶閘管的另一端與上述濾波電容的另一端一起接于負(fù)荷側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的輸入端； 所述的儲(chǔ)能單元，由兩組直流電容正向串聯(lián)組成，所述兩組直流電容的串接點(diǎn)接于所述的旁路晶閘管的負(fù)荷端，所述儲(chǔ)能單元同時(shí)并接了串聯(lián)單元逆變橋、并聯(lián)單元逆變橋的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，其特征在于所述的組成并聯(lián)單元和串聯(lián)單元的開(kāi)關(guān)管為絕緣柵雙極性晶體管、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、集成門(mén)極換向晶閘管中的任何一種。
專利摘要一種帶旁路開(kāi)關(guān)的三相統(tǒng)一電能質(zhì)量控制裝置，主要包括:旁路開(kāi)關(guān)、三個(gè)全橋單元構(gòu)成；其特征在于旁路開(kāi)關(guān)并聯(lián)在電源與負(fù)荷之間，每個(gè)全橋單元包括一個(gè)并聯(lián)單元、一個(gè)串聯(lián)單元和一個(gè)儲(chǔ)能單元；并聯(lián)單元包括由兩個(gè)開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋和一個(gè)濾波電感；串聯(lián)單元包括由兩個(gè)開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋和一個(gè)由電容、電感組成的濾波器；儲(chǔ)能單元，由上下兩組直流電容串聯(lián)組成。本實(shí)用新型采取了跨相連接，避免了由串并聯(lián)單元共用儲(chǔ)能部分而引起的電容直通、交流短路等故障，故無(wú)需采取額外的隔離措施。各相串聯(lián)單元與電源相串聯(lián)，各相并聯(lián)單元在負(fù)荷側(cè)結(jié)成三角形，各相儲(chǔ)能單元相互獨(dú)立。具有補(bǔ)償諧波電流、電壓跌落、浪涌、100%單相跌落等功能。
文檔編號(hào)H02J3/18GK202488150SQ201220117018
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者仝紫諾, 李國(guó)杰, 蔡威 申請(qǐng)人:徐州宇飛電力科技有限公司