專利名稱：一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電能質量控制裝置，確切地說公開了一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置。
背景技術：
電能質量問題可分為兩大類1、電壓質量問題，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、電流質量問題，指負荷電流中的無功、諧波及負序分量的大小，這兩個問題都是電力系統所關注的。這兩類問題可以利用相應的電力電子裝置來解決，如動態電壓補償器可以解決電壓質量問題，有源電力濾波器可以解決電流質量問題。統一電能質量控制器(UPQC)結合了動態電壓補償器和有源電力濾波器兩者的功能，可以同時保證負荷側的電壓質量和系統側的電流質量。UPQC通常由三個基本單元組成串聯單元、并聯單元和直流儲能單元。其中串聯單元作電壓補償之用，以解決電壓質量問題，相當于一臺動態電壓補償器；并聯單元用作電流補償，來解決電流質量問題，相當于一臺有源電力濾波器；直流儲能單元由直流電容器構成，為串聯和并聯單元所共用，向它們提供穩定的直流電壓。由于直流電容為串并聯兩單元所共用，在傳統的UPQC拓撲中，為防止交流短路、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，通常采用在串聯和并聯兩側分別加裝變壓器的方法來實現隔離。變壓器的接入不僅提供了有效的隔離作用，還可以擴大裝置的容量，使器件的選擇更加靈活。但變壓器的引入同時也會帶來諸如成本、體積、損耗、非線性、浪涌等不利因素。因此，在電壓等級較低或開關器件的容量足夠的情況下引入變壓器的缺陷將遠遠大于所帶來的優勢。本實用新型屬于三相統一電能質量控制裝置，它采取跨相結構的設計，從而避免了短路問題，無需額外的隔離變壓器，既能解決負荷引起的諧波問題、不平衡問題、功率因數低等問題，又能解決電源側的跌落浪涌等問題，旁路開關為安裝、維護等提供了方便，增加了裝置的可靠性，無需大容量的儲能，單相跌落100%時也能補償。既能應用于三相三線系統，又能應用于三相四線系統。
發明內容本實用新型的目的是提供一種無需采取隔離措施的一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，以實現傳統三相UPQC所具有的各項電壓補償和電流補償功能。該裝置主要包括旁路開關、三個全橋單元構成；其特征在于所述的旁路開關包括旁路開關，并接在電源與負荷之間；電源側隔離開關，串接在電源與下述全橋單元之間；負荷側隔離開關，串接在負荷與下述全橋單元之間。所述的三個全橋單元，每個全橋單元包括1個并聯單元和I個串聯單元及一個儲能單元，串聯單元直接與電源相串，并聯單元在負荷側結成三角形結構，所述的并聯單元，包括一個由兩個正向串聯的開關管組成的逆變橋和一個濾波電感，該濾波電感的一端接所述兩個開關管的串接點，另一端接負荷側隔離開關的輸入端，所述逆變橋輸出的脈寬調制電壓波用來控制流過上述濾波電感的電流，使之能夠補償負荷電流中的無功、諧波和負序分量并維持直流母線電壓的恒定。所述的串聯單元，包括由另外兩個正向串聯的開關管組成的逆變橋、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單元中逆變橋的兩個開關管之間的串接點，所述串聯單元中的濾波電容和濾波電感的串接點接電源側隔離開關的輸出端，該串接點同時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荷側隔離開關的輸入端，所述串聯單元的逆變橋產生合適的脈寬調制電壓波來補償電源電壓的跌落、浪涌、諧波和負序成分，所述串聯單元中的低通濾波器用來濾除脈寬調制電壓波中的開關諧波分量，所述旁路晶閘管在電源電壓正常 時導通，電源電壓由它直接提供給負荷，在出現電壓質量問題時關斷。所述的儲能單元，由兩組直流電容正向串聯組成，所述兩組直流電容的串接點接于所述旁路晶閘管的負荷端，所述儲能單元同時并接了串聯單元逆變橋、并聯單元逆變橋的兩端，該儲能單元為所述串聯單元和并聯單元提供穩定的直流電壓。所述的一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，其中組成并聯單元和串聯單元的開關管為絕緣柵雙極性晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換向晶閘管中的任何一種。本發明提出的一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，具有下面的優點I、隔離開關為安裝、維護帶來了方便；2、與傳統的UPQC相比，沒有引入變壓器或其他隔離環節，避免了變壓器帶來的諸多不利因素，且結構簡單，成本較低；3、儲能電容為串并聯單元所共用，既保證了兩單元之間的能量流動，同時又不會發生電容直通、交流短路等故障；4、由于采取跨相結構設計,無需大容量的儲能,單相跌落100%時也能補償；5、可以實現傳統三相UPQC的各項功能，能夠有效解決各類電壓和電流質量問題。總之，本實用新型提出的三相統一電能質量控制裝置，既省去了額外隔離環節，又可以實現傳統三相UPQC的各項電流補償和電壓補償功能。
參見附圖圖I是本發明的電路圖；圖2是補償諧波與不平衡的仿真圖；圖3a、b是補償三相電壓跌落時的仿真波形圖；圖4a、b是補償單相跌落100%時的仿真圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例，對本實用新型的技術特征作進一步說明。本實用新型提出的一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置的電路圖如圖I所示，主要包括串聯單元中的濾波電容1，串聯單元中的旁路晶閘管2，串聯單元中的濾波電感3 ;串聯單元中的開關管4、5，兩個直流電容器組6、7，串聯組成儲能單元；兩個正向串聯的開關管8、9，組成并聯單元的逆變橋；并聯單元的濾波電感10、電源側的隔離開關11、負荷側的隔離開關12及旁路開關13。安裝和維護時，閉合旁路開關13，打開電源側的隔離開關11、負荷側的隔離開關12 ;正常運行時，閉合電源側的隔離開關11、負荷側的隔離開關12，打開旁路開關13。當負荷側出現電流諧波、三相不平衡或無功較大等電流質量問題時，為了保證電源電流仍為三相對稱的正弦量且電源發出的功率與負荷吸收的功率相等，并聯單元開始工作，根據負荷電流與標準的電流相比較，控制并聯單元的開關管(如A相的“8”、“9”)輸出相應的補償量，從而使電源電流正弦、光滑、對稱。當電源側出現電壓質量問題時，為了保證負荷側電壓仍為三相對稱、幅值額定的正弦量，斷開旁路晶閘管(如A相的“2”)，控制串聯單元(如A相的“4”、“5”)輸出相應的補 償量，使得負荷電壓不受電源側電壓質量的影響，保護了負荷。下面舉一個仿真實例來驗證本發明提出的三相統一電能質量控制器的有效性。采用PSCAD/EMTDC仿真軟件包，電源線電壓額定值為380V，頻率為50Hz，負荷為非線性且不平衡的。附圖2為負荷諧波和不平衡時的補償效果，雖然負荷有諧波、波形畸變嚴重且不對稱，經過補償后，電源電流正弦且對稱。附圖3為電源電壓在O. 8s到I. 5s之間發生了三相跌落，經過補償后，負荷電壓始終為三相對稱、幅值額定的正弦波，附圖4為電源電壓發生單相100%跌落的補償波形，由于采取跨相結構，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償。說明本發明提出的電能質量控制裝置可以有效地解決各類電能質量問題。
權利要求1.一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，主要包括旁路開關和三個全橋單元構成；其特征在于 所述的旁路開關包括 旁路開關，并聯在電源與負荷之間； 電源側隔離開關，串聯在電源與全橋單元之間； 負荷側隔離開關，串聯在負荷與全橋單元之間； 所述的全橋單元有3個，每個全橋單元包括一個并聯單元、一個串聯單元和一個儲能單元，串聯單元直接與電源相串，并聯單元在負荷側結成三角形結構。
2.根據權利要求I所述的一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，其特征在于 所述的并聯單元，包括由兩個正向串聯的開關管組成的逆變橋和一個濾波電感，該濾波電感的一端接所述兩個開關管的串接點，另一端接負荷側隔離開關的輸入端； 所述的串聯單元，包括由另外兩個正向串聯的開關管組成的逆變橋、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單元中逆變橋的兩個開關管之間的串接點，所述串聯單元中的濾波電容和濾波電感的串接點接電源側隔離開關的輸出端，該串接點同時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荷側隔離開關的輸入端； 所述的儲能單元，由兩組直流電容正向串聯組成，所述兩組直流電容的串接點接于所述的旁路晶閘管的負荷端，所述儲能單元同時并接了串聯單元逆變橋、并聯單元逆變橋的兩端。
3.根據權利要求I所述的一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，其特征在于所述的組成并聯單元和串聯單元的開關管為絕緣柵雙極性晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換向晶閘管中的任何一種。
專利摘要一種帶旁路開關的三相統一電能質量控制裝置，主要包括:旁路開關、三個全橋單元構成；其特征在于旁路開關并聯在電源與負荷之間，每個全橋單元包括一個并聯單元、一個串聯單元和一個儲能單元；并聯單元包括由兩個開關管組成的逆變橋和一個濾波電感；串聯單元包括由兩個開關管組成的逆變橋和一個由電容、電感組成的濾波器；儲能單元，由上下兩組直流電容串聯組成。本實用新型采取了跨相連接，避免了由串并聯單元共用儲能部分而引起的電容直通、交流短路等故障，故無需采取額外的隔離措施。各相串聯單元與電源相串聯，各相并聯單元在負荷側結成三角形，各相儲能單元相互獨立。具有補償諧波電流、電壓跌落、浪涌、100%單相跌落等功能。
文檔編號H02J3/18GK202488150SQ201220117018
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者仝紫諾, 李國杰, 蔡威 申請人:徐州宇飛電力科技有限公司