CN106159959A - 一种改进的可连续运行动态电压恢复器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的可连续运行动态电压恢复器，包括整流电路、直流侧储能电容、功率因数校正电路、逆变电路、滤波器和串联变压器。其中，整流电路由三相二极管不可控整流桥组成，用于从电网中获取能量；功率因数校正电路是基于改进的改进型升压斩波器Boost电路，主要是在电网电压发生跌落时保证直流侧电压的稳定；逆变电路主要通过对直流电压的逆变产生补偿电压；滤波器用于滤除逆变器产生的开关高次谐波。本发明利用改进型Boost‑PFC电路减小电网谐波的影响，稳定了直流侧电压，延长了补偿时间，从而提高了动态电压恢复器的补偿能力。

Description

一种改进的可连续运行动态电压恢复器

技术领域

本发明涉及动态电压恢复器控制系统技术领域，特别是一种改进的可连续运行动态电压恢复器。

背景技术

动态电压恢复器DVR可以补偿系统的电压跌落，但需要一定的有功能量，所以储能单元是必不可少的。一般直流侧的储能单元通常有两种结构形式：一种是直接为储能元件储能，如蓄电池、超级电容器、超导储能装置以及飞轮储能装置等；另一种是通过整流电路从电网中获得能量，为可连续运行动态电压恢复器。

对于采用储能元件储能的方法，受储能单元成本、体积等因素限制，储能单元的容量是有限的，因此只能完成跌落电压的瞬间补偿，如果电网电压跌落时间比较长或跌落严重，则无法进行完全补偿。对于可连续运行动态电压恢复器，虽然可以进行可连续运行，但也存在一些问题，如直流侧电压波动大，维持电压稳定比较困难；当电网电压跌落严重时，整流器就无法从电网中获取能量问题，因此需要进行一些改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种改进的可连续运行动态电压恢复器，保证了逆变器直流侧电压的稳定，减小了对电网的谐波影响，从而有效的使动态电压恢复器可以连续补偿电压跌落。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种改进的可连续运行动态电压恢复器，包括依次连接的整流电路、直流侧储能电容、功率因数校正电路、逆变电路、滤波器和变压器电路；其中，

整流电路，用于将从电网中获取的交流电转换为直流电，并对直流侧储能电容进行充电；

功率因数校正电路，用于当电网电压发生跌落时保证逆变电路的直流侧电压的稳定，输出稳定的直流电压至逆变电路；

逆变电路，用于通过对直流电压的逆变，产生补偿电压并将其输出至滤波器；

滤波器，用于滤除补偿电压中的开关高次谐波，输出滤波后的补偿电压至变压器电路；

变压器电路，用于将滤波后的补偿电压接入负载中；

所述功率因数校正电路包括带中点抽头的电感、第一至第二电容、绝缘栅双极晶体管、二极管和续流二极管；其中，电感的一端与续流二极管的阳极连接，续流二极管的阴极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与绝缘栅双极晶体管的发射极、二极管的阳极、直流侧储能电容的一端分别连接，二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极、电感的中点抽头端分别连接，电感的另一端与直流侧储能电容的另一端连接。

作为本发明所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器进一步优化方案，所述整流电路包括第一至第六二极管，其中，第二二极管的阳极与第四二极管的阳极、第六二极管的阳极、直流侧储能电容的一端分别连接，第二二极管的阴极与第一二极管的阳极连接，第四二极管的阴极与第三二极管的阳极连接，第六二极管的阴极与第五二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与第三二极管的阴极、第五二极管的阴极、直流侧储能电容的另一端分别连接，第一二极管的阳极、第三二极管的阳极、第五二极管的阳极分别与三相母线一一对应连接。

作为本发明所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器进一步优化方案，所述逆变电路包括第一至第六绝缘栅双极晶体管、第七至第十二二极管，其中，第一绝缘栅双极晶体管的集电极与第一电容的一端、第七二极管的阴极、第三绝缘栅双极晶体管的集电极、第八二极管的阴极、第五绝缘栅双极晶体管的集电极、第九二极管的阴极分别连接，第二绝缘栅双极晶体管的发射极与第二电容的另一端、第十二极管的阳极、第四绝缘栅双极晶体管的发射极、第十一二极管的阳极、第六绝缘栅双极晶体管的发射极、第十二二极管的阳极分别连接，第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极、第七二极管的阳极、第十二极管的阴极分别连接，第三绝缘栅双极晶体管的发射极与第四绝缘栅双极晶体管的集电极、第八二极管的阳极、第十一二极管的阴极分别连接，第五绝缘栅双极晶体管的发射极与第六绝缘栅双极晶体管的集电极、第九二极管的阳极、第十二二极管的阴极分别连接。

作为本发明所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器进一步优化方案，所述滤波器包括第一至第三电感、第三至第五电容，变压器电路包括第一至第三变压器、第一至第三开关；其中，第一电感的一端与第九二极管的阳极连接，第二电感的一端与第八二极管的阳极连接，第三电感的一端与第七二极管的阳极连接，第一电感的另一端与第三电容的一端、第一变压器的原边一端分别连接，第二电感的另一端与第四电容的一端、第二变压器的原边一端分别连接，第三电感的另一端与第五电容的一端、第三变压器的原边一端分别连接，第三电容的另一端与第一变压器的原边另一端、第三变压器的原边另一端分别连接，第四电容的另一端与第二变压器的原边另一端、第一电容的另一端分别连接，第五电容的另一端与第三变压器的原边另一端连接，第一变压器的副边、第二变压器的副边、第三变压器的副边分别接入三相母线中，第一变压器的副边一端与第一开关的一端连接，第一变压器的副边另一端与第一开关的另一端连接，第二变压器的副边一端与第二开关的一端连接，第二变压器的副边另一端与第二开关的另一端连接，第三变压器的副边一端与第三开关的一端连接，第三变压器的副边另一端与第三开关的另一端连接。

作为本发明所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器进一步优化方案，所述电感L4、第一电容C1、第二电容C2的取值分别为：

$L4=\frac{U_{dc1}D}{2{\mathrm{\ΔI}}_{dc}{f}_{Q1}}$

$C1=C2=\frac{I_{dc2}D}{2{\mathrm{\ΔU}}_{dc2}{f}_{Q1}}$

其中，U_dc1是整流侧电容两端的电压，ΔI_dc是电感纹波电流，f_Q1是绝缘栅双极晶体管的开关频率，D是占空比，I_dc2是输入到逆变电路的电流，ΔU_dc2是直流侧纹波电压。

作为本发明所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器进一步优化方案，功率因数校正电路的控制模式为电感电流连续模式。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明在可连续运行动态电压恢复器中增加了一个基于改进型升压斩波器Boost电路的PFC，保证了逆变器直流侧电压的稳定，减小了对电网的谐波影响，从而有效的使动态电压恢复器可以连续补偿电压跌落；

(2)利用改进型Boost-PFC电路以及连续电流模式(CCM)的凭据电流的控制方法，使得减小电网谐波的影响，达到了较好的功率因数校正效果，稳定了直流侧电压，延长了补偿时间，从而提高了动态电压恢复器的补偿能力。

附图说明

图1是本发明总体电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种改进的可连续运行动态电压恢复器，包括依次连接的整流电路、直流侧储能电容C6、功率因数校正电路、逆变电路、滤波器和变压器电路；其中，

整流电路，用于将从电网中获取的交流电转换为直流电，并对直流侧储能电容进行充电；

功率因数校正电路，用于当电网电压发生跌落时保证逆变电路的直流侧电压的稳定，输出稳定的直流电压至逆变电路；功率因数校正电路是基于改进型升压斩波器Boost电路的PFC；

逆变电路，用于通过对直流电压的逆变，产生补偿电压并将其输出至滤波器；

滤波器，用于滤除补偿电压中的开关高次谐波，输出滤波后的补偿电压至变压器电路；

变压器电路，用于将滤波后的补偿电压接入负载中；

所述功率因数校正电路包括带中点抽头的电感L4、第一至第二电容C1、C2、绝缘栅双极晶体管Q1、二极管D13和续流二极管VD；其中，电感L4的一端与续流二极管VD的阳极连接，续流二极管VD的阴极与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与绝缘栅双极晶体管Q1的发射极、二极管D13的阳极、直流侧储能电容C6的一端分别连接，二极管D13的阴极与绝缘栅双极晶体管Q1的集电极、电感L4的中点抽头端分别连接，电感L4的另一端与直流侧储能电容C6的另一端连接。

所述整流电路包括第一至第六二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，其中，第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极、第六二极管D6的阳极、直流侧储能电容C6的一端分别连接，第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阳极连接，第四二极管D4的阴极与第三二极管D3的阳极连接，第六二极管D6的阴极与第五二极管D5的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极、第五二极管D5的阴极、直流侧储能电容C6的另一端分别连接，第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阳极、第五二极管D5的阳极分别与三相母线一一对应连接。

所述逆变电路包括第一至第六绝缘栅双极晶体管VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、第七至第十二二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12，其中，第一绝缘栅双极晶体管VT1的集电极与第一电容C1的一端、第七二极管D7的阴极、第三绝缘栅双极晶体管VT3的集电极、第八二极管D8的阴极、第五绝缘栅双极晶体管VT5的集电极、第九二极管D9的阴极分别连接，第二绝缘栅双极晶体管VT2的发射极与第二电容C2的另一端、第十二极管D10的阳极、第四绝缘栅双极晶体管VT4的发射极、第十一二极管D11的阳极、第六绝缘栅双极晶体管VT6的发射极、第十二二极管D12的阳极分别连接，第一绝缘栅双极晶体管VT1的发射极与第二绝缘栅双极晶体管VT2的集电极、第七二极管D7的阳极、第十二极管D12的阴极分别连接，第三绝缘栅双极晶体管VT3的发射极与第四绝缘栅双极晶体管VT4的集电极、第八二极管D8的阳极、第十一二极管D11的阴极分别连接，第五绝缘栅双极晶体管VT5的发射极与第六绝缘栅双极晶体管VT6的集电极、第九二极管D9的阳极、第十二二极管D12的阴极分别连接。

所述滤波器包括第一至第三电感L1、L2、L3、第三至第五电容C3、C4、C5，变压器电路包括第一至第三变压器T1、T2、T3、第一至第三开关K1、K2、K3；其中，第一电感L1的一端与第九二极管D9的阳极连接，第二电感L2的一端与第八二极管D8的阳极连接，第三电感L3的一端与第七二极管D7的阳极连接，第一电感L1的另一端与第三电容C3的一端、第一变压器T1的原边一端分别连接，第二电感L2的另一端与第四电容C4的一端、第二变压器T2的原边一端分别连接，第三电感L3的另一端与第五电容C5的一端、第三变压器T3的原边一端分别连接，第三电容C3的另一端与第一变压器T1的原边另一端、第三变压器T3的原边另一端分别连接，第四电容C4的另一端与第二变压器T2的原边另一端、第一电容C1的另一端分别连接，第五电容C5的另一端与第三变压器T3的原边另一端连接，第一变压器T1的副边、第二变压器T2的副边、第三变压器T3的副边分别接入三相母线中，第一变压器T1的副边一端与第一开关K1的一端连接，第一变压器T1的副边另一端与第一开关K1的另一端连接，第二变压器T2的副边一端与第二开关K2的一端连接，第二变压器T2的副边另一端与第二开关K2的另一端连接，第三变压器T3的副边一端与第三开关K3的一端连接，第三变压器T3的副边另一端与第三开关K3的另一端连接。

所述电感L4、第一电容C1、第二电容C2的取值分别为：

$L4=\frac{U_{dc1}D}{2{\mathrm{\ΔI}}_{dc}{f}_{Q1}}$

$C1=C2=\frac{I_{dc2}D}{2{\mathrm{\ΔU}}_{dc2}{f}_{Q1}}$

其中，U_dc1是整流侧电容两端的电压，ΔI_dc是电感纹波电流(ΔI_dc＝0.02％)，f_Q1是绝缘栅双极晶体管的开关频率，D是占空比，I_dc2是输入到逆变电路的电流，ΔU_dc2是直流侧纹波电压(ΔU_dc2＝0.02％)，除此之外，图1中的I_dc1为整流侧流入功率因数校正电路的电流，U_dc2为输入到逆变电路两端的电压。

功率因数校正电路的控制模式为电感电流连续模式(CCM)，可以稳定直流侧电压并达到较好的功率因数校正效果。

所述的改进型Boost-PFC相比较传统的Boost-PFC电路区别在于，在升压电感L4的磁环上增加几匝线圈，使得绝缘栅双极晶体管Q1的集电极不再直接和升压二极管相连，这样可利用电感中电流不能突变的特性来抑制升压二极管VD的反向恢复所带来的开关管过大的开启瞬时电流以及di/dt电流冲击，还能抑制过大的开关管开启损耗所引起的过热。

所述的改进型Boost-PFC电路工作原理：当控制信号(触发脉冲)为高电平时，绝缘栅双极晶体管Q1导通，能量从三相电源经整流后流入，储存在电感L4中，由于绝缘栅双极晶体管Q1导通后其饱和压降很小，所以续流二极管VD因反偏而截至，此时存储在第一电容C1和第二电容C2中的能量释放给逆变侧；当控制信号(触发脉冲)为低电平时，绝缘栅双极晶体管Q1截至，由于电感L4中的电流不能突变，它所产生的感应电动势将阻止电流的减小，感应电势的极性改变，使续流二极管VD导通，此时，存储在电感L4中的能量经续流二极管VD对第一电容C1和第二C2充电，同时提供给逆变侧，保持了直流侧电压的稳定。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.一种改进的可连续运行动态电压恢复器，其特征在于，包括依次连接的整流电路、直流侧储能电容、功率因数校正电路、逆变电路、滤波器和变压器电路；其中，

整流电路，用于将从电网中获取的交流电转换为直流电，并对直流侧储能电容进行充电；

功率因数校正电路，用于当电网电压发生跌落时保证逆变电路的直流侧电压的稳定，输出稳定的直流电压至逆变电路；

逆变电路，用于通过对直流电压的逆变，产生补偿电压并将其输出至滤波器；

滤波器，用于滤除补偿电压中的开关高次谐波，输出滤波后的补偿电压至变压器电路；

变压器电路，用于将滤波后的补偿电压接入负载中；

所述功率因数校正电路包括带中点抽头的电感、第一至第二电容、绝缘栅双极晶体管、二极管和续流二极管；其中，电感的一端与续流二极管的阳极连接，续流二极管的阴极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与绝缘栅双极晶体管的发射极、二极管的阳极、直流侧储能电容的一端分别连接，二极管的阴极与绝缘栅双极晶体管的集电极、电感的中点抽头端分别连接，电感的另一端与直流侧储能电容的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器，其特征在于，所述整流电路包括第一至第六二极管，其中，第二二极管的阳极与第四二极管的阳极、第六二极管的阳极、直流侧储能电容的一端分别连接，第二二极管的阴极与第一二极管的阳极连接，第四二极管的阴极与第三二极管的阳极连接，第六二极管的阴极与第五二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与第三二极管的阴极、第五二极管的阴极、直流侧储能电容的另一端分别连接，第一二极管的阳极、第三二极管的阳极、第五二极管的阳极分别与三相母线一一对应连接。

3.根据权利要求2所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器，其特征在于，所述逆变电路包括第一至第六绝缘栅双极晶体管、第七至第十二二极管，其中，第一绝缘栅双极晶体管的集电极与第一电容的一端、第七二极管的阴极、第三绝缘栅双极晶体管的集电极、第八二极管的阴极、第五绝缘栅双极晶体管的集电极、第九二极管的阴极分别连接，第二绝缘栅双极晶体管的发射极与第二电容的另一端、第十二极管的阳极、第四绝缘栅双极晶体管的发射极、第十一二极管的阳极、第六绝缘栅双极晶体管的发射极、第十二二极管的阳极分别连接，第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极、第七二极管的阳极、第十二极管的阴极分别连接，第三绝缘栅双极晶体管的发射极与第四绝缘栅双极晶体管的集电极、第八二极管的阳极、第十一二极管的阴极分别连接，第五绝缘栅双极晶体管的发射极与第六绝缘栅双极晶体管的集电极、第九二极管的阳极、第十二二极管的阴极分别连接。

4.根据权利要求3所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器，其特征在于，所述滤波器包括第一至第三电感、第三至第五电容，变压器电路包括第一至第三变压器、第一至第三开关；其中，第一电感的一端与第九二极管的阳极连接，第二电感的一端与第八二极管的阳极连接，第三电感的一端与第七二极管的阳极连接，第一电感的另一端与第三电容的一端、第一变压器的原边一端分别连接，第二电感的另一端与第四电容的一端、第二变压器的原边一端分别连接，第三电感的另一端与第五电容的一端、第三变压器的原边一端分别连接，第三电容的另一端与第一变压器的原边另一端、第三变压器的原边另一端分别连接，第四电容的另一端与第二变压器的原边另一端、第一电容的另一端分别连接，第五电容的另一端与第三变压器的原边另一端连接，第一变压器的副边、第二变压器的副边、第三变压器的副边分别接入三相母线中，第一变压器的副边一端与第一开关的一端连接，第一变压器的副边另一端与第一开关的另一端连接，第二变压器的副边一端与第二开关的一端连接，第二变压器的副边另一端与第二开关的另一端连接，第三变压器的副边一端与第三开关的一端连接，第三变压器的副边另一端与第三开关的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器，其特征在于，所述电感L4、第一电容C1、第二电容C2的取值分别为：

$L4=\frac{U_{dc1}D}{2{\mathrm{\ΔI}}_{dc}{f}_{Q1}}$

$C1=C2=\frac{I_{dc2}D}{2{\mathrm{\ΔU}}_{dc2}{f}_{Q1}}$

其中，U_dc1是整流侧电容两端的电压，ΔI_dc是电感纹波电流，f_Q1是绝缘栅双极晶体管的开关频率，D是占空比，I_dc2是输入到逆变电路的电流，ΔU_dc2是直流侧纹波电压。

6.根据权利要求1所述的一种改进的可连续运行动态电压恢复器，其特征在于，功率因数校正电路的控制模式为电感电流连续模式。