CN104934995A - 一种具有不间断电源功能的统一电能质量调节器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有不间断电源功能的统一电能质量调节器，属于电力设备技术领域。该调节器包括：三个超级电容储能模块、三个单相变换器模块和双向晶闸管模块，超级电容储能模块分别与单相变换器模块的直流侧并联，单相变换器模块交流输出端分别并联到双向晶闸管模块输出端与负荷之间，单相变换器模块交流输出端与负荷连接，双向晶闸管模块输入端分别连接系统电源，双向晶闸管模块输出端还同时直接与负荷相连。本发明增强了解决电能质量问题的范围，降低了成本，并且容易实现大容量输出，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
技术领域
本发明涉及一种具有不间断电源功能的统一电能质量调节器，属于电力设备技术领域。
背景技术
随着我国现代工业技术及人民生活水平的提高，电能质量问题日益凸显，电能质量治理技术已经成为解决电能质量问题的关键。目前电能质量问题主要有系统电源电压暂态故障，谐波污染，功率因数低，三相不平衡等问题，相应的解决方案主要有动态电压恢复器(DVR)，有源滤波器(APF)，静止无功补偿发生器(SVG)等，但由于这些电能质量治理设备功能单一，为了进一步降低成本和实现功能集成化，统一电能质量调节器(以下简称UPQC)作为综合型电能质量治理装置得到了发展和应用，目前的统一电能质量调节器原理如图1，串联变压器一次侧串联在系统电源AC和负荷M之间，串联变压器二次侧连接到串联逆变器交流侧，串联逆变器直流侧与并联逆变器直流侧连接，并联逆变器交流侧并联到串联变压器与负荷M之间，其并联逆变器可以实现APF与SVG等功能，串联逆变器可以实现串联DVR功能。
但是随着现代工业生产对电质量要求的不断提高，电网稳定性日益增强，和多回线路供电模式的广泛采用，导致在系统电源电压暂态电能质量问题上提出了新的需求，该需求包括系统电源电压短时深度下降和短时中断，由于目前UPQC为基于串联电压补偿原理，其原理如图1所示，导致其无法满足电压短时深度下降和中断的电压补偿要求，同时目前UPQC不具备双向直流-直流变流功能导致很难适用于超级电容等相关储能设备，并且对于动力型负荷传统UPQC不具备软启动功能。
不间断电源虽然能够在系统电源中断时保证负荷稳定运行，但不间断电源基本按照系统电源长时中断设计，成本较高，同时不间断电源只能解决系统电源电压稳定性问题，不具备电能质量治理功能，比如有源滤波，无功补偿等功能。
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。单相变换器已经是非常成熟的电力电子设备，尤其在大功率应用上，并且其可靠性高成本低。随着现代工业的发展，对供电质量的要求也越来越高，相应对具备带不间断电源功能的并联型电压补偿功能的需求越来越急迫。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有不间断电源功能的统一电能质量调节器，改变已有统一电能质量调节器的结构，将UPQC中的并联逆变器改为单相半桥或全桥逆变器，以增强解决电能质量问题的范围，同时实现了装置的进一步集成化，有效降低装置成本。
本发明提出的具备不间断电源功能的统一电能质量调节器，包括第一超级电容储能模块、第二超级电容储能模块、第三超级电容储能模块、第一单相变换器模块、第二单相变换器模块、第三单相变换器模块和双向晶闸管模块；所述的第一超级电容储能模块、第二超级电容储能模块和第三超级电容储能模块分别与第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的直流侧并联，第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的交流输出端分别并联到所述的双向晶闸管模块的输出端MA、MB、MC与负荷M之间，第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的交流输出端N线与负荷M的N线连接；所述的双向晶闸管模块的输入端分别连接系统电源AC的A相、B相和C相，双向晶闸管模块的输出端同时直接与负荷M相连，双向晶闸管模块由三个双向晶闸管组成。
上述统一电能质量调节器中，所述的单相变换器由单相全桥逆变器和LCL滤波器组成。也可以由单向半桥逆变器和LCL滤波器组成。
上述统一电能质量调节器中，所述的单相变换器模块可以由多个单相变换器组成，多个单相变换器并联连接，通过并联实现装置容量扩展。
上述统一电能质量调节器中，所述的超级电容模块由多个超级电容单体先串联后并联组成。
本发明提出的具备不间断电源功能的统一电能质量调节器，其优点是：
1、本发明的统一电能质量调节器，由于使用了超级电容储能技术，因此增强了其解决电能质量问题的范围，进一步集成化，有效降低了成本。
2、本发明的统一电能质量调节器，通过对其中单相变换器模块中将多个单相变换器并联，可以进一步扩大装置容量，实现装置的大容量配置。
3、本发明的统一电能质量调节器，由于使用了可快速关断晶闸管技术，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。
4、本发明的统一电能质量调节器，弥补目前UPQC功能不足之处，在UPQC基础上增加了系统电源电压短时深度跌落和中断的电压补偿功能，软启动功能，同时具备有源滤波，无功补偿和三相不平衡补偿功能，本发明的新型UPQC增强了解决电能质量问题的范围。
附图说明
图1为已有的电能质量调节器的电路原理图。
图2为本发明提出一种具有不间断电源功能的统一电能质量调节器的电路原理图。
图3为本发明使用的单相变换器电路原理图，其中图3(a)是单相全桥逆变器，图3(b)是单相半桥逆变器。
图4为本发明使用的单相变换器并联示意图。
图5为本发明使用的超级电容组模方式示意图。
具体实施方式
本发明提出的具备不间断电源功能的统一电能质量调节器，其结构如图1所示，包括第一超级电容储能模块、第二超级电容储能模块、第三超级电容储能模块、第一单相变换器模块、第二单相变换器模块、第三单相变换器模块和双向晶闸管模块；所述的第一超级电容储能模块、第二超级电容储能模块和第三超级电容储能模块分别与第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的直流侧并联，第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的交流输出端分别并联到所述的双向晶闸管模块的输出端MA、MB、MC与负荷M之间，第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的交流输出端N线与负荷M的N线连接；所述的双向晶闸管模块的输入端分别连接系统电源AC的A相、B相和C相，双向晶闸管模块的输出端同时直接与负荷M相连，双向晶闸管模块由三个双向晶闸管组成。
上述统一电能质量调节器中，所述的单相变换器由单相全桥逆变器和LCL滤波器组成，如图3(a)所示。也可以由单向半桥逆变器和LCL滤波器组成，如图3(b)所示。
上述统一电能质量调节器中的单相变换器模块，可以由多个单相变换器组成，多个单相变换器相互并联，通过并联实现装置容量扩展，如图4所示。
上述统一电能质量调节器中的超级电容模块，可以由多个超级电容单体先串联后并联组成，如图5所示。
以下结合附图，详细介绍本发明提出的统一电能质量调节器的工作原理和工作过程：
当系统电源AC正常时，系统电源AC通过双向晶闸管向负荷M供电，通过控制晶闸管的触发角度可以实现电动机软启动，单相变换器模块工作在电流源模式，可以实现有源滤波功能、无功补偿功能和三相不平衡补偿功能，单相变换器模块通过可控整流模式向超级电容储能模块充电以实现能量存储。当系统电源AC发生暂态电压故障时，单相变换器模块工作状态由电流源模式切换到电压源模式，通过反压脉冲方法或负荷电流转移方法实现双向晶闸管的有效关断，超级电容储能模块通过单相变换器模块直流侧为单相变换器模块交流输出提供能量，单相变换器模块作为电压源以维持负荷M的正常工作。当系统电源AC恢复正常后，单相变换器模块则退出电压源工作模式并再次启动电流源工作模式，双向晶闸管被导通，以维持负荷的正常工作。
Claims (5)
1.一种具备不间断电源功能的统一电能质量调节器，其特征在于，该统一电能质量调节器包括第一超级电容储能模块、第二超级电容储能模块、第三超级电容储能模块、第一单相变换器模块、第二单相变换器模块、第三单相变换器模块和双向晶闸管模块；所述的第一超级电容储能模块、第二超级电容储能模块和第三超级电容储能模块分别与第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的直流侧并联，第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的交流输出端分别并联到所述的双向晶闸管模块的输出端MA、MB、MC与负荷M之间，第一单相变换器模块、第二单相变换器模块和第三单相变换器模块的交流输出端N线与负荷M的N线连接；所述的双向晶闸管模块的输入端分别连接系统电源AC的A相、B相和C相，双向晶闸管模块的输出端同时直接与负荷M相连，双向晶闸管模块由三个双向晶闸管组成。
2.如权利要求1所述的统一电能质量调节器，其特征在于，其中所述的单相变换器模块由单相全桥逆变器和LCL滤波器组成。
3.如权利要求1所述的统一电能质量调节器，其特征在于，其中所述的单相变换器模块由单向半桥逆变器和LCL滤波器组成。
4.如权利要求1所述的统一电能质量调节器，其特征在于，所述的单相变换器模块由多个单相变换器组成，多个单相变换器相互并联，通过并联实现装置容量扩展。
5.如权利要求1所述的统一电能质量调节器，其特征在于，其中所述的超级电容模块由多个超级电容单体先串联后并联组成。
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