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領域
本發明屬于電力電子控制技術領域，尤其涉及一種針對有功和無功電流綜合補償的基于三相電壓型橋式換流器裝置。
背景技術：
三相電壓型橋式換流器一般用于無功電流補償，無功電流及諧波電流補償(有源濾波器功能)。
無功補償裝置以及有源濾波器一般均工作在系統電壓波動頻繁的配電網中，中國專利申請200710034455. 5 (申請號)介紹了一種控制直流側電容電壓穩定，避免電容電壓超調現象的方法，中國專利申請2011100921 . 1 (申請號)介紹了一種在電網負載變化的情況下，仍然具有良好的諧波補償效果的控制方法，現有的方法大都是關注直流電壓穩定問題和諧波補償效果等裝置相關的直接問題。然而配電網系統電壓小擾動較頻繁尤其是存在負序電壓時，若沒有采取相應的控制方法，系統會對無功補償裝置灌入較大的負序電流， 威脅裝置的安全穩定運行。發明內容
本發明要解決的技術問題提供一種三相全橋式換流器裝置，以解決配電網系統電壓小擾動較頻繁尤其是存在負序電壓時，配電網系統會對無功補償裝置灌入較大的負序電流導致威脅無功補償裝置安全穩定等問題。
本發明技術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有蓄電池，蓄電池正負端與直流側電源正負端并聯，支路一控制器與有功電流支路電連接，有功電流支路經星三角變壓器轉換后通過導線接入配電網，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線接入配電網。
支路一控制器包括第一數字鎖相控制器，第一交流電壓采樣器通過導線連接到第一數字鎖相控制器，模式控制器通過導線連接到有功電流發生器，第一數字鎖相控制器與有功電流發生器電連接，有功電流發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生器電連接，第一載波發生器與第一脈沖發生器電連接，第一脈沖發生器與第一 IGBT模塊電連接。
支路二控制器包括第二數字鎖相控制器，第二交流電壓采樣器通過導線連接到第二數字鎖相控制器，第二數字鎖相控制器與無功電流檢測器電連接，無功電流檢測器與無功電流發生器電連接，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生器電連接，無功電流發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生器電連接，第二載波發生器與第二脈沖發生器電連接，第二脈沖發生器與第二 IGBT模塊電連接。
第一數字鎖相控制器包括坐標變換器，坐標變換器與正序電壓提取器電連接，正序電壓提取器與PI調節器電連接，PI調節器與積分器電連接。
無功電流檢測器包括負荷電流采樣器，它與坐標變換器電連接，坐標變換器與低通濾波器電連接。
本發明有益效果本發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側負序電壓的信息裝置發出等量的負序電壓從而避免產生較大的負序電流，克服現有技術存在的系統對裝置灌入較大的負序電流的問題，從而保證裝置的安全穩定運行，同時該裝置通過有功電流支路和無功電流支路的協調運行，通過支路一控制器和支路二控制器的協調控制，達到對系統削峰填谷以及無功補償的功能，由于采用無差拍控制，將系統電壓的采樣值直接作為調制波的一部分，其中無需進行坐標變換就可以考慮到系統電壓的負序分量，所以若電網存在負序電壓時，本發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發出對應電網的負序電壓，從而避免較大負序電流的產生，并且節省了負序電壓提取的時間。該環節也是裝置能夠穩定，安全實現削峰填谷和補償無功的綜合功能的重要環節；解決了配電網系統電壓小擾動較頻繁尤其是存在負序電壓時，配電網系統對補償裝置灌入較大的負序電流，威脅補償裝置安全穩定等問題。
圖1是本發明主回路電路示意圖； 圖2是本發明支路一控制器組成示意圖； 圖3是本發明支路二控制器組成示意圖； 圖4是本發明無功電流檢測器組成示意圖； 圖5是本發明數字鎖相控制器組成示意圖； 圖6是無功電流發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。
具體實施方式
為使本發明的技術方案，控制優點更加明確，下面將結合附圖對本發明做詳細的解釋說明。
本發明實施例提供了一種基于三相電壓型橋式換流器裝置，針對有功和無功電流綜合補償的控制策略。本控制策略是基于低壓配電網系統電壓波動頻繁的前提下，仍然能夠穩定，安全的實現削峰填谷以及補償無功負荷的功能。
本發明實施例的介紹是基于主電路采用兩個三相電壓型橋式換流器的拓撲結構， 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的直流側有蓄電池3，蓄電池3正負端與直流側電源正負端并聯，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經星三角變壓器轉換后通過導線接入配電網，支路二控制器5與無功電流支路2導線連接，無功電流支路2直接導線接入配電網，模式控制器6通過導線連接到配電系統。
橋式換流器的拓撲結構中包括電容器、二極管、IGBT0
支路一控制器4包括(見圖2 )第一數字鎖相控制器8，第一交流電壓采樣器7通過導線連接到第一數字鎖相控制器8，模式控制器6通過導線連接到有功電流發生器14，第一數字鎖相控制器8與有功電流發生器14通過數據讀取函數連接，有功電流發生器14與第一無差拍控制器10通過數據讀取函數連接，第一無差拍控制器10與第一脈沖發生器13通過數據函數調用連接，第一載波發生器12與第一脈沖發生器13通過數據讀取函數連接，第一脈沖發生器13與第一 IGBT模塊通過光纖實現數據連接。
支路二控制器5包括(見圖3)第二數字鎖相控制器20，第二交流電壓采樣器19通過導線連接到第二數字鎖相控制器20，第二數字鎖相控制器20與無功電流檢測器15通過數據讀取函數連接，無功電流檢測器15與無功電流發生器17通過數據讀取函數連接，第二直流電壓采樣器18與直流電壓控制器16通過導線連接，直流電壓控制器16與無功電流發生器17通過數據讀取函數連接，無功電流發生器17與第二無差拍控制器23通過數據讀取函數連接，第二無差拍控制器23與第二脈沖發生器33通過數據讀取函數連接，第二載波發生器32與第二脈沖發生器33通過數據讀取函數連接，第二脈沖發生器33與第二 IGBT模塊通過光纖連接。
無功電流檢測器15包括(見圖4)負荷電流采樣器對，它與坐標變換器25通過導線連接，坐標變換器25與低通濾波器沈通過數據讀取函數連接。
第一數字鎖相控制器8包括(見圖5)坐標變換器25，坐標變換器25與正序電壓提取器27通過數據讀取函數連接，正序電壓提取器27與PI調節器28通過數據讀取函數連接，PI調節器觀與積分器四通過數據讀取函數連接。
無功電流發生器17 (見圖6)由正弦函數發生器30通過數據函數調用無功電流檢測器15的輸出、直流電壓控制器16的輸出、第二數字鎖相控制器20的輸出形成。
第一無差拍控制器10的工作原理為(見圖7)調制波生成器一 31通過數據調用函數接收有功電流發生器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通過導線分別連接接收其數據，形成數據交接。
第二無差拍控制器23的工作原理為(見圖8)調制波生成器二 34通過數據調用函數接收無功電流發生器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分別連接進行數據交接。
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交流側三相電流ia2，Ib2，ic2 ；
PI調節器觀的傳遞函數為低通濾波器26的傳遞函數為_ = w二一“ 其中，ε為低通濾波器沈的阻尼系數，本發明取值0. 707其中，K為比例增益，T為積分時間常數。比例增益K與積分時間常數T需要根據實際情況來調整，例如，硬件參數、主回路結構等等。
無功電流檢測器15，用于提取負荷電流中的無功分量，主要包括坐標變換器25， 低通濾波器26。
其中三相靜止坐標到兩相旋轉坐標系的變換矩陣C3。負荷電流米樣器對，用于米集負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定在期望值，主要包括減法器、PI調節器觀、 乘法器。為低通濾波器沈的截止頻率，本發明取值50Hz第一數字鎖相控制器8，用于準確跟蹤系統電壓角度，避免在相角突變的情況下，有功和無功也發生較大突變，主要包括坐標變換器25、正序電壓提取器27、PI調節器觀、積分器 (29)。
其中坐標變換器25為Uq經過四分之一周期延時得到 ^，最終得到的正序電壓為將 ζ與0作比較，進入PI調節器28，PI調節器觀的輸出再加上系統頻率50Hz的結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。
有功電流發生器14根據模式控制器6的有功功率指令，數字鎖相控制器8的輸出生成有功電流。
無功電流發生器17，根據無功電流檢測器15的輸出，直流電壓控制器16的輸出以及第二數字鎖相控制器20的輸出生成無功電流。
若作為削峰填谷，以有功電流為目標時，目標電流發生器25只取有功電流發生器 14的輸出作為目標電流；若進行無功補償時，目標電流發生器只取無功電流發生器17的輸出作為目標電流。
第一無差拍控制器10，以有功電流發生器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，將系統電壓的采樣值直接作為調制波的一部分，其中無需進行坐標變換就可以考慮到系統電壓的負序分量。所以若電網存在負序電壓時，本發明能夠及時發出對應電網的負序電壓，從而避免較大負序電流的產生。該環節也是裝置能夠穩定，安全實現削峰填谷和補償無功的綜合功能的重要環節。
第一載波發生器12 用于生成0到1周期變化的三角波。
第一脈沖發脈沖生器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生器13的輸出比較，當調制波大于載波時，橋臂的上管導通，下管關斷。
第二載波發生器32 用于生成0到1周期變化的三角波第二脈沖發脈沖生器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生器23的輸出比較，當調制波大于載波時，橋臂的上管導通，下管關斷。
權利要求
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)的直流側有蓄電池(3)，蓄電池(3)正負端與直流側電源正負端并聯，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)經星三角變壓器轉換后通過導線接入配電網，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) 直接導線接入配電網。
2.根據權利要求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) 包括第一數字鎖相控制器(8)，第一交流電壓采樣器(7)通過導線連接到第一數字鎖相控制器(8)，模式控制器(6)通過導線連接到有功電流發生器(14)，第一數字鎖相控制器(8) 與有功電流發生器(14)電連接，有功電流發生器(14)與第一無差拍控制器(10)電連接，第一無差拍控制器(10)與第一脈沖發生器(13)電連接，第一載波發生器(12)與第一脈沖發生器(13)電連接，第一脈沖發生器(13)與第一 IGBT模塊電連接。
3.根據權利要求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) 包括第二數字鎖相控制器(20)，第二交流電壓采樣器(19)通過導線連接到第二數字鎖相控制器(20)，第二數字鎖相控制器(20)與無功電流檢測器(15)電連接，無功電流檢測器 (15)與無功電流發生器(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)與無功電流發生器(17)電連接，無功電流發生器(17)與第二無差拍控制器(23)電連接，第二無差拍控制器(23)與第二脈沖發生器(33)電連接，第二載波發生器(32)與第二脈沖發生器(33)電連接，第二脈沖發生器(33)與第二 IGBT模塊電連接。
4.根據權利要求2所述的一種三相全橋式換流器裝置，其特征在于第一數字鎖相控制器(8 )包括坐標變換器(25 )，坐標變換器(25 )與正序電壓提取器(27 )電連接，正序電壓提取器(27)與PI調節器(28)電連接，PI調節器(28)與積分器(29)電連接。
5.根據權利要求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器 (15)包括負荷電流采樣器(24)，它與坐標變換器(25)電連接，坐標變換器(25)與低通濾波器(26)電連接。
全文摘要
本發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)的直流側有蓄電池(3)，蓄電池(3)正負端與直流側電源正負端并聯，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)經星三角變壓器轉換后通過導線接入配電網，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)直接導線接入配電網；解決了配電網系統電壓小擾動較頻繁尤其是存在負序電壓時，配電網系統會對補償裝置灌入較大的負序電流導致威脅補償裝置安全穩定等問題。
文檔編號H02J3/18GK102570880SQ20121002830
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者劉坤, 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 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司, 安順供電局, 貴州電網公司電網規劃研究中心