CN104377702A

CN104377702A - 一种可逆调节动态电压调节器

Info

Publication number: CN104377702A
Application number: CN201410661302.3A
Authority: CN
Inventors: 江友华; 王林; 陈江伟; 王润超; 田书锦
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-02-25

Abstract

本发明涉及一种可逆调节动态电压调节器，包括DSP控制电路、两个串联连接的PWM变换器、逆变状态以及由电感电容构成的正弦波滤波器，输入电压一端经过串联补偿变压器次级后，再经过正弦波滤波器输出到负载，第一PWM变换器输出接串联补偿变压器初级两端，第二PWM变换器输出接负载前端；两个串联的变换器之间接储能平波电容，DSP控制电路采集输入电压瞬时值和输入电压相位信号，DSP控制电路输出控制信号到两个PWM变换器，调节两个PWM变换器工作状态。通过对能量的双向调节，可以快速抑制电网电压跌落、上升对电力用户的干扰，从而提高配电系统的电能质量。

Description

一种可逆调节动态电压调节器

技术领域

本发明涉及一种配电变压器，特别涉及一种可逆调节动态电压调节器。

背景技术

由于电网电压用电容量随时变化，其电压波动很大，表现为经常过欠压、瞬时跌落、浪涌及尖峰干扰较多（在一些偏远地区尤其严重），从而影响用户的用电质量，而随着科技和经济的发展，信息技术和微电子技术的应用，大量用电设备对供电质量的要求越来越高。研究表明，电压跌落问题已成为影响许多用电设备正常、安全运行的电能质量问题之一。在现代工业生产中，电压跌落将引起厂家的产品质量下降，甚至导致全厂生产过程中断，从而造成巨大的经济损失。因此，如何抑制电压跌落对电力用户的干扰、提高配电系统的动态电能质量，已成为摆在电力研究人员面前十分迫切的问题。

目前，市场上用于稳定电压的交流稳压器有如下几种：

（1）铁磁谐振式稳压器：它以LS串联谐振原理为基础而实现稳压，这种稳压器一般效率低，电源侧功率因数低、负载适应性差、频率效应不好、温升高、噪声大、体积大等缺陷；

（2）变压器变比调整型稳压器：所述的变压器初级设有多个抽头，每个抽头串接一只继电器或双向可控硅，通过改变抽头来调节电压，这种稳压器可控硅或继电器直接串接在主电路中，负载电流全部从可控硅中或继电器流过，负载电流中的瞬变、波动极易损坏可控硅，而长期通过大电流产生很大热量，也使可控硅工作在恶劣的工况下，性能劣化，可靠性变差。另外，采用这种结构来做大容量的稳压器，可控硅容量也需选得很大，这给可控硅余量系数的确定、可控硅散热设计均造成很大的困难，极易引起可靠性变差；

（3）碳刷型交流稳压器：通过机电式机构调节自耦变压器的触头来调节补偿电压。由于使用碳刷和机械传动，造成其工作寿命短、响应速度慢、碳刷接触面小而影响输出电流、碳刷磨损快需要经常更换、机械失灵引起冲顶而烧坏稳压器、电力局更换线路造成电机反转而烧坏设备等许多缺点和问题；

（4）无触点补偿式交流稳压器：这种拓扑结构无机械触点、体积小，效率高，解决了上述机型的缺陷，如专利号ZL00204096.4和专利号ZL01253876.0所公开的无触点交流稳压器；但这两种专利所公开的交流稳压器其共同缺点是电压有级调节，不能实现电压连续调节，调压精度不高。另外，不同绕组抽头之间切换时，易造成晶闸管共态导通的短路事故。

专利号ZL99244189.7公开了一种PWM逆变式交流稳压器，可以实现电压连续调节，但这种拓扑结构复杂，控制难度大，因而实现起来比较困难，市场价值不高。

发明内容

本发明是针对稳定电压的交流稳压器存在的问题，提出了一种可逆调节动态电压调节器，以补偿电压跌落、上升为目的，通过向配电系统串入一个电压源来调节用户端电压质量，以抑制配电系统的电压扰动对负荷的影响，在供电电压发生变化时，高性能的可逆调节动态电压调节器将迅速做出响应，可在几个毫秒内产生一个与电网同步的交流电压来补偿系统电压跌落，从而把负载电压稳定在正常值。

本发明的技术方案为：一种可逆调节动态电压调节器，包括DSP控制电路、两个串联连接的PWM变换器、逆变状态以及由电感电容构成的正弦波滤波器，输入电压一端经过串联补偿变压器次级后，再经过正弦波滤波器输出到负载，第一PWM变换器输出接串联补偿变压器初级两端，第二PWM变换器输出接负载前端；两个串联的变换器之间接储能平波电容，DSP控制电路采集输入电压瞬时值和输入电压相位信号，DSP控制电路输出控制信号到两个PWM变换器，调节两个PWM变换器工作状态。

所述DSP控制电路采集输入电压瞬时值大于参考电压时，DSP控制电路输出控制信号到双PWM变换器，第一PWM变换器处于整流状态，第二PWM变换器处于逆变状态，输入电压经过串联补偿变压器、第一PWM变换器、第二PWM变换器流入负载，串联补偿变压器反向补偿，输出负载电压不变；DSP控制电路采集输入电压瞬时值小于参考电压时，DSP控制电路输出控制信号到双PWM变换器，第一PWM变换器处于逆变状态，第二PWM变换器处于整流状态，负载侧电能经过第二PWM变换器、第一PWM变换器、串联补偿变压器流回电网，串联补偿变压器正向补偿，，输出负载电压不变。

所述DSP控制电路包括AD采样检测电路、PWM脉冲发生电路、触发电路、保护电路、显示电路，AD采样检测电路采集输入电压瞬时值和输入电压相位，然后输出到PWM脉冲发生电路，PWM脉冲发生电路输出控制信号到双PWM变换器；保护电路采集过压、欠压、过流信号，输出保护动作到双PWM变换器的功率器件；显示电路显示数据和参数设定。

本发明的有益效果在于：本发明可逆调节动态电压调节器，通过对能量的双向调节，可以抑制电网电压跌落、上升对电力用户的干扰，从而提高配电系统的电能质量。本发明可替代各种依靠切换变压器抽头的机械式有载调压变压器、采用伺服电机带动碳刷滑动的机械式交流调压器以及采用可控硅进行切换的无触点交流稳压器，可广泛应用于通讯设备、广播电视、工业生产线、数控机床、轻工纺织、医疗设备、宾馆、电脑房等各种需要电压稳定的场所。高性能的可逆调节动态电压调节器的特点是没有机械开关的切换，也不会产生电弧，因此其工作寿命长，维修量少；由于是采用全控器件IGBT构成的双PWM变换器，其响应速度快，可以进行动态电压调节；由于该装置只需补偿系统电压跌落或升高的部分，所以其容量只需系统容量的1/5-1/3，性价比高；由于该装置是采用双PWM变换器进行电压调节，调压精度高，可以实现电压连续调节；由于该装置采用数字信号处理器进行控制，速度快，保护功能齐全，可靠性高。

附图说明

图1为本发明可逆调节动态电压调节器原理框图；

图2为本发明市电电压升高15%调节示意图；

图3为本发明市电电压降低15%调节示意图。

具体实施方式

本发明可使能量双向流动，当输入电网电压发生变化时，DSP控制器控制双PWM变换器产生一个相对应的电压对输入电压进行补偿，从而自动调节配电网电压，保持负载电压稳定。也就是说，当负载电压偏高时，一部分能量从双PWM变换器流出，返回电网，对输入电压进行反向抵消，从而维持负载电压不变；而当负载电压偏低时，附加的一部分能量从电网侧经过双PWM变换器流入，和原来电网输入电压进行同相叠加，进而保持负载电压不变

如图1所示可逆调节动态电压调节器原理框图，可逆调节动态电压调节器由主电路和控制电路两大部分组成。其中主电路又由四个部分组成，它们分别是PWM1变换器，PWM2变换器，串联补偿变压器以及由、构成的正弦波滤波器。PWM1变换器主要是对输入电网能量进行流入和流出控制；PWM2变换器主要是对负载能量进行流入和流出控制；串联补偿变压器主要起到降压和隔离作用；、构成的正弦波滤波器主要是滤除PWM变换器产生的高频脉冲，从而使输出电压谐波含量减少；PWM1变换器与PWM2变换器之间的电容起储能和平波作用，并连接PWM1变换器与PWM2变换器，使其相互之间实现解耦而互不影响。DSP控制电路主要由AD采样检测电路、PWM脉冲发生电路、触发电路及相应的保护和显示电路组成。AD采样检测电路的主要功能是对电网电压瞬时值检测和电网电压相位检测，用于控制脉冲的大小以及能量流动方向；保护电路装置主要是过压、欠压、过流等信号的检测，用于保护高性能的可逆调节动态电压调节器的功率器件；显示及输入装置为外围电路，用于显示和参数设定。

可逆调节动态电压调节器的工作原理如下：当输入电压U _i升高，致使输出负载电压偏高时，DSP控制器根据输入检测电压的变化，控制PWM1变换器处于整流状态，而PWM2变换器处于逆变状态，能量流从电网侧经过双PWM变换器流入负载，进而维持输出负载电压不变，如图2所示市电电压升高15%调节示意图。此时串联补偿变压器起反向补偿作用；当输入电压U _i跌落，致使输出负载电压偏低时，DSP控制器根据输入检测电压的变化，控制PWM1变换器处于逆变状态，而PWM2变换器处于整流状态，能量流从负载侧经过双PWM变换器流入电网，进而维持输出负载电压不变，如图3所示市电电压降低15%调节示意图。此时串联补偿变压器起正向补偿作用。由此可知，本发明可逆调节动态电压调节器通过控制双PWM变换器，使能量在负载和电网之间循环流动，进而保持输出电压不变。

下面对可逆调节动态电压调节器的具体调节过程进行分析。

假定高性能的可逆调节动态电压调节器损耗等于零，则市电输入的功率一定等于负载吸收的有功功率，即

（1）

由于可逆调节动态电压调节器的稳压作用，使（是参考电压，即），由此可知，或。

当时，例如时，

（2）

由交流稳压器原理可知，当输入电压升高时，需要对输入电压进行负补偿，此时PWM1变换器处于整流状态，而PWM2变换器处于逆变状态，在串联补偿变压器次级产生一个负补偿电压，如图2所示。此时有。与此同时，串联补偿变压器从市电吸收的功率为：

（3）

变换成电流：

（4）

转送到负载，使负载得到的电流为：

（5）

由式（1）～式（5）可知，在保持输入功率等于输出功率的条件下（假定调压器的损耗等于零），由于市电电压升高而使市电输入电流减少的量，当市电电压受到高性能的可逆调节动态电压调节器的负补偿而使负载电压的同时，把由串联补偿变压器从市电电源吸收的功率，变换成电流转送到负载，使负载吸收的电流等于，保证了市电的输入功率等于负载吸收的功率。

当时，例如时，

（6）

如上所述，此时PWM1变换器处于逆变状态，而PWM2变换器处于整流状态，在串联补偿变压器次级产生一个正补偿电压，如图3所示。此时有。因此串联补偿变压器补偿到市电电源的功率为：

（7）

变换成电流：

（8）

转送到负载，使负载得到的电流为：

（9）

这说明，在保持调压器输入功率等于输出功率的条件下（假定稳压器的损耗等于零），由于市电电压降低而使市电输入电流增加的量，由于受到可逆调节动态电压调节器的正补偿，使其增加的电流量通过交流稳压器的作用，反馈回电网，维持负载电流不变，从而保证了市电的输入功率等于负载吸收的功率。

Claims

1.一种可逆调节动态电压调节器，其特征在于，包括DSP控制电路、两个串联连接的PWM变换器、逆变状态以及由电感电容构成的正弦波滤波器，输入电压一端经过串联补偿变压器次级后，再经过正弦波滤波器输出到负载，第一PWM变换器输出接串联补偿变压器初级两端，第二PWM变换器输出接负载前端；两个串联的变换器之间接储能平波电容，DSP控制电路采集输入电压瞬时值和输入电压相位信号，DSP控制电路输出控制信号到两个PWM变换器，调节两个PWM变换器工作状态。

2.根据权利要求1所述可逆调节动态电压调节器，其特征在于，所述DSP控制电路采集输入电压瞬时值大于参考电压时，DSP控制电路输出控制信号到双PWM变换器，第一PWM变换器处于整流状态，第二PWM变换器处于逆变状态，输入电压经过串联补偿变压器、第一PWM变换器、第二PWM变换器流入负载，串联补偿变压器反向补偿，输出负载电压不变；DSP控制电路采集输入电压瞬时值小于参考电压时，DSP控制电路输出控制信号到双PWM变换器，第一PWM变换器处于逆变状态，第二PWM变换器处于整流状态，负载侧电能经过第二PWM变换器、第一PWM变换器、串联补偿变压器流回电网，串联补偿变压器正向补偿，，输出负载电压不变。

3.根据权利要求1或2所述可逆调节动态电压调节器，其特征在于，所述DSP控制电路包括AD采样检测电路、PWM脉冲发生电路、触发电路、保护电路、显示电路，AD采样检测电路采集输入电压瞬时值和输入电压相位，然后输出到PWM脉冲发生电路，PWM脉冲发生电路输出控制信号到双PWM变换器；保护电路采集过压、欠压、过流信号，输出保护动作到双PWM变换器的功率器件；显示电路显示数据和参数设定。