CN101345419A

CN101345419A - 串联电压质量调节器及快速投入和切除方法

Info

Publication number: CN101345419A
Application number: CNA2008100181919A
Authority: CN
Inventors: 肖国春; 卓放; 王兆安; 陈北海; 张纪旭
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: CN101345419B

Abstract

串联电压质量调节器及快速投入和切除方法，包括，一个与电源相连接的旁路切换装置，一个与充电装置相连的储能电容器，储能电容器与逆变装置的一端相连，逆变装置的另一端与高频滤波装置相连；高频滤波装置的第一端点(a)与电源相连、第二端点(b)和负载相连；负载的一端与电源相连，另一端与旁路切换装置相连，用于检测、保护和控制的控制系统分别与电源、充电装置、储能电容器、逆变装置、高频滤波装置、旁路切换装置、负载各个部分相连。本发明利用串联电压质量调节器中本身的IGBT开关对旁路双向SCR电子转换开关进行强迫快速换流，从而实现了串联电压质量调节器的快速投入和切除控制，其投入的响应时间小于600μs，大大提高了其工作性能。

Description

串联电压质量调节器及快速投入和切除方法

技术领域

本发明属于电工技术中的电能质量控制技术领域，特别涉及一种串联电压质量调节器的快速投入和切除技术

背景技术

电能质量问题大多可以归结为电压质量问题，特别是公共结点的电压质量问题。电网电压存在的各种干扰，如电压升高、跌落、瞬变、谐波等，将导致一些重要负载或对电压质量敏感的设备不能正常使用、性能降低、寿命缩短，还会造成一些生产设备无法正常运行、甚至损坏，严重的电压质量问题还有可能造成重大事故。

对于敏感负荷，解决电压质量问题的一种直接有效措施是在电网和敏感负荷之间加装串联交流电压质量调节(或控制)装置，通过向电网注入补偿电压来保证敏感用户端的电压质量。由于串联装置只需要补偿系统电压的畸变和与额定值相差部分(缺损电压)，而大部分能量还是直接由电网提供给负载，所以，通常它们比全逆变方式电源(如UPS)具有更高的效率和更小的体积、更低的造价。目前这类调节装置有动态电压恢复器或调节器(DVR)、串联有源交流电压质量调节器(AVQR)、串联电能质量补偿器或控制器(SPQC)及通用电能质量调节器(UPQC)等。这些装置的主要差别在于装置的功能和处理电压质量问题的种类上，有的还仅仅是称谓上不同。

通常情况下，动态电压恢复器主要是用来解决电压暂降(或暂跌)等暂态电压质量问题，名称也是由此得来的，当然也可以用来解决电压暂升的问题。它的特点是仅在电源系统出现电压暂降或暂升时才投入使用，恢复负荷侧的电压质量；响应速度快，投入运行的时间比较短，因而装置具有效率高、造价低等优点。

串联有源交流电压质量调节器是在动态电压恢复器基础上发展起来的一种交流电压质量调节装置，它们的原理和技术有许多是相似的。串联有源交流电压质量调节器，有的称为串联电能质量补偿器或控制器，甚至也有称为可连续运行或可持续补偿的动态电压恢复器。它们的共同特点是装置一直在线连续运行。可以用来稳定电压，解决电网电压的暂升、暂降、过压、欠压、三相不平衡等电压质量问题；也可滤除电网电压谐波、闪变，抑制电网振荡。串联有源交流电压质量调节器既可以解决稳态电压质量问题，也可以解决暂态电压质量问题。

一般情况下，大部分时间，电网电压质量是符合国家标准要求和设备使用要求的，包括它的幅值和波形畸变率。另外，即使一些敏感用电设备它也具有一定的承受电网电压扰动的能力。当电网电压质量满足敏感用电设备的使用要求时，串联有源交流电压质量调节器仍然投入运行，对电网电压质量进行补偿是一种多余和浪费，很不经济。因此，从装置的运行效率和经济性来看，对于解决暂态电压质量问题的动态电压恢复器，不宜在线运行；对于以解决稳态电压质量问题为主的串联有源交流电压质量调节器，也不宜在线运行，应增加一个旁路待机工作模式。当电网出现电压质量问题时，电压质量调节器自动投入；当电网电压质量符合要求时，电压质量调节器自动切除，调节器处于旁路待机备用状态，这样才能充分发挥串联有源交流电压质量调节器拓扑结构本身的优势。

串联有源交流电压质量调节器和动态电压恢复器在投入和切除控制技术和方法上是相同的。所以，为了叙述上的方便，若无特别说明，以下将二者统称为串联电压质量调节器。

串联电压质量调节器理想的投入和切除过程应该是这样的：当电网正常状态(幅值和波形符合要求)时，串联电压质量调节器处于旁路待机状态，不接入电网；当检测到电网偏离正常状态(发生电压暂升、暂降或波形不符合要求)时，串联电压质量调节器应迅速投入电网运行，投切开关的响应时间应小于1ms，越短越好；电网恢复到正常状态后，串联电压质量调节器应从电网中自动切除，又进入旁路待机状态；当串联电压质量调节器本身发生故障，或系统出现过电压、过电流等异常现象时，串联电压质量调节器进入旁路保护状态；并且，投入、切除和旁路过程不应对电网和负载造成扰动。

在现阶段，要实现串联电压质量调节器的快速投入和切除，转换开关可供选择的方案有：采用机械转换开关和固态电子转换开关。

早期串联电压质量调节器的投入和切除控制采用的机械转换开关是交流接触器。交流接触器具有控制容量大、工作可靠、使用寿命长等特点，在各个领域得到广泛的应用，但响应速度较慢，其响应时间一般超过20ms～40ms，不宜用于对时间响应要求较高的场合。机械转换开关的优点是控制简单、导通损耗低，但目前要达到串联电压质量调节器所要求的快速开通和关断响应时间还有困难。

固态电子转换开关可以采用的电力电子器件有晶闸管(SCR)、可关断晶闸管(GTO)、绝缘柵双极晶体管(IGBT)和集成门极换流晶闸管(IGCT)等。这些电力电子器件的开通速度都是非常快的，可达到μs级；而在关断速度方面，除SCR外，也是非常快的，能达到μs级。但目前综合器件本身的造价、驱动及控制的复杂性、导通损耗等几个因素，IGBT、GTO、IGCT均不太适合作为串联电压质量调节器的快速投切开关。虽然目前已有利用串联电压质量调节器中本身IGBT的零状态实现串联电压质量调节装置待机备用模式的技术，但由于IGBT的通态压降比较大，且电流将同时流过两个IGBT，旁路待机备用模式时的导通损耗是比较大的。这虽然不是一个最佳的旁路待机方案，但比串联电压质量调节器装置一直在线运行要经济得多。

晶闸管的通态压降比较小、价格便宜、驱动及控制简单，目前综合各种因素来看，是最适合用作快速投切开关。但是，由于晶闸管为半控型器件，可以准确控制它快速开通，其开通时间为几十μs；但无法准确控制它快速关断，只有当其阳极电流降低到其维持电流以下才能自然关断。关断响应时间最长将达到电网频率的半个周期，对于50Hz的交流电源，这个值将达到10ms。

采用晶闸管作为固态电子转换开关使用已有很多年历史了，现已得到了广泛的应用。但是，直接简单地将晶闸管用于串联电压质量调节器的快速投切，晶闸管关断响应速度达不到串联电压质量调节器转换开关响应时间小于1ms的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提出了一种串联电压质量调节器及快速投入和切除方法，从而实现了串联电压质量调节器的快速投入和切除控制，其投入的响应时间小于600μs，大大提高了其工作性能。

为达到上述目的，本发明装置包括：一个与电源相连接的旁路切换装置，一个与充电装置相连的储能电容器，储能电容器与逆变装置的一端相连，逆变装置的另一端与高频滤波装置相连；高频滤波装置的第一端点与电源相连、第二端点和负载相连；负载的一端与电源相连，另一端与旁路切换装置相连，用于检测、保护和控制的控制系统分别与电源、充电装置、储能电容器、逆变装置、高频滤波装置、旁路切换装置、负载各个部分相连。

本发明的负载的两端还并联有由电容或电容和电阻构成的输出滤波装置，输出滤波装置还与控制系统相连；充电装置的一端与储能电容器的正极相连，另一端与储能电容器的负极相连；充电装置的一端与储能电容中的第一电容器C1的正极相连，另一端与储能电容中的第二电容器C2的负极相连，储能电容器中的第一电容器C1的负极与第二电容器C2的正极相连后与电源的一端相连；旁路切换装置由第一可控硅(VT1)、第二可控硅(VT2)和接触器(KM)组成，其中第一可控硅(VT1)的阳极与第二可控硅(VT2)的阴极相连再与接触器(KM)的一端相连后与电源的一端点(a)相连，第一可控硅(VT1)的阴极与第二可控硅(VT2)的阳极相连再与接触器(KM)的一端相连后与负载的一端点(b)相连；逆变装置由全控型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)V1、V2、V3、V4构成，其内含反并联二极管，其中储能电容器的正极与第一绝缘栅双极晶体管V1和第三绝缘栅双极晶体管V3的集电极相连，储能电容器的负极与第二绝缘栅双极晶体管V2和第四绝缘栅双极晶体管V4的发射极相连；第一绝缘栅双极晶体管V1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连后与高频滤波装置的滤波电感L_f的一端相连；第三绝缘栅双极晶体管V3的发射极与第四绝缘栅双极晶体管V4的集电极相连后与高频滤波装置的滤波电容C_f的一端相连；逆变装置由全控型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)V1、V2构成，其内含反并联二极管，其中储能电容器的中的第一电容器C1的正极与第一绝缘栅双极晶体管V1的集电极相连，储能电容器的中的第二电容器C2的负极与第二绝缘栅双极晶体管V2的发射极相连；第一绝缘栅双极晶体管V1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连后与高频滤波装置的滤波电感L_f的一端相连；高频滤波装置由滤波电感L_f和滤波电容C_f构成，其中滤波电感L_f的一端与逆变装置的第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连，另一端与滤波电容C_f的一端相连后再与电源的一端相连；滤波电容C_f的一端与电源的一端相连，另一端与逆变装置的第四绝缘栅双极晶体管V4的集电极和负载的一端相连；高频滤波装置由滤波电感L_f和滤波电容C_f构成，其中滤波电感L_f的一端与逆变装置的第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连，另一端与滤波电容C_f的一端相连后再与负载的一端(b)相连；滤波电容C_f的一端与电源的一端(a)相连，另一端与负载的一端(b)相连。

串联电压质量调节器的投入和切除方法为：利用串联电压质量调节器本身逆变装置中的全控型电力电子器件开关IGBT，对旁路切换装置中处于旁路待机状态导通的晶闸管实施强迫换流，快速关断导通的晶闸管，其过程为：检测串联电压质量调节器中A点的电流信号，通过电流信号过零比较对该电流进行锁相，就可确定哪一个晶闸管是导通的，从而开通逆变装置中相应的全控型电力电子器件开关IGBT对导通晶闸管施加反向直流电压对其实施强迫关断，其中A点电流包含了输出滤波装置和负载中通过的电流。

由于本发明利用串联电压质量调节器中本身的全控型电力电子器件开关IGBT对旁路双向SCR电子转换开关进行强迫快速换流，从而实现了串联电压质量调节器的快速投入和切除控制，其投入的响应时间小于600μs，大大提高了其工作性能。

附图说明

图1是本发明实施例1串联电压质量调节器的单相系统结构1，其中a、b、c、d表示电路中的结点；

图2是本发明实施例2串联电压质量调节器的单相系统结构2；

图3是串联电压质量调节器的工作状态；

图4是晶闸管强迫关断过程；

图5是三相系统的主电路拓扑结构；

图6(a)是投入过程(横坐标：4ms/div)试验波形图，图6(b)是切除过程(横坐标：20ms/div)试验波形图，(纵坐标：CH1-控制信号5V/div；CH2-补偿电压100V/div；CH3-负载电压250V/div；CH4-晶闸管电流20A/div)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1，参见图1，本实施例包括一个与电源1连接的旁路切换装置6，一个与充电装置2相连的储能电容器3；储能电容器3与逆变装置4的一端相连，逆变装置4的另一端与高频滤波装置5相连；高频滤波装置5的另一端点中的第一端点(a)与电源1相连、第二端点(b)和负载8相连；输出滤波装置7与负载8相连；旁路切换装置6一端与电源1相连，另一端与负载8相连；控制系统9分别与电源1、充电装置2、储能电容3、逆变装置4、高频滤波装置5、旁路切换装置6、输出滤波装置7、负载8各个部分相连，对上述各部分进行检测、保护和控制。

所述的充电装置2的一端与储能电容器3的正极相连，另一端与储能电容器3的负极相连；充电装置2可以由本装置的交流电源或外加交流电源整流得到，也可以是由蓄电池、超级电容、飞轮储能、超导储能或上述几种储能方式的组合得到；

所述的旁路切换装置6由第一可控硅(VT1)、第二可控硅(VT2)和接触器(KM)组成，其中第一可控硅(VT1)的阳极与第二可控硅(VT2)的阴极相连再与接触器(KM)的一端相连后与电源1的一端点(a)相连，第一可控硅(VT1)的阴极与第二可控硅(VT2)的阳极相连再与接触器(KM)的一端相连后与负载8的一端点(b)相连；

所述的逆变装置4由全控型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)V1、V2、V3、V4构成，其内含反并联二极管，其中储能电容器3的正极与第一绝缘栅双极晶体管V1和第三绝缘栅双极晶体管V3的集电极相连，储能电容器3的负极与第二绝缘栅双极晶体管V2和第四绝缘栅双极晶体管V4的发射极相连；第一绝缘栅双极晶体管V1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连后与高频滤波装置5的电感L_f的一端相连；第三绝缘栅双极晶体管V3的发射极与第四绝缘栅双极晶体管V4的集电极相连后与高频滤波装置5的电容C_f的一端相连。

所述的高频滤波装置5由滤波电感L_f和滤波电容C_f构成，其中滤波电感L_f的一端与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连，另一端与滤波电容C_f的一端相连后再与电源1的一端相连；滤波电容C_f的一端与电源1的一端相连，另一端与第四绝缘栅双极晶体管V4的集电极和负载8的一端相连。

为了进一步提高串联电压质量调节器的输出性能和保证串联电压质量调节器在空载时也能正确地快速投入，设置了输出滤波装置7。输出滤波装置7是由电容或电容和电阻构成的滤波网络。输出滤波装置7的两端与负载8的两端并联；负载8的一端与电源1相连，另一端与旁路切换装置6相连。

实施例2，参见图2，本实施例包括一个与电源1连接的旁路切换装置6，一个与充电装置2相连的储能电容器3；储能电容器3与逆变装置4的一端相连，逆变装置4的另一端与高频滤波装置5相连；高频滤波装置5的另一端点中的第一端点(a)与电源1相连、第二端点(b)和负载8相连；输出滤波装置7与负载8相连；旁路切换装置6一端与电源1相连，另一端与负载8相连；控制系统9分别与电源1、充电装置2、储能电容器3、逆变装置4、高频滤波装置5、旁路切换装置6、输出滤波装置7、负载8各个部分相连，对上述各部分进行检测、保护和控制。

所述的充电装置2的一端(c)与储能电容器3中的第一电容器C1的正极相连，另一端(d)与储能电容器3中的第二电容器C2的负极相连；充电装置2可以由本装置的交流电源或外加交流电源整流得到，也可以是由蓄电池、超级电容、飞轮储能、超导储能或上述几种储能方式的组合得到；储能电容器3中的第一电容器C1的负极与第二电容器C2的正极相连后与电源1的一端(a)相连，储能电容器3中的第一电容器C1的正极和第二电容器C2的负极与充电装置2的两端(c)和(d)相连；

所述的逆变装置4由全控型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)V1、V2构成，其内含反并联二极管，其中储能电容器3的中的第一电容器C1的正极与第一绝缘栅双极晶体管V1的集电极相连，储能电容器3的中的第二电容器C2的负极与第二绝缘栅双极晶体管V2的发射极相连；第一绝缘栅双极晶体管V1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连后与高频滤波装置5的电感L_f的一端相连；

所述的高频滤波装置5由滤波电感L_f和滤波电容C_f构成，其中滤波电感L_f的一端与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连，另一端与滤波电容C_f的一端相连后再与负载8的一端(a)相连；滤波电容C_f的一端与电源1的一端(a)相连，另一端与负载8的一端(b)相连。

控制方法

正常情况下，串联电压质量调节器的投入和切除过程是这样的：当电网正常状态(幅值和波形符合要求)时，串联电压质量调节器处于“旁路待机状态”，旁路切换装置6中的晶闸管VT1和VT2轮流导通，将电源1直接输出到负载8，逆变装置4和高频滤波装置5不工作；当控制系统9检测到电网偏离正常状态(发生电压暂升、暂降或波形不符合要求等)时，串联电压质量调节器中的逆变装置4和高频滤波装置5应迅速投入运行，对电源1的电压进行补偿，保证负载8的供电电压质量，这时，串联电压质量调节器处于“补偿状态”；串联电压质量调节器从“旁路待机状态”到“补偿状态”要经历封锁旁路切换装置6中晶闸管VT1和VT2的脉冲、利用储能电容器3上的直流电压和逆变装置4中全控型电力电子器件开关(IGBT)对导通的晶闸管实施强迫换流、快速关断导通的晶闸管、再按补偿负载电压要求控制逆变装置4的过程，这里将这个过程称之为串联电压质量调节器的“换流状态”。电网恢复到正常状态后，串联电压质量调节器中的逆变装置4和高频滤波装置5应从系统中自动切除，串联电压质量调节器又进入“旁路待机状态”。当串联电压质量调节器本身发生故障，或系统出现过电压、过电流等异常现象时，串联电压质量调节器进入“旁路保护状态”，旁路切换装置6中的接触器KM闭合，晶闸管VT1和VT2停止工作。串联电压质量调节器的工作状态转换关系如图3所示，其中最关键的是保证串联电压质量调节器在“旁路待机状态”与“补偿状态”之间的快速切换。

串联电压质量调节器快速投入的基本原理是：利用串联电压质量调节器本身逆变装置4中的全控型电力电子器件开关IGBT，对旁路切换装置6中处于旁路待机状态导通的晶闸管实施强迫换流，快速关断导通的晶闸管。实现该技术的关键是如何确定该时刻旁路切换装置6中晶闸管VT1和VT2哪一个是导通的，以便开通逆变装置4中相应的全控型电力电子器件开关IGBT对导通晶闸管施加反向直流电压对其实施强迫关断。这里提出方法是：检测图1中A点的电流信号，通过电流信号过零比较对该电流进行锁相，就可确定哪一个晶闸管是导通的，从而开通逆变装置4中相应的全控型电力电子器件开关IGBT对导通晶闸管施加反向直流电压对其实施强迫关断。A点电流包含了输出滤波装置7和负载8中通过的电流，这也是串联电压质量调节器处于旁路待机状态通过的主要电流。晶闸管强迫关断过程如图4所示。

串联电压质量调节器快速投入的实现方法是：利用负载电流信号进行锁相，确定导通的晶闸管(选择所需要关断的晶闸管)；串联电压质量调节器投入指令下达后，封锁晶闸管脉冲，再用逆变装置4中相应全控型电力电子器件开关IGBT(对于图1，利用V1、V4和V2、V3；对于图2，利用V1和V2)对需要关断的晶闸管施加关断电压脉冲，强迫关断晶闸管。

晶闸管强迫快速关断过程如下：

参阅图1，串联电压质量调节器处于“旁路待机状态”时，电网电压发生电压质量问题，若此时VT1处于导通状态，则封锁SCR脉冲，对逆变装置4中IGBT器件V2和V3开通，通过L_f→V2→C→V3将储能电容器3的直流侧电压施加到VT1两端，则VT1阳极与阴极之间施加的是负的直流电压，流经VT1的电流快速下降到维持电流以下，VT1关断，串联电压质量调节器由“旁路待机状态”快速进入“补偿状态”。同样，若此时VT2处于导通状态，对逆变装置4中IGBT器件V1和V4开通，则通过L_f→V1→C→V4将负的直流侧电压施加至VT2阳极与阴极之间，加速其关断。

参阅图2，串联电压质量调节器处于“旁路待机状态”时，电网电压发生电压质量问题，若此时VT1处于导通状态，则封锁SCR脉冲，对逆变装置4中IGBT器件V1开通，通过C1→V1→L_f将储能电容器3的直流侧电压施加到VT1两端，则VT1阳极与阴极之间施加的是负的直流电压，流经VT1的电流快速下降到维持电流以下，VT1关断，串联电压质量调节器由“旁路待机状态”快速进入“补偿状态”。同样，若此时VT2处于导通状态，对逆变装置4中IGBT器件V2开通，则通过C2→V2→L_f将负的直流侧电压施加至VT2阳极与阴极之间，加速其关断。

晶闸管关断后，再投入逆变装置4和高频滤波装置5对电源1进行补偿，串联电压质量调节器投入完成。串联电压质量调节器从“旁路待机状态”，经过“换流状态”，进入“补偿状态”。

简单地说，串联电压质量调节器快速投入的程序(过程)是：投入指令下达，封锁旁路切换装置6中的晶闸管脉冲，同时给逆变装置4相应IGBT施加电压脉冲，600μs后，给逆变装置4补偿电压指令，串联电压质量调节器投入完成，串联电压质量调节器进入“补偿状态”。

串联电压质量调节器快速切除的实现方法是：切除指令下达，封锁逆变装置4的所有IGBT脉冲，同时给旁路切换装置6中的两个晶闸管2ms脉冲；之后，每次在A点电流过零处，同时给旁路切换装置6中的两个晶闸管2ms脉冲，晶闸管VT1和VT2轮流导通，这样持续下去，串联电压质量调节器切除完成，串联电压质量调节器进入“旁路待机状态”。

控制串联电压质量调节器由“旁路待机状态”转为“补偿状态”或由“补偿状态”转为“旁路待机状态”的控制信号可以人为任意给出，也可以通过电压质量检测方法和控制策略得到。

串联电压质量调节器快速投入和切除技术可以采用模拟、数字、或模拟与数字相结合的方法来实现，也可以基于数字信号处理器(DSP)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、现场可编程门阵列(FPGA)或者它们的结合来实现。主要完成电流锁相、SCR脉冲产生、IGBT脉冲生成、状态切换的时序和逻辑控制等功能。

以上所介绍的主电路拓扑和控制方法是针对低压单相系统提出来的，很容易将其扩展到三相系统中和高压系统，对三相串联有源交流电压质量调节器和动态电压恢复器进行快速投入和切除控制。例如，采用3套图1所示的系统就可构成低压配电系统用的三相四线制系统，其主电路拓扑结构如图5所示。

实验验证

为了验证方法的可行性，在15kVA串联电压质量调节器实验装置上进行了实验验证。电网电压180V(即欠压40V)时，图6(a)和6(b)分别为投入和切除转换过程实验波形。

如图6(a)所示，当控制信号要求串联电压质量调节器由“旁路待机状态”转为“补偿状态”时，串联电压质量调节器封锁晶闸管脉冲，逆变装置(4)向晶闸管施加反压，导通晶闸管电流迅速降为零，由“旁路待机状态”转为“补偿状态”，串联电压质量调节器进行电压补偿，负载电压由180V补偿至220V。串联电压质量调节器由“旁路待机状态”转为“补偿状态”所需的时间大约为600μs。

如图6(b)所示，当控制信号要求串联电压质量调节器由“补偿状态”转为“旁路待机状态”时，串联电压质量调节器立即封锁逆变逆变装置(4)的IGBT的脉冲，同时开通晶闸管脉冲，阳极承受正电压的晶闸管立即导通，串联电压质量调节器由“补偿状态”转入“旁路待机状态”，补偿电压变为零，负载电压有效值由220V降至补偿前的180V，电网通过旁路晶闸管向负载供电，晶闸管电流基本为负载电流。串联电压质量调节器由“补偿状态”转入“旁路待机状态”所需的时间几乎为零。

Claims

1、一种串联电压质量调节器，包括，一个与电源(1)相连接的旁路切换装置(6)，一个与充电装置(2)相连的储能电容器(3)，其特征在于：储能电容器(3)与逆变装置(4)的一端相连，逆变装置(4)的另一端与高频滤波装置(5)相连；高频滤波装置(5)的第一端点(a)与电源(1)相连、第二端点(b)和负载(8)相连；负载(8)的一端与电源(1)相连，另一端与旁路切换装置(6)相连，用于检测、保护和控制的控制系统(9)分别与电源(1)、充电装置(2)、储能电容器(3)、逆变装置(4)、高频滤波装置(5)、旁路切换装置(6)、负载(8)各个部分相连。

2、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的负载(8)的两端还并联有由电容或电容和电阻构成的输出滤波装置(7)，输出滤波装置(7)还与控制系统(9)相连。

3、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的充电装置(2)的一端与储能电容器(3)的正极相连，另一端与储能电容器(3)的负极相连。

4、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的充电装置(2)的一端(c)与储能电容器(3)中的第一电容器C1的正极相连，另一端(d)与储能电容器(3)中的第二电容器C2的负极相连，储能电容器(3)中的第一电容器C1的负极与第二电容器C2的正极相连后与电源(1)的一端(a)相连。

5、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的旁路切换装置(6)由第一可控硅(VT1)、第二可控硅(VT2)和接触器(KM)组成，其中第一可控硅(VT1)的阳极与第二可控硅(VT2)的阴极相连再与接触器(KM)的一端相连后与电源(1)的一端点(a)相连，第一可控硅(VT1)的阴极与第二可控硅(VT2)的阳极相连再与接触器(KM)的一端相连后与负载(8)的一端点(b)相连。

6、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的逆变装置(4)由全控型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)V1、V2、V3、V4构成，其内含反并联二极管，其中储能电容器(3)的正极与第一绝缘栅双极晶体管V1和第三绝缘栅双极晶体管V3的集电极相连，储能电容器(3)的负极与第二绝缘栅双极晶体管V2和第四绝缘栅双极晶体管V4的发射极相连；第一绝缘栅双极晶体管V1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连后与高频滤波装置(5)的滤波电感L_f的一端相连；第三绝缘栅双极晶体管V3的发射极与第四绝缘栅双极晶体管V4的集电极相连后与高频滤波装置(5)的滤波电容C_f的一端相连。

7、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的逆变装置(4)由全控型电力电子器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)V1、V2构成，其内含反并联二极管，其中储能电容器(3)的中的第一电容器C1的正极与第一绝缘栅双极晶体管V1的集电极相连，储能电容器(3)的中的第二电容器C2的负极与第二绝缘栅双极晶体管V2的发射极相连；第一绝缘栅双极晶体管V1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连后与高频滤波装置(5)的滤波电感L_f的一端相连。

8、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的高频滤波装置(5)由滤波电感L_f和滤波电容C_f构成，其中滤波电感L_f的一端与逆变装置(4)的第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连，另一端与滤波电容C_f的一端相连后再与电源(1)的一端相连；滤波电容C_f的一端与电源(1)的一端相连，另一端与逆变装置(4)的第四绝缘栅双极晶体管V4的集电极和负载(8)的一端相连。

9、根据权利要求1所述的串联电压质量调节器，其特征在于：所说的高频滤波装置(5)由滤波电感L_f和滤波电容C_f构成，其中滤波电感Lf的一端与逆变装置(4)的第二绝缘栅双极晶体管V2的集电极相连，另一端与滤波电容C_f的一端相连后再与负载(8)的一端(b)相连；滤波电容C_f的一端与电源(1)的一端(a)相连，另一端与负载(8)的一端(b)相连。

10、一种根据权利要求1所述的串联电压质量调节器的投入和切除方法，其特征在于：利用串联电压质量调节器本身逆变装置(4)中的全控型电力电子器件开关IGBT，对旁路切换装置(6)中处于旁路待机状态导通的晶闸管实施强迫换流，快速关断导通的晶闸管，其过程为：检测串联电压质量调节器中A点的电流信号，通过电流信号过零比较对该电流进行锁相，从而确定晶闸管VT1或VT2哪个导通，以便开通逆变装置(4)中相应的全控型电力电子器件开关IGBT对导通晶闸管施加反向直流电压对其实施强迫关断，其中A点电流包含了输出滤波装置(7)和负载(8)中通过的电流。