CN104104143A - 用于隔离电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于隔离电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，属于电力设备技术领域。包括：超级电容、双向直流-直流变换器、三相桥逆变器和主回路，主回路由第一三相断路器、双向晶闸管和第二三相断路器组成。超级电容与双向直流-直流变换器的低压侧并联，双向直流-直流变换器的高压侧与三相桥逆变器的直流端并联，三相桥逆变器的交流端与主回路连接，连接点位于双向晶闸管与第二三相断路器之间，双向晶闸管通过第一三相断路器与系统电源连接，第二三相断路器与负荷连接。本发明的联型静态电压恢复器，不但具有极快的响应速度，待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高。

Description

用于隔离电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器

技术领域

本发明涉及一种用于隔离电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，尤其涉及一种电力系统发生暂态电压故障时可维持负荷正常运行的并联型静态电压恢复器，属于电力设备技术领域。

背景技术

由于现代工业生产对用电质量要求的不断提高，供电系统出现电压跌落，升高或中断等暂态问题后会对影响生产过程正常运行，尤其对于石油化工、造纸、发电厂等生产工艺会造成致命的损害。输配电系统故障致供电系统电压降低、断电或升高导致负荷无法正常工作，从而影响生产流程正常运行。因此，从用户侧采取高新技术手段减少和避免暂态电压过程带来的危害已经成为现代企业供电技术的迫切问题。

随着储能技术的发展，超级电容作为典型的储能设备由于使用寿命增长，放电能力加强，成本降低而得到广泛的应用。而双向直流-直流变换器与三相桥逆变器已经是非常成熟的电力电子设备，可靠性高成本低。随着现代工业的发展，对供电质量的要求也越来越高，相应对具备电压恢复能力的并联型静态电压恢复器需求越来越急迫。

目前解决电压暂降的主要产品有动态电压恢复器(以下简称DVR)与动态电压暂降补偿器(以下简称DYSC)。其中，DVR属于串联型装置，当系统电源中断时，动态电压恢复器无法工作；DYSC为单相H桥拓扑结构，对于三相电源系统，其设备成本相对较高，尤其当系统电源中断时间大于1秒后，由于三相储能的增加导致设备成本较高，很难在工业界广泛推广。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于隔离电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，在供电系统发生暂态电压故障时，将负荷与发生故障的系统电源隔离，使负荷正常运行，并使响应速度快，待机效率高。

本发明提出的用于解决电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，包括：超级电容、双向直流-直流变换器、三相桥逆变器和主回路，主回路由第一三相断路器、双向晶闸管和第二三相断路器组成，所述的超级电容与双向直流-直流变换器的低压侧并联，双向直流-直流变换器的高压侧与所述的三相桥逆变器的直流端并联，三相桥逆变器的交流端与所述的主回路连接，连接点位于主回路上的双向晶闸管与第二三相断路器之间，双向晶闸管通过第一三相断路器与系统电源连接，第二三相断路器与负荷连接。

上述并联型静态电压恢复器中，所述的三相桥逆变器包括第一绝缘栅双极型晶体管对管，第二绝缘栅双极型晶体管对管，第三绝缘栅双极型晶体管对管，由三相交流电感和三相电容组成的滤波器，直流电容，以及由第一接触器、限流电阻和第二接触器组成的缓冲电路；所述的直流电容的正负极分别与第一绝缘栅双极型晶体管对管、第二绝缘栅双极型晶体管对管和第三绝缘栅双极型晶体管对管的上管集电极和下管发射极并联；所述的滤波器的三相交流电感的一端分别与第一绝缘栅双极型晶体管对管、第二绝缘栅双极型晶体管对管和第三绝缘栅双极型晶体管对管的上管发射极连接，三相交流电感的另一端与三相电容连接；所述的缓冲电路中的第二接触器与限流电阻串联，串联后与第一接触器并联，缓冲电路一端与三相电感连接，另一端与主回路连接。

上述并联型静态电压恢复器中，所述的双向直流-直流变换器包括第四绝缘栅双极型晶体管对管和直流电感；所述直流电感的一端连接到第四绝缘栅双极型晶体管对管的上管发射极，直流电感的另一端连接到超级电容的正极；所述超级电容的负极与第四绝缘栅双极型晶体管对管的下管发射极连接。

本发明提出一种用于隔离电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，其优点是：本发明的并联型静态电压恢复器，不但可以在供电系统电源出现电压降低、升高或中断等暂态故障时，保证负荷持续工作，并且由于使用单个三相桥逆变器、单路双向直流-直流变换器和超级电容的设计方案，使设备的成本相对已有的动态电压暂降补偿器较低。本发明的并联型电压恢复器不但具有极快的响应速度、待机效率高、工作稳定，而且结构简单，有效地节约了产品成本，便于维护，易于操作，性价比较高。

附图说明

图1为本发明提出的并联型静态电压恢复器的系统电路原理图。

图2为图1所示的电压恢复器中三相桥逆变器的电路图。

图3为图1所示的并联型静态电压恢复器中双向直流-直流变换器的电路图。

具体实施方式

本发明提出的用于解决电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，其结构如图1所示，包括：超级电容、双向直流-直流变换器、三相桥逆变器和主回路，主回路由第一三相断路器K1、双向晶闸管和第二三相断路器K2组成，所述的超级电容与双向直流-直流变换器的低压侧并联，双向直流-直流变换器的高压侧与所述的三相桥逆变器的直流端并联，三相桥逆变器的交流端与所述的主回路连接，连接点位于主回路上的双向晶闸管与第二三相断路器K2之间，双向晶闸管通过第一三相断路器K1与系统电源连接，第二三相断路器K2与负荷M连接。

上述并联型静态电压恢复器中的三相桥逆变器，其结构如图2所示，包括第一绝缘栅双极型晶体管对管B1、第二绝缘栅双极型晶体管对管B2和第三绝缘栅双极型晶体管对管B3，由三相交流电感L1和三相电容C2组成的滤波器，直流电容C1，以及由第一接触器K3、限流电阻R1和第二接触器K4组成的缓冲电路；所述的直流电容C1的正负极分别与第一绝缘栅双极型晶体管对管B1、第二绝缘栅双极型晶体管对管B2和第三绝缘栅双极型晶体管对管B3的上管集电极和下管发射极并联；所述的滤波器的三相交流电感L1的一端分别与第一绝缘栅双极型晶体管对管B1、第二绝缘栅双极型晶体管对管B2和第三绝缘栅双极型晶体管对管B3的上管发射极连接，三相交流电感L1的另一端与三相电容C2连接；所述的缓冲电路中的第二接触器K2与限流电阻R1串联，串联后与第一接触器K1并联，缓冲电路一端与三相电感L1连接，另一端与主回路连接。

上述并联型静态电压恢复器中的双向直流-直流变换器，其结构如图3所示，包括第四绝缘栅双极型晶体管对管B4和直流电感L2；所述直流电感L2的一端连接到第四绝缘栅双极型晶体管对管B4的上管发射极，直流电感L2的另一端连接到超级电容的正极；所述超级电容的负极与第四绝缘栅双极型晶体管对管B4的下管发射极连接。

以下结合附图，详细介绍本发明并联型静态电压恢复器的工作原理和工作过程：

参照图1所示，图1为本发明用于解决电力系统暂态电压问题的并联型静态电压恢复器的系统电路原理图。系统电源电压正常时，系统电源通过主回路为负荷供电，三相桥逆变器和双向直流-直流变换器构成充电电路向超级电容充电，充满电后充电电路工作在浮充状态，其中三相桥逆变器工作在可控整流模式，当系统电源发生暂态电压故障时(电源中断，电压跌落，电压升高)，首先停止三相桥逆变器可控整流工作模式，并根据负荷电流方向通过三相桥逆变器输出相对于双向晶闸管的反压脉冲关断主回路双向晶闸管，双向晶闸管被关断后使三相桥逆变器工作在电压源逆变模式，超级电容通过双向直流-直流变换器向三相桥逆变器放电，三相桥逆变器作为电压源以维持负荷的正常工作，当系统电源恢复正常后，三相桥逆变器则退出逆变工作模式，双向晶闸管被导通以维持负荷的正常工作。

参照图2所示，图2为本发明用于解决电力系统暂态电压问题的并联型静态电压恢复器的三相桥逆变器电路图。所述三相桥逆变器在装置启动时首先通过缓冲电路中K4、R1向直流电容C1不控整流充电，当C1电压达到期望值时则断开K4闭合K3，并联型静态电压恢复器开始进入工作状态。三相桥逆变器可工作在可控整流、输出电压脉冲和电压源逆变三种工作模式。当系统电源电压正常时逆变器工作在可控整流模式，控制目标为直流电容C1电压，其目标值高于系统额定电压线电压峰峰值。当系统电源出现暂态电压故障时(电源中断，电压跌落，电压升高)，三相桥逆变器根据负荷电流方向输出电压脉冲在1ms以内关断主回路双向晶闸管中正在导通的晶闸管，该晶闸管被关断后，三相桥逆变器工作在电压源逆变模式，三相桥逆变器输出电压相位和幅值以系统电源故障之前电压相位和幅值为基准，作为电压源以维持负荷的正常工作，当系统电源电压恢复正常后，三相桥逆变器通过无缝退出技术退出运行。

参照图3所示，图3为本发明用于解决电力系统暂态电压问题的并联型静态电压恢复器的双向直流-直流变换器电路图。所述双向直流-直流变换器对超级电容充电有恒流充电与浮充两种充电模式，当超级电容容量低于期望值时则进行恒流充电，当超级电容容量达到期望值时则进行浮充。所述双向直流-直流变换器对逆变器直流电容C1为恒压放电工作模式，当三相桥逆变器直流电容电压低于期望值时则启动对超级电容的恒压放电工作模式。

Claims (3)

1.一种用于解决电力系统暂态电压故障的并联型静态电压恢复器，其特征在于该电压恢复器包括：超级电容、双向直流-直流变换器、三相桥逆变器和主回路，主回路由第一三相断路器、双向晶闸管和第二三相断路器组成，所述的超级电容与双向直流-直流变换器的低压侧并联，双向直流-直流变换器的高压侧与所述的三相桥逆变器的直流端并联，三相桥逆变器的交流端与所述的主回路连接，连接点位于主回路上的双向晶闸管与第二三相断路器之间，双向晶闸管通过第一三相断路器与系统电源连接，第二三相断路器与负荷连接。

2.如权利要求1所述的并联型静态电压恢复器，其特征在于其中所述的三相桥逆变器包括第一绝缘栅双极型晶体管对管，第二绝缘栅双极型晶体管对管，第三绝缘栅双极型晶体管对管，由三相交流电感和三相电容组成的滤波器，直流电容，以及由第一接触器、限流电阻和第二接触器组成的缓冲电路；所述的直流电容的正负极分别与第一绝缘栅双极型晶体管对管、第二绝缘栅双极型晶体管对管和第三绝缘栅双极型晶体管对管的上管集电极和下管发射极并联；所述的滤波器的三相交流电感的一端分别与第一绝缘栅双极型晶体管对管、第二绝缘栅双极型晶体管对管和第三绝缘栅双极型晶体管对管的上管发射极连接，三相交流电感的另一端与三相电容连接；所述的缓冲电路中的第二接触器与限流电阻串联，串联后与第一接触器并联，缓冲电路一端与三相电感连接，另一端与主回路连接。

3.如权利要求1所述的并联型静态电压恢复器，其特征在于其中所述的双向直流-直流变换器包括第四绝缘栅双极型晶体管对管和直流电感；所述直流电感的一端连接到第四绝缘栅双极型晶体管对管的上管发射极，直流电感的另一端连接到超级电容的正极；所述超级电容的负极与第四绝缘栅双极型晶体管对管的下管发射极连接。