一種獨(dú)特h全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，包括：斷路器、接觸器、預(yù)充電電阻、LCL濾波器、逆變單元、監(jiān)控電路以及電源變換電路；斷路器的一端接入電網(wǎng)，另一端依次與接觸器、LCL濾波器和逆變單元串接；預(yù)充電電阻并接在接觸器兩端；逆變單元與監(jiān)控電路的相連；監(jiān)控電路的另外兩端分別接入LCL濾波器和接觸器的連接點(diǎn)以及斷路器與電網(wǎng)的連接點(diǎn)；電源變換電路一端與逆變電源相連，另一端與監(jiān)控電路相連。本實(shí)用新型所提出的一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷電流特性擾動(dòng)狀況的模擬，輸出了完全受控的諧波電流與無功電流。
【專利說明】一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電網(wǎng)中的電流擾動(dòng)，特別是一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，負(fù)荷的種類越來越豐富。而且隨著電力電子技術(shù)的廣泛發(fā)展與應(yīng)用，非線性負(fù)荷也在不斷增加。電氣化鐵路和軋鋼機(jī)等沖擊負(fù)荷日益增大，這些非線性、沖擊性特性以及諧波豐富的負(fù)荷，使得諧波、電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡等傳統(tǒng)電能質(zhì)量問題進(jìn)一步惡化，引發(fā)電網(wǎng)事故和生產(chǎn)設(shè)備異常。
[0003]電能質(zhì)量問題日益突出，引起供用電雙方的廣泛關(guān)注。為了解決電能質(zhì)量問題，國(guó)外學(xué)者研制了多種電能質(zhì)量補(bǔ)償和治理產(chǎn)品，如有源濾波器抑制諧波，短路電流限制器限制故障電流，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器補(bǔ)償電壓暫降，靜止無功補(bǔ)償器抑制電壓波動(dòng)和閃變的等，國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者提出了電能質(zhì)量復(fù)合控制裝置。這些電能質(zhì)量治理裝置出廠時(shí)，都需要檢驗(yàn)設(shè)備的有效性。另外，對(duì)于電能質(zhì)量控制技術(shù)的新算法研究，需要在實(shí)際裝置上去驗(yàn)證，要滿足這樣的需求，就需要能夠產(chǎn)生包括各類電能質(zhì)量問題在內(nèi)的具有一定帶寬和驅(qū)動(dòng)能力的電力擾動(dòng)發(fā)生裝置，電流擾動(dòng)發(fā)生裝置可為測(cè)量、分析、評(píng)估電網(wǎng)電能質(zhì)量提供平臺(tái)。
[0004]此外，基于多電平變流電路的變流器，因易實(shí)現(xiàn)大容量和高電壓等級(jí)，且輸出電壓波形畸變小等特點(diǎn)，可以不用隔離變壓器直接通過連接電感接入系統(tǒng)。所以基于多電平變流電路逐漸成為了研究的熱點(diǎn)。與級(jí)聯(lián)多電平變流電路相比，二極管鉗位多電平變流電路結(jié)構(gòu)需要大量的鉗位二極管，成本較高；飛跨電容多電平變流器結(jié)構(gòu)需要大量的鉗位電容，而且這兩種電路還存在直流側(cè)分壓電容電壓不均衡的問題，控制復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，以克服現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)中存在電能質(zhì)量問題，且本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于，包括:斷路器、接觸器、預(yù)充電電阻、LCL濾波器、逆變單元、監(jiān)控電路以及電源變換電路；所述斷路器的一端接入電網(wǎng)，另一端與所述接觸器一端相連并接入所述預(yù)充電電阻的一端；所述預(yù)充電電阻的另一端與所述接觸器的另一端相連，并接入所述LCL濾波器的一端；所述LCL濾波器的另一端接入所述逆變單元的第一輸出端；所述逆變單元的輸入端與所述監(jiān)控電路的一輸出端相連；所述逆變單元的第二輸出端接入所述監(jiān)控電路的第一輸入端；所述逆變單元的第三輸出端經(jīng)所述電源變換電路接入所述監(jiān)控電路的第二輸入端；所述監(jiān)控電路的第三輸入端接入所述LCL濾波器和所述接觸器的連接點(diǎn)；所述監(jiān)控電路的第四輸入端接入所述斷路器與電網(wǎng)的連接點(diǎn)；其中，所述逆變單元包括三個(gè)單相電路；所述單相電路包括兩個(gè)電抗器、濾波電路和逆變電路；其中一電抗器的一端與另一電抗器的一端相連，另一電抗器的另一端與所述逆變電路一端連接；所述濾波電路的一端接入兩個(gè)電抗器的連接點(diǎn)，且所述濾波電路包括串聯(lián)連接的一電容器和一電阻；其中，三個(gè)單相電路中的濾波電路的另一端兩兩相互連接，三個(gè)單相電路中的逆變電路的另一端兩兩相互連接。
[0007]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述逆變電路包括N個(gè)IGBT橋臂電路，N為大于等于2的正整數(shù)；每個(gè)IGBT橋臂電路包括兩個(gè)端口 ；其中，第一 IGBT橋臂電路的一端作為所述逆變電路的一端，另一端接入第二 IGBT橋臂電路的一端，且對(duì)于第二至第N IGBT橋臂電路，后一個(gè)IGBT橋臂電路的一端均接入前一個(gè)IGBT橋臂電路的另一端；第N IGBT橋臂電路的另一端作為所述逆變電路的另一端。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述IGBT橋臂電路包括兩個(gè)IGBT橋臂以及一電容器,且兩個(gè)IGBT橋臂和電容器并聯(lián)連接；所述IGBT橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)連接的IGBT電路；其中，一個(gè)IGBT橋臂中兩個(gè)IGBT電路的連接點(diǎn)作為所述IGBT橋臂電路的一端，另一個(gè)IGBT橋臂中兩個(gè)IGBT電路的連接點(diǎn)作為所述IGBT橋臂電路的另一端。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中,所述IGBT電路包括一 IGBT管和一二極管；所述二極管的陰極與所述IGBT管的集電極相連，所述二極管的陽極與所述IGBT管的發(fā)射極相連。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述LCL濾波器包括兩個(gè)串聯(lián)的電抗器和一個(gè)電容器；該電容器的一端接入兩個(gè)電抗器的連接點(diǎn)，另一端接地。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，:所述監(jiān)控電路包括驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路和顯示輸入電路；所述驅(qū)動(dòng)電路、所述顯示輸入電路均與所述數(shù)據(jù)處理電路相連；且所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端作為所述監(jiān)控電路的輸出端，所述數(shù)據(jù)處理電路的輸入端作為所述監(jiān)控電路的輸入端。
[0012]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0013]1.本實(shí)用新型所提出的一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，可靈活生成各種諧波電流擾動(dòng)，利用模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，電能質(zhì)量治理設(shè)備的試驗(yàn)平臺(tái)能夠各種電氣設(shè)備進(jìn)行帶載測(cè)試；所涉及的H橋多電平變流電路的結(jié)構(gòu)緊湊，器件數(shù)量較少，輸出電壓波形質(zhì)量好，輸出電流波形平滑，控制易實(shí)現(xiàn)，而且H橋變流電路在物理結(jié)構(gòu)上的一致性，有效地降低了成本，也提高了可靠性；
[0014]2.在本實(shí)用新型中，電路中的每個(gè)電氣元件都小型化和標(biāo)準(zhǔn)化，整個(gè)拓?fù)浞庋b在一個(gè)的模塊內(nèi)。逆變單元中的IGBT、LCL濾波器中的濾波電感和阻尼電阻都微型化，功率減小，而且發(fā)熱元件平均分配到模塊中，熱量均勻，電氣元件不易發(fā)生因?yàn)闇囟冗^高而失效；模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路將接觸器、電抗器、IGBT功率器件、采樣、驅(qū)動(dòng)等所有一次元件都集成在一個(gè)功率模塊中，且所有元器件都是標(biāo)準(zhǔn)配置，有利于產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，且方便維護(hù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型逆變單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型逆變單元中逆變電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。
[0019]本實(shí)用新型的提供一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，如圖1所示，其特征在于，包括:斷路器、接觸器、預(yù)充電電阻、LCL濾波器、逆變單元、監(jiān)控電路以及電源變換電路；所述斷路器的一端接入電網(wǎng)，另一端與所述接觸器一端相連并接入所述預(yù)充電電阻的一端；所述預(yù)充電電阻的另一端與所述接觸器的另一端相連，并接入所述LCL濾波器的一端；在本實(shí)施例中，所述LCL濾波器包括兩個(gè)串聯(lián)的電抗器和一個(gè)電容器；該電容器的一端接入兩個(gè)電抗器的連接點(diǎn)，另一端接地，即所述預(yù)充電電阻的另一端與一電抗器一端相連；所述LCL濾波器的另一端接入所述逆變單元的第一輸出端，即逆變單元的一輸出端與另一電抗器的一端相連；所述逆變單元的輸入端與所述監(jiān)控電路的一輸出端相連；所述逆變單元的第二輸出端接入所述監(jiān)控電路的第一輸入端；所述逆變單元的第三輸出端經(jīng)所述電源變換電路接入所述監(jiān)控電路的第二輸入端；所述監(jiān)控電路的第三輸入端接入所述LCL濾波器和所述接觸器的連接點(diǎn)；所述監(jiān)控電路的第四輸入端接入所述斷路器與電網(wǎng)的連接點(diǎn)。
[0020]在本實(shí)施例中，如圖2所示,所述逆變單元包括三個(gè)單相電路,A相、B相和C相；且所述單相電路包括兩個(gè)電抗器、濾波電路和逆變電路；其中一電抗器的一端與另一電抗器的一端相連，另一電抗器的另一端與所述逆變電路一端連接；所述濾波電路包括串聯(lián)連接的一電容器和一電阻，且所述濾波電路的一端接入兩個(gè)電抗器的連接點(diǎn)；其中，三個(gè)單相電路中的濾波電路的另一端兩兩相互連接，三個(gè)單相電路中的逆變電路的另一端兩兩相互連接；即A相電路中的濾波電路的一端接入電抗器LI和電抗器L2的連接點(diǎn)，另一端與B相電路的另一端相連相電路中的濾波電路的一端接入電抗器L3和電抗器L4的連接點(diǎn)，另一端與C相電路的另一端相連；C相電路中的濾波電路的一端接入電抗器L5和電抗器L6的連接點(diǎn)；且A相電路中的逆變電路、B相電路中的逆變電路和C相電路中的逆變電路另外一端兩兩相連。
[0021 ] 進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖3所示，所述逆變電路包括N個(gè)IGBT橋臂電路，N為大于等于2的正整數(shù)，即第一 IGBT橋臂電路?第N IGBT橋臂電路；每個(gè)IGBT橋臂電路包括兩個(gè)端口 ；其中，第一 IGBT橋臂電路的一端作為所述逆變電路的一端，另一端接入第二IGBT橋臂電路的一端，且對(duì)于第二 IGBT橋臂電路至第N IGBT橋臂電路，后一個(gè)IGBT橋臂電路的一端均接入前一個(gè)IGBT橋臂電路的另一端，即第三IGBT橋臂電路的一端接入第二IGBT橋臂電路的另一端，以此類推，第NIGBT橋臂電路的一端接入第N_1 IGBT橋臂電路的另一端，且第N個(gè)IGBT橋臂電路的另一端作為所述逆變電路的另一端。
[0022]進(jìn)一步的，如圖3所示，所述IGBT橋臂電路包括兩個(gè)IGBT橋臂以及一電容器，且兩個(gè)IGBT橋臂和電容器并聯(lián)連接；所述IGBT橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)連接的IGBT電路，如第一IGBT橋臂電路中，IGBT電路Sll和IGBT電路13組成的IGBT橋臂以及IGBT電路S12和IGBT電路S14組成的IGBT橋臂；其中，一個(gè)IGBT橋臂中兩個(gè)IGBT電路的連接點(diǎn)作為所述IGBT橋臂電路的一端，另一個(gè)IGBT橋臂中兩個(gè)IGBT電路的連接點(diǎn)作為所述IGBT橋臂電路的另一端。所述IGBT電路包括一 IGBT管和一二極管；所述二極管的陰極與所述IGBT管的集電極相連，所述二極管的陽極與所述IGBT管的發(fā)射極相連。
[0023]在本實(shí)施例中，所述監(jiān)控電路包括驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路和顯示輸入電路；所述驅(qū)動(dòng)電路、所述顯示輸入電路均與所述數(shù)據(jù)處理電路相連；且所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端作為所述監(jiān)控電路的輸出端，所述數(shù)據(jù)處理電路的輸入端作為所述監(jiān)控電路的輸入端。
[0024]為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更了解本實(shí)用新型，下面結(jié)合現(xiàn)有軟體對(duì)本實(shí)用新型的功能進(jìn)行描述，該描述過程中涉及的現(xiàn)有軟體不是本實(shí)用新型的保護(hù)客體，本實(shí)用新型僅保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)以及連接關(guān)系。
[0025]本實(shí)用新型所提出的一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路并聯(lián)接于電力系統(tǒng)中，通過后臺(tái)監(jiān)控電路設(shè)置目標(biāo)擾動(dòng)量，然后通過數(shù)據(jù)處理電路控制輸出電壓的幅值和相角來產(chǎn)生相應(yīng)的擾動(dòng)電流，且采用脈沖寬度調(diào)制SPWM調(diào)制方式，在較低開關(guān)頻率下得到高等效開關(guān)頻率的效果，實(shí)現(xiàn)模擬電網(wǎng)電流的真實(shí)擾動(dòng)。在相同的開關(guān)頻率下，本實(shí)用新型所提出的一種獨(dú)特H全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路比傳統(tǒng)兩電平輸出的電平數(shù)增多，產(chǎn)生的諧波電壓遠(yuǎn)低于兩電平的輸出諧波電壓。在相同的直流母線電壓下，多電平電流擾動(dòng)發(fā)生電路產(chǎn)生的沖擊電壓(dv/dt)為傳統(tǒng)兩電平的一半，降低了逆變單元中每個(gè)IGBT管的開關(guān)應(yīng)力和開關(guān)損耗，使得IGBT管工作更可靠。且在逆變單元中，每個(gè)單相電路中的逆變電路都是由N個(gè)IGBT橋臂電路H全橋拓?fù)錁?gòu)成；每個(gè)IGBT橋臂電路輸出電壓為三種狀態(tài)電平，每個(gè)單相電路N個(gè)單元疊加，就可產(chǎn)生2N+1種不同的電平等級(jí)，隨著H橋數(shù)量的增加,輸出電壓的崎變率也明顯改善,且隨著H橋數(shù)量的增加，系統(tǒng)的容量也相應(yīng)增加。
[0026]以上是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種獨(dú)特II全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于，包括:斷路器、接觸器、預(yù)充電電阻、1X1濾波器、逆變單元、監(jiān)控電路以及電源變換電路；所述斷路器的一端接入電網(wǎng)，另一端與所述接觸器一端相連并接入所述預(yù)充電電阻的一端；所述預(yù)充電電阻的另一端與所述接觸器的另一端相連，并接入所述1X1濾波器的一端；所述1X1濾波器的另一端接入所述逆變單元的第一輸出端；所述逆變單元的輸入端與所述監(jiān)控電路的一輸出端相連；所述逆變單元的第二輸出端接入所述監(jiān)控電路的第一輸入端；所述逆變單元的第三輸出端經(jīng)所述電源變換電路接入所述監(jiān)控電路的第二輸入端；所述監(jiān)控電路的第三輸入端接入所述1X1濾波器和所述接觸器的連接點(diǎn)；所述監(jiān)控電路的第四輸入端接入所述斷路器與電網(wǎng)的連接點(diǎn)；其中，所述逆變單元包括三個(gè)單相電路；所述單相電路包括兩個(gè)電抗器、濾波電路和逆變電路；其中一電抗器的一端與另一電抗器的一端相連，另一電抗器的另一端與所述逆變電路一端連接；所述濾波電路的一端接入兩個(gè)電抗器的連接點(diǎn)，且所述濾波電路包括串聯(lián)連接的一電容器和一電阻；其中，三個(gè)單相電路中的濾波電路的另一端兩兩相互連接，三個(gè)單相電路中的逆變電路的另一端兩兩相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)特II全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于:所述逆變電路包括~個(gè)1681橋臂電路4為大于等于2的正整數(shù)；其中，第一叩81'橋臂電路的一端作為所述逆變電路的一端，另一端接入第二 1681橋臂電路的一端，且對(duì)于第二至第~ 1681橋臂電路，后一個(gè)叩81橋臂電路的一端均接入前一個(gè)叩81橋臂電路的另一端；第~叩81橋臂電路的另一端作為所述逆變電路的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種獨(dú)特全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于:所述1681橋臂電路包括兩個(gè)1681橋臂以及一電容器，且兩個(gè)1681橋臂和電容器并聯(lián)連接；所述叩81橋臂包括兩個(gè)串聯(lián)連接的1(^81電路；其中，一個(gè)叩81橋臂中兩個(gè)1(?丁電路的連接點(diǎn)作為所述叩81橋臂電路的一端，另一個(gè)叩81橋臂中兩個(gè)叩81電路的連接點(diǎn)作為所述1681橋臂電路的另一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種獨(dú)特全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于:所述1681電路包括一 1681管和一二極管；所述二極管的陰極與所述1681管的集電極相連，所述二極管的陽極與所述1681管的發(fā)射極相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)特II全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于:所述1X1濾波器包括兩個(gè)串聯(lián)的電抗器和一個(gè)電容器；該電容器的一端接入兩個(gè)電抗器的連接點(diǎn)，另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獨(dú)特II全橋多電平的模塊化電流擾動(dòng)發(fā)生電路，其特征在于:所述監(jiān)控電路包括驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路和顯示輸入電路；所述驅(qū)動(dòng)電路、所述顯示輸入電路均與所述數(shù)據(jù)處理電路相連；且所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端作為所述監(jiān)控電路的輸出端，所述數(shù)據(jù)處理電路的輸入端作為所述監(jiān)控電路的輸入端。
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK204145281SQ201420611987
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】林焱, 吳丹岳, 黃道姍, 張逸, 林國(guó)慶, 盧敬偉, 李發(fā)祿 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院