專利名稱：串聯型電壓質量擾動發生裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電能質量分析與控制領域，特別是提供了一種串聯型電壓質量擾動發生裝置。
背景技術：
大容量多擾動類型的電壓質量擾動發生裝置是研究、評估、控制電能質量問題的基本設備，其開發研制受到國內外研究人員的廣泛重視。基于串聯補償模式實現大容量、多擾動類型的電壓質量擾動發生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價格昂貴、或容量較小的缺點，具有顯著的技術經濟優越性。裝置可在串聯調制模式下產生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等電壓質量擾動類型。
發明內容
本發明的目的在于提供一種串聯型電壓質量擾動發生裝置，可以產生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等多種電壓質量擾動類型。
本發明提出的串聯型電壓質量擾動發生裝置(以下簡稱為擾動裝置)，包括并聯換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級電容儲能系統3、單相全橋PWM變流器組4、串聯注入變壓器組5。如附圖1所示。可在串聯調制模式下產生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等電壓質量擾動類型。
并聯換流變壓器1為三相雙繞組變壓器，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11，變壓器原邊三相引線并聯連接到三相供電線路上，副邊三相引線連接到三相全橋PWM變流器2的三個橋臂終端。每個橋臂由上下兩個IGBT及其反并聯二極管串聯而成。三個橋臂上下端點分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負極。當三相全橋PWM變流器2工作于高頻整流狀態下時，能量從電網側流向直流側的負載；而它工作于再生狀態下，相當于三相PWM電壓型逆變器，將直流側的能量回饋到交流側電網。正負兩條直流母線連接到直流斬波器及超級電容儲能系統3。超級電容儲能系統，由180～200只超級電容單體串聯而成，連接到超級電容的兩只二極管實現對超級電容的保護。一只二極管陽極、陰極分別接至超級電容負極、正極；另一只二極管的陽極、陰極分別接至超級電容的正極、三相全橋PWM變流器2輸出的正極直流母線。直流斬波器及超級電容儲能系統3采用的開關器件為兩只IGBT，高位IGBT實現超級電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實現超級電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯。連接到超級電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側引線連接到直流斬波橋臂的終端。三相全橋PWM變流器2輸出的直流母線間并聯了直流斬波和超級電容儲能系統3后，連接到三臺單相全橋PWM變流器4的直流側，構成共用直流母線。為了支撐電壓及減小紋波，每臺單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器。每個單相全橋PWM變流器分別由兩個橋臂、四只IGBT構成，每只IGBT均反向并聯了續流二極管。單相全橋PWM變流器的兩個橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯濾波電感相連，然后接入串聯注入變壓器組5。串聯注入變壓器組由三臺單相注入變壓器構成，每臺變壓器均為單相雙繞組結構。
擾動裝置的工作原理簡述如下。
(1)產生過電壓、欠電壓擾動裝置產生過電壓和欠電壓擾動的機理是三個單相逆變器在控制器控制下分別向系統注入串聯電壓，當注入電壓的相位和系統同相時，負荷側產生過電壓現象；當注入電壓的相位和系統反相時，負荷側產生欠電壓現象，過電壓、欠電壓的比率和持續時間可以靈活設置。擾動裝置注入電壓按照系統相電壓設計，因此過電壓倍數可以達到2倍，而欠電壓可低至0V，可模擬供電中斷或短時供電中斷擾動。
(2)電壓暫降電壓暫降表現為電壓有效值一段時間內的跌落，通常由電力系統鄰域內的故障、大型負荷的啟動等造成，是電能質量諸問題中危害最嚴重，也較難治理的一種。擾動裝置通過注入與系統電壓反向的電壓信號能夠產生可在較大范圍內自由設定暫降深度和持續時間的擾動。
(3)三相不平衡若供用電系統三相不平衡度太大，會造成設備利用率下降、異常發熱、負序分量增加等一系列危害。擾動裝置采用三相分相控制模式，通過控制調制波為不同幅值產生不平衡的電壓，實現三相不平衡擾動。
(4)波形畸變擾動裝置通過產生幅值占系統相電壓一定比例的諧波疊加到系統電壓上，實現波形畸變的擾動。
(5)電壓波動與閃變電源電壓出現波動，則在驅動白熾燈等照明設備時，表現為燈光的閃爍。擾動裝置產生閃變擾動是控制每相逆變器產生一低頻交流信號對電源的工頻電壓進行調制，實現電壓幅度波動。
本發明的優點在于基于串聯補償模式實現大容量、多擾動類型的電壓質量擾動發生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價格昂貴、或容量較小的缺點，具有顯著的技術經濟優越性。擾動裝置可在串聯調制模式下產生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等多種電壓質量擾動類型。
圖1為本發明的串聯型電壓質量擾動發生裝置電路結構圖。其中，并聯換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級電容儲能系統3、單相全橋PWM變流器組4、串聯注入變壓器組5。
具體實施例方式
本發明提出的串聯型電壓質量擾動發生裝置(以下簡稱為擾動裝置)，由并聯換流變壓器1、三相全橋PWM變流器2、直流斬波器及超級電容儲能系統3、單相全橋PWM變流器組4、串聯注入變壓器組5組成，如附圖1所示。
并聯換流變壓器1為三相雙繞組變壓器，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11，變壓器原邊三相引線并聯連接到三相供電線路上，副邊三相引線連接到三相全橋PWM變流器2的三個橋臂終端。每個橋臂由上下兩個IGBT及其反并聯二極管串聯而成。三個橋臂上下端點分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負極。當三相全橋PWM變流器2工作于高頻整流狀態下時，能量從電網側流向直流側的負載；而它工作于再生狀態下，相當于三相PWM電壓型逆變器，將直流側的能量回饋到交流側電網。正負兩條直流母線連接到直流斬波器及超級電容儲能系統3。超級電容儲能系統，由200只超級電容單體串聯而成，連接到超級電容的兩只二極管實現對超級電容的保護。一只二極管陽極、陰極分別接至超級電容負極、正極；另一只二極管的陽極、陰極分別接至超級電容的正極、三相全橋PWM變流器2輸出的正極直流母線。直流斬波器及超級電容儲能系統3采用的開關器件為兩只IGBT，高位IGBT實現超級電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實現超級電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯。連接到超級電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側引線連接到直流斬波橋臂的終端。三相全橋PWM變流器2輸出的直流母線間并聯了直流斬波和超級電容儲能系統3后，連接到三臺單相全橋PWM變流器4的直流側，構成共用直流母線。為了支撐電壓及減小紋波，每臺單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器。每個單相全橋PWM變流器分別由兩個橋臂、四只IGBT構成，每只IGBT均反向并聯了續流二極管。單相全橋PWM變流器的兩個橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯濾波電感相連，然后接入串聯注入變壓器組5。串聯注入變壓器組由三臺單相注入變壓器構成，每臺變壓器均為單相雙繞組結構。
權利要求
1.串聯型電壓質量擾動發生裝置，其特征在于由包括并聯換流變壓器(1)、三相全橋PWM變流器(2)、直流斬波器及超級電容儲能系統(3)、單相全橋PWM變流器組(4)、串聯注入變壓器組(5)；a、并聯換流變壓器(1)為三相雙繞組換流變壓器，實現調節器與電網的隔離及能量的雙向輸送，原副邊分別為星形和三角形接線，連接組為Y/D-11；b、三相全橋PWM變流器(2)具有三個橋臂，每個橋臂由上下兩個IGBT及其反并聯二極管串聯而成，三個橋臂上下端點分別連接到一起，形成變流器的直流母線，上端母線為正極，下端母線為負極，當三相全橋PWM變流器工作于高頻整流狀態下時，能量從電網側流向直流側的負載；而它工作于再生狀態下，相當于三相PWM電壓型逆變器，將直流側的能量回饋到交流側電網；c、直流斬波和超級電容儲能系統(3)中的儲能系統，由180～220只超級電容單體串聯而成，連接到超級電容的兩只二極管實現對超級電容的保護；一只二極管陽極、陰極分別接至超級電容系統的負極、正極；另一只二極管的陽極、陰極分別接至超級電容的正極和三相全橋PWM變流器輸出的正極直流母線；直流斬波的開關器件為兩只IGBT，高位IGBT實現超級電容充電的降壓斬波控制，低位IGBT實現超級電容放電的升壓斬波控制，兩只二極管分別與IGBT反向并聯；連接到超級電容正極上的電感為升壓斬波與降壓斬波的共用電感，電感的另一側引線連接到直流斬波橋臂的終端；d、單相全橋PWM變流器組(4)包括三臺單相全橋PWM變流器、對應的直流電容和濾波電路，三臺單相全橋PWM變流器的直流側共用了直流母線，為了支撐電壓及減小紋波，每臺單相全橋PWM變流器的直流母線間連接有直流電容器，單相全橋PWM變流器分別由兩個橋臂、四只IGBT構成，每只IGBT反向并聯了續流二極管，單相全橋PWM變流器的兩個橋臂終端連接到LC低通濾波器，與三相串聯濾波電感相連；e、單相串聯注入變壓器組(5)由三臺單相注入變壓器構成，每臺變壓器均為單相雙繞組結構。
全文摘要
本發明提供了一種串聯型電壓質量擾動發生裝置，屬于電能質量分析與控制領域。包括并聯換流變壓器(1)、三相全橋PWM變流器(2)、直流斬波器及超級電容儲能系統(3)、單相全橋PWM變流器組(4)、串聯注入變壓器組(5)。本發明的優點在于基于串聯補償模式實現大容量、多擾動類型的電壓質量擾動發生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的功能單一、精度較低、價格昂貴、或容量較小的缺點，具有顯著的技術經濟優越性。擾動裝置可在串聯調制模式下產生電壓暫降、暫升、過電壓、欠電壓、三相不平衡、電壓波動與閃變、波形畸變等多種電壓質量擾動類型。
文檔編號H02J3/00GK1858955SQ200610012018
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月26日 優先權日2006年5月26日
發明者尹忠東 申請人:華北電力大學