抗電壓跌落補償裝置制造方法

抗電壓跌落補償裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種抗電壓跌落補償裝置。根據本發明的抗電壓跌落補償裝置包括：儲能元件；整流電路，與儲能元件相連接，用于將電網電壓的交流電整流后傳輸給儲能元件進行存儲；逆變電路，與儲能元件相連接，用于將儲能元件的電能逆變成交流電輸出供給負載使用。通過本發明，使得電網電壓波動或者故障斷電后，負載在一段時間內依然能夠維持正常工作。
【專利說明】抗電壓跌落補償裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及抗電壓跌落補償【技術領域】，具體而言，涉及一種抗電壓跌落補償裝置。

【背景技術】
[0002] 電壓跌落(周波跌落）主要是由于電網、電力設備故障或負荷突然出現大的變化引 起的。這也成為目前電能質量問題中的一個重要課題。電壓跌落可以引起氣體放電燈熄滅， 造成短時照明中斷，是影響敏感用電設備安全穩定運行的主要因素之一。根據試驗測試，持 續時間超過5ms的短時斷電，就可能引起鈉燈、金鹵燈等氣體放電燈的熄滅，而其恢復正常 照明的時間需要10分鐘左右。為了提高鈉燈等敏感負載的抗電壓跌落特性，主要從電網 側和用戶側采用固態切換開關（SSTS)、動態電壓恢復器（DVR)等定制電力設備進行電壓補 償。
[0003] 現有的抗電壓跌落補償裝置主要從電網側進行電壓補償，設備體積大、成本高。考 慮到電源故障的檢測判斷時間及電源切換時的相位差，可能出現主電源故障斷電而備用電 源尚未供電，即當主電源故障斷電而備用電源難以及時對電壓跌落進行補償，從而導致氣 體放電燈等敏感負載熄滅或者停止運行的情況，抗電壓跌落補償有待提高。
[0004] 針對相關技術中抗電壓跌落補償裝置難以及時對電壓跌落進行補償而導致敏感 負載停止工作的問題，目前尚未提出有效的解決方案。


【發明內容】

[0005] 本發明的主要目的在于提供一種抗電壓跌落補償裝置，以解決現有技術中抗電壓 跌落補償裝置難以及時對電壓跌落進行補償而導致敏感負載停止工作的問題。
[0006] 為了實現上述目的，根據本發明的另一方面，提供了 一種抗電壓跌落補償裝置。
[0007] 根據本發明的抗電壓跌落補償裝置包括：儲能元件；整流電路，與儲能元件相連 接，用于將電網電壓的交流電整流后傳輸給儲能元件進行存儲；逆變電路，與儲能元件相連 接，用于將儲能元件的電能逆變成交流電輸出供給負載使用；微處理器控制電路，與整流電 路和逆變電路相連接，用于提供控制信號；電壓檢測電路，與電網電壓1和儲能元件相連 接，用于對電網電壓以及儲能元件的輸出電壓進行采樣。
[0008] 進一步地，儲能元件為電解電容器。
[0009] 進一步地，整流電路包括：第一二極管，第二二極管，第三二極管，第四二極管。第 一二極管，第二二極管，第三二極管，第四二極管采用橋式整流結構相連接。其中第一二極 管的陽極連接至電網電壓的火線L，陰極連接至儲能元件的正極；第二二極管的陽極連接 至電網電壓的零線N，陰極連接至儲能元件的正極；第三二極管的陽極連接至儲能元件的 負極，陰極連接至電網電壓的火線L，并與第一二極管的陽極相連接；以及第四二極管的陽 極連接至儲能元件的負極，陰極連接至電網電壓的零線N，并與第二二極管的陽極相連接。
[0010] 進一步地，逆變電路包括：第一 IGBT管，第二IGBT管，第三IGBT管以及第四IGBT 管，第一 IGBT管，第二IGBT管，第三IGBT管以及第四IGBT管采用單相橋式結構。其中第一 IGBT管的集電極與第一二極管的陰極相連接，發射極與第一二極管的陽極相連接，柵極與 微處理器控制電路相連接；第二IGBT管的集電極與第二二極管的陰極相連接，發射極與第 二二極管的陽極相連接，柵極與微處理器控制電路相連接；第三IGBT管的集電極與第三二 極管的陰極相連接，發射極與第三二極管的陽極相連接，柵極與微處理器控制電路相連接； 第四IGBT管的集電極與第四二極管的陰極相連接，發射極與第四二極管的陽極相連接，柵 極與微處理器控制電路相連接。
[0011] 進一步地，本發明的抗電壓跌落補償裝置還包括：第一雙向晶閘管，連接在負載與 逆變電路之間，第一雙向晶閘管的T2極與電網電壓的零線N相連接，T1極與第二二極管的 陽極以及第四二極管的陰極相連接，控制極與微處理器控制電路相連接；以及電感，與第一 雙向晶閘管并聯。
[0012] 進一步地，第二雙向晶閘管，連接在負載與電網電壓之間，第二雙向晶閘管的T2 極與電網電壓的零線N相連接，T1極與負載相連接，控制極與微處理器控制電路相連接。
[0013] 進一步地，微處理器控制電路包括基于DSP的數模混合結構的DSP微處理器。
[0014] 進一步地，DSP微處理器包括：DSP電源，用于給微處理器提供電能；以及PWM輸出 單元，用于輸出高頻驅動信號。
[0015] 進一步地，本發明的抗電壓跌落補償裝置還包括：降壓電路，與DSP電源連接，用 于將電網電壓以及儲能元件的輸出電壓進行降壓處理后提供給DSP電源。
[0016] 通過本發明的抗電壓跌落補償裝置，采用橋式整流結構將電網交流電轉化為直流 電存儲在儲能電容中；當電網電壓波動或者突然斷電時，將儲能電容直流電通過逆變電路 轉化為交流電供給負載，電壓檢測電路對電網電壓以及儲能元件的輸出電壓進行采樣，解 決了現有技術中抗電壓跌落補償裝置難以及時對電壓跌落進行補償的問題，從而達到了使 得電網電壓波動或者故障斷電后，負載在一段時間內能夠維持正常工作的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0018] 圖1是根據本發明實施例的抗電壓跌落補償裝置結構示意圖；
[0019] 圖2是根據本發明實施例的抗電壓跌落補償裝置主電路示意圖；以及
[0020] 圖3是根據本發明實施例的抗電壓跌落補償裝置控制電路示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0022] 本發明提供了一種抗電壓跌落補償裝置。該抗電壓跌落補償裝置可以用于氣體放 電燈等的敏感負載的單個負載的補償。本發明的實施例采用氣體放電燈等燈具來進行詳細 說明。
[0023] 圖1是根據本發明實施例的抗電壓跌落補償裝置結構示意圖。如圖1所示該抗電 壓跌落補償裝置主要包括儲能元件3,整流電路2,逆變電路4以及微處理器控制電路5。整 流電路2的直流側與儲能元件3相連接，用于將電網電壓1整流成直流電后傳輸給儲能元 件3進行存儲；逆變電路4的直流側與儲能元件3相連接，用于將儲能元件3的直流電能逆 變成交流電輸出供給負載8使用；微處理器控制電路5與儲能元件3以及逆變電路4相連 接，用于提供控制信號來實現對電路的控制。圖1中所示抗電壓跌落補償裝置還包括開關 6和開關7,圖中所不1為電網電壓，負載8為燈具負載。
[0024] 如圖1所示，電網電壓1與整流電路2的輸入端連接，當電網電壓1正常時，整流 電路2將電網電壓1的交流電整流成直流電后存儲在儲能元件3中，負載8由電網電壓1 提供電能。當電網電壓1出現波動或者斷電時，微處理器控制電路5輸出驅動控制信號導 通逆變電路4,同時輸出驅動控制信號控制開關7斷開并導通開關6,儲能元件3的直流電 通過逆變電路轉化成為交流電供給負載8使用。
[0025] 優選地，本實施例中的燈具抗電壓跌落補償裝置中的儲能元件3為電解電容器， 電解電容器的儲電容量大使得在抗電壓跌落補償過程中能夠向負載8提供持續時間足夠 長的電能，同時還可以在補償裝置中采用多支儲能電容也即是采用電解電容器作為儲能元 件3。
[0026] 該實施例中的燈具抗電壓跌落補償裝置，由于采用了儲能元件3,整流電路2,逆 變器4以及微處理器控制電路5,使得在電網電壓1跌落或者斷電時由儲能元件3上存儲的 電能及時供給負載8,從而達到了使得電網電壓1波動或者故障斷電后，燈具負載能夠維持 一段時間內不熄滅的效果。
[0027] 圖2是根據本發明實施例的抗電壓跌落補償裝置主電路示意圖。如圖2所示，本 實施例的抗電壓跌落補償裝置主電路包括：電網電壓1，第一雙向晶閘管11，第二雙向晶閘 管9,電感10,整流電路2,逆變電路4,儲能元件3和負載8。當電網電壓1供電正常時，第 一雙向晶閘管9處于導通狀態，由電網電壓1直接給負載8供電，同時電網電壓1的交流電 通過整流電路2整流成為直流電存儲在儲能元件3中，其中整流電路由第一二極管16,第 二二極管17,第三二極管18,第四二極管19采用橋式整流結構相連接而組成的。當電網電 壓1出現波動或者突然斷電時，第二雙向晶閘管11導通，儲能元件3的直流電能通過逆變 電路4轉化成為交流電供給負載8使用，其中逆變電路4由第一 IGBT管12,第二IGBT管 13,第三IGBT管14以及第四IGBT管15采用單相橋式結構組成的。
[0028] 如圖2所示該抗電壓跌落補償裝置的整流電路2采用橋式整流結構，包括：第一二 極管16,第二二極管17,第三二極管18,第四二極管19。第一二極管16,第二二極管17,第 三二極管18,第四二極管19采用橋式整流結構相連接。其中第一二極管16的陽極連接至 電網電壓1的火線L，陰極連接至儲能元件3的正極；第二二極管17的陽極連接至電網電 壓1的零線N，陰極連接至儲能元件3的正極；第三二極管18的陽極連接至儲能元件3的 負極，陰極連接至電網電壓1的火線L，并與第一二極管16的陽極相連接；以及第四二極管 19的陽極連接至儲能元件3的負極，陰極連接至電網電壓1的零線N，并與第二二極管17 的陽極相連接。當電網電壓1的電壓正常時，電網電壓1通過整流電路2將交流電轉化為 直流電給儲能元件3進行存儲。
[0029] 如圖2所示該抗電壓跌落補償裝置的逆變電路4采用單相橋式結構，包括：第一 IGBT管12,第二IGBT管13,第三IGBT管14以及第四IGBT管15。第一 IGBT管12,第二 IGBT管13,第三IGBT管14以及第四IGBT管15采用單相橋式結構，其中第一 IGBT管12 的集電極與第一二極管16的陰極相連接，發射極與第一二極管16的陽極相連接，柵極與微 處理器控制電路5相連接；第二IGBT管13的集電極與第二二極管17的陰極相連接，發射 極與第二二極管17的陽極相連接，柵極與微處理器控制電路5相連接；第三IGBT管14的 集電極與第三二極管18的陰極相連接，發射極與第三二極管18的陽極相連接，柵極與微處 理器控制電路5相連接；第四IGBT管15的集電極與第四二極管19的陰極相連接，發射極 與第四二極管19的陽極相連接，柵極與微處理器控制電路5相連接。當電網電壓1的電壓 降落至設置的閾值時，儲能元件3的電能通過逆變電路4轉化成交流電用于補償電網電壓 1，供給燈具負載8使用。
[0030] 優選地，開關6可選用第一雙向晶閘管11，連接在所述負載8與逆變電路4之間， 所述第一雙向晶閘管11的T2極與所述交流電的零線N相連接，T1極與所述第二二極管17 的陽極以及第四二極管19的陰極相連接，控制極與微處理器控制電路5相連接。當電網電 壓1出現波動或者突然斷電時，第一雙向晶閘管11接受微處理器控制電路5的驅動控制信 號并導通，儲能元件3向負載8提供電能。電感10與所述第一雙向晶閘管11并聯，當電網 電壓1正常時，整流電路通過電感10向儲能元件3進行充電；當電網電壓1出現波動或者 突然斷電時，第一雙向晶閘管11導通，由于電感10具有阻交流的作用，儲能元件3通過逆 變電路4將直流電轉化為交流電供給負載8使用。
[0031] 優選地，開關7可選用第二雙向晶閘管9,連接在所述負載8與所述電網電壓1之 間，所述第二雙向晶閘管9的T2極與所述交流電的零線N相連接，T1極與所述負載8相連 接，控制極與微處理器控制電路5相連接。用于當電網電壓1出現突然斷電時，第二雙向晶 閘管9接收微處理器控制電路5的驅動控制信號以切斷電網電壓1。由于雙向晶閘管有所 需控制功率低，能夠控制大電流，且不存在出點抖動，動作速度快，關斷時不會出現電弧等 優點，因此避免了由于接通與斷開電路電源時，電壓的抖動變化和產生的電弧等干擾對負 載8正常工作的影響。
[0032] 圖3是根據本發明實施例的抗電壓跌落補償裝置控制電路示意圖。如圖3所示， 本實施例的抗電壓跌落補償裝置控制電路包括：電網電壓1，整流電路2,儲能元件3,降壓 電路24和微處理器控制電路5,其中微處理器控制電路5包括模擬數字轉換器（ADC)單元 20, DSP電源21，PWM輸出單元22。ADC單元20用于采樣電網電壓和儲能元件3的輸出電 壓；DSP電源21用于提供DSP微處理器的電能，PWM輸出單元22用于輸出四路高頻驅動信 號至逆變電路4的第一 IGBT管12,第二IGBT管13,第三IGBT管14和第四IGBT管15的 柵極，輸出兩路通斷信號至第一雙向晶閘管11和第二雙向晶閘管9的控制極。電網電壓1 和儲能元件3用于向DSP電源21提供電能；整流電路2用于將電網電壓1的交流電整流成 直流電供給DSP電源21使用；降壓電路24用于將儲能元件3的電壓和經過整流后的電網 電壓1降壓后供給DSP電源21使用。
[0033] 優選地，微處理器控制電路5可以采用基于DSP的數模混合結構的DSP微處理器， 也即是該微處理器控制電路5為DSP控制電路。
[0034] 上述微處理器控制電路5的微處理器包括：DSP電源21和PWM輸出單元22。DSP 電源用于給DSP微處理器提供電能，其中DSP電源由兩部分提供，當電網電壓1供電正常 時，由電網電壓1供電；當電網電壓1出現波動或者突然斷電，電網電壓1被截斷時，由儲能 元件3分壓后供電。PWM輸出單元22,用于輸出高頻驅動信號。PWM單元輸出思路高頻驅 動信號至逆變電路4的第一 IGBT管12、第二IGBT管13、第三IGBT管14以及第四IGBT管 15的4支IGBT管的柵極，輸出兩路通斷信號至第一雙向晶閘管11和第二雙向晶閘管9的 控制極。
[0035] 優選地，本發明的燈具抗電壓跌落補償裝置還包括電壓檢測電路，該電壓檢測電 路與電網電壓1和儲能元件3相連接，用于對電網電壓1的電壓以及儲能元件3的輸出電 壓進行采樣。電壓檢測電路用DSP微處理器來實現，DSP微處理器內的模擬數字轉換器ADC 對電網電壓1以及儲能元件3的直流輸出電壓進行采樣，采樣的電網電壓1用于與設定的 閾值進行比較，用于投切判斷(判斷是向電網電壓1投入部分電壓，還是切斷電網電壓1完 全使用儲能元件3的輸出電壓)。所設定的閾值分為第一閾值和第二閾值，第一閾值和第二 閾值是根據負載的自身的數據進行設置的，比如燈具在電壓跌至額定電壓的70%時會熄滅 則該第一閾值則設定為額定電壓的70%。當采樣的電網電壓1跌落至低于第一閾值并高于 第二閾值時，第二雙向晶閘管9仍處于導通狀態，同時第一雙向晶閘管11導通，儲能元件3 通過逆變電路4將直流電逆變成交流電，用于補償電網電壓跌落的部分，供給負載8使用； 當電網電壓1跌落至小于第二閾值時，第二雙向晶閘管9斷開，電網電壓1被切斷，第一雙 向晶閘管11導通，儲能元件3通過逆變電路4將直流電逆變成交流電，供給負載8使用。采 樣的直流電壓用于輸出電壓的有效值控制。
[0036] 優選地，本發明的燈具抗電壓跌落補償裝置還包括：降壓電路24與DSP電源連接， 用于將交流電網電壓1以及儲能元件3的輸出電壓進行降壓處理后提供給DSP電源。保證 了 DSP微處理器在額定的輸入電壓下正常工作。
[0037] 在本實施例中，采用負載為一個400W的金鹵燈進行實驗。根據試驗該燈具在電網 電壓跌到額定電壓的70%時燈具會熄滅，故該實例中設定電壓切換的閾值電壓為額定電壓 的70%時進行切換，即電網電壓小于154V時進行投切，設燈具最高允許輸入電壓為額定電 壓的120%，即220*1. 2=264V，如果設置當電網斷電后裝置能夠維持100ms(這個時間也是電 網后備電源二次投切所需要的時間)，則儲能電容值可計算。在實際應用中，一般電容值高 于計算值，留有一定的余量。
[0038] 采用瑞士 TESEQ (特測）NSG3040綜合測試儀進行實驗，該測試儀可模擬電壓跌落 發生裝置，跌落幅值4檔可調（0%，40%，70%，80%)，以一個400W金鹵燈為例進行實驗，在不接 補償裝置情況下，電網斷電5ms內燈具熄滅。當補償裝置中采用四支儲能電容時，電網斷電 至0,燈可以維持2s不滅。
[0039] 當電網電壓斷電至0時，燈具能夠保持2秒不滅；當電網電壓斷電至0時，4秒后 燈具熄滅；當電網電壓斷電至40%時，燈具持續10秒不滅；當電網電壓斷電至70%時燈具持 續10秒不滅；當電網電壓跌落至80%時，燈具持續10秒不滅。
[0040] 從以上的描述中，可以看出，本發明由于采用了儲能元件3,整流電路2,逆變器4 以及微處理器控制電路5,使得在電網電壓1跌落或者斷電時由儲能元件3上存儲的電能及 時供給負載8,從而達到了使得電網電壓1波動或者故障斷電后，燈具負載能夠維持一段時 間內不熄滅的效果。
[0041] 以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人 員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，包括： 儲能兀件（3); 整流電路（2)，與所述儲能元件（3)相連接，用于將電網電壓（1)的交流電整流后傳輸 給所述儲能元件（3)進行存儲； 逆變電路（4)，與所述儲能元件（3)相連接，用于將所述儲能元件（3)的電能逆變成交 流電輸出給負載（8); 微處理器控制電路（5)，與所述整流電路（2)和所述逆變電路（4)相連接，用于提供控 制信號；以及 電壓檢測電路，與所述電網電壓（1)和所述儲能元件（3 )相連接，用于對所述電網電壓 (1)的和所述儲能元件（3)的輸出電壓進行采樣。
2. 根據權利要求1所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，所述儲能元件（3)為電解 電容器。
3. 根據權利要求1所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，所述整流電路（2)包括： 第一二極管（16)，第二二極管（17)，第三二極管（18)，第四二極管（19)，所述第一二極 管（16)，所述第二二極管（17)，所述第三二極管（18)，所述第四二極管（19)采用橋式整流 結構相連接， 其中： 所述第一二極管（16)的陽極連接至所述電網電壓（1)的火線（L)，陰極連接至所述儲 能元件（3)的正極； 所述第二二極管（17)的陽極連接至所述電網電壓（1)的零線（N)，陰極連接至所述儲 能元件（3)的正極； 所述第三二極管（18)的陽極連接至所述儲能元件（3)的負極，陰極連接至所述電網電 壓（1)的火線（L)，并與所述第一二極管（16)的陽極相連接；以及 所述第四二極管（19)的陽極連接至所述儲能元件（3)的負極，陰極連接至所述電網電 壓（1)的零線（N)，并與所述第二二極管（17)的陽極相連接。
4. 根據權利要求3所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，所述逆變電路（4)包括： 第一 IGBT管（12)，第二IGBT管（13)，第三IGBT管（14)以及第四IGBT管（15)，所述第 一 IGBT管（12)，所述第二IGBT管（13)，所述第三IGBT管（14)以及所述第四IGBT管（15) 采用單相橋式結構， 其中： 所述第一 IGBT管（12)的集電極與所述第一二極管（16)的陰極相連接，發射極與所述 第一二極管（16)的陽極相連接，柵極與所述微處理器控制電路（5)相連接； 所述第二IGBT管（13)的集電極與所述第二二極管（17)的陰極相連接，發射極與所述 第二二極管（17)的陽極相連接，柵極與所述微處理器控制電路（5)相連接； 所述第三IGBT管（14)的集電極與所述第三二極管（18)的陰極相連接，發射極與所述 第三二極管（18)的陽極相連接，柵極與所述微處理器控制電路（5)相連接； 所述第四IGBT管（15)的集電極與所述第四二極管（19)的陰極相連接，發射極與所述 第四二極管（19)的陽極相連接，柵極與所述微處理器控制電路（5)相連接。
5. 根據權利要求3所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，還包括： 第一雙向晶閘管（11)，連接在所述負載（8)與所述逆變電路（4)之間，所述第一雙向晶 閘管（11)的T2極與所述電網電壓（1)的零線（N)相連接，T1極與所述第二二極管（17)的 陽極和所述第四二極管（19)的陰極相連接，控制極與所述微處理器控制電路（5)相連接； 以及 電感（10)，與所述第一雙向晶閘管（11)并聯。
6. 根據權利要求1所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，還包括： 第二雙向晶閘管（9)，連接在所述負載（8)與所述電網電壓（1)之間，所述第二雙向晶 閘管（9)的T2極與所述電網電壓（1)的零線（N)相連接，T1極與所述負載（8)相連接，控 制極與所述微處理器控制電路（5 )相連接。
7. 根據權利要求1所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，所述微處理器控制電路 (5)包括基于DSP的數模混合結構的DSP微處理器。
8. 根據權利要求7所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，所述DSP微處理器包括： DSP電源（21)，用于給所述DSP微處理器提供電能；以及PWM輸出單元（22)，用于輸出 高頻驅動信號。
9. 根據權利要求8所述的抗電壓跌落補償裝置，其特征在于，還包括： 降壓電路（24 )，與所述DSP電源（21)連接，用于將所述電網電壓（1)和所述儲能元件 (3)的輸出電壓進行降壓處理后提供給所述DSP電源（21)。
【文檔編號】H02J3/32GK104218601SQ201310218140
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月3日 優先權日:2013年6月3日
【發明者】唐宇, 周松霖, 周作春, 于希娟, 李偉, 丁屹峰 申請人:國家電網公司, 北京市電力公司