CN112217411B - 无功变流器及其软启动和检修方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了无功变流器及其软启动和检修方法。无功变流器中单相分路包括并网开关、软启动电路、滤波电路和开关电路；并网开关的第一端可连接电网的对应相电，第二端连接滤波电路的第一端；并网开关与软启动电路并联；软启动电路包括串联的软启动电阻和软启动开关，通过软启动开关连接电网的对应相电，以及通过软启动电阻与滤波电路的第二端以及开关电路的第一端连接；各单相分路的滤波电路的第三端共同连接，各单相分路的开关电路的第二端共同连接；滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关。软启动开关可以在检修时使主回路断电提高安全性，滤波电容开关可以在软启动时断开以实现对滤波器件的隔离，确保母线电容可以充电到足够高的电压。

Description

无功变流器及其软启动和检修方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及无功变流器及其软启动和检修方法。

背景技术

SVG(Static Var Generator，静止无功发生器)和APF(Active Power Filter，有源电力滤波器)等无功变流器，由于母线电容较大，在使用时需要进行软启动，待母线电容充电完成后再投入正常使用。一种方式是使用软启动电阻，并将其与无功变流器的并网开关并联，通过并网开关的闭合将软启动电阻短路以正常使用无功变流器。但由此可见，无功变流器在正常使用时，软启动电阻仍是串联在电路中的，这就导致无功变流器在检修时，内部主回路无法彻底断电，检修安全性差。

需要说明的是，这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的无功变流器及其软启动和检修方法。

依据本申请的一个方面，提供了一种无功变流器，包括与三相电分别对应的单相分路，所述单相分路包括并网开关、软启动电路、滤波电路和开关电路；

所述并网开关的第一端可连接电网的对应相电，第二端连接所述滤波电路的第一端；所述并网开关与所述软启动电路并联；

所述软启动电路包括串联的软启动电阻和软启动开关，通过所述软启动开关连接电网的对应相电，以及通过所述软启动电阻与所述滤波电路的第二端以及所述开关电路的第一端连接；

各单相分路的滤波电路的第三端共同连接，各单相分路的开关电路的第二端共同连接；

所述滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关。

可选地，在所述无功变流器的软启动阶段，所述并网开关断开，所述软启动开关闭合，所述滤波电容开关断开，以使电流通过所述软启动电阻为所述开关电路中的母线电容充电。

可选地，在无功变流器检修时，所述并网开关和所述软启动开关均断开，以使所述无功变流器的主回路不带电。

可选地，所述无功变流器适用于连接三相交流电网，所述单相分路的数量为三个。

可选地，所述滤波电路为LC滤波电路。

可选地，所述并网开关的第二端与所述LC滤波电路中的滤波电感的第一端和所述滤波电容开关的第一端连接；

所述滤波电感的第二端与所述开关电路的第一端连接，所述滤波电容开关的第二端与所述滤波电感的第一端连接；

各单相分路中的滤波电容的第二端共同连接。

可选地，所述开关电路为基于第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和母线电容的桥式整流电路，

所述第三开关器件的第一导通端、所述第四开关器件的第二导通端连接，形成所述开关电路的第一端；

所述第三开关器件的第二导通端、所述第一开关器件的第二导通端和所述母线电容的第一端共同连接；

所述第二开关器件的第一导通端、所述第四开关器件的第一导通端和所述母线电容的第二端共同连接；

所述第一开关器件的第一导通端、所述第二开关器件的第二导通端连接，形成所述开关电路的第二端。

可选地，各开关器件均为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

依据本申请的另一方面，提供了一种无功变流器的软启动方法，根据如上述任一项所述的无功变流器实现，所述方法包括：

在所述并网开关断开的情况下，闭合所述软启动开关，断开所述滤波电容开关，以对所述开关电路中的母线电容进行充电；

在所述母线电容的电压与预设电压匹配的情况下，断开所述软启动开关，闭合所述并网开关和所述滤波电容开关。

依据本申请的又一方面，提供了一种无功变流器的检修方法，根据如上述任一项所述的无功变流器实现，所述方法包括：

断开所述并网开关和所述软启动开关，以使所述无功变流器的主回路不带电。

由上述可知，本申请提供的无功变流器，增加了与软启动电阻串联的软启动开关，软启动电阻不再直接与并网开关并联，这样使得软启动的切换不仅仅依赖于并网开关来实现，软启动电阻可以通过软启动开关方便地从电路中断开，便于无功变流器故障时的检修，提高了安全性。滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关，可以通过断开滤波电容开关，实现对交流侧滤波器件的隔离，确保母线电容可以充电到足够高的电压。并且与使用二极管和软启动电阻的方式相比，本申请中的软启动器件不参与无功变流器的正常运行过程，避免了软启动器件的快速老化和损耗，充电电压更高，减小了并网后母线的冲击电流，增强了设备可靠性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一个实施例的无功变流器电路拓扑示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的无功变流器电路结构示意图；

图3示出了根据本申请一个实施例的无功变流器软启动方法流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

将软启动电阻与并网开关直接并联的方式简单，节约器件，但是不利于检修。另一种无功变流器软启动方式中，选用二极管和电阻作为软启动器件，但这种方式使得软启动器件长期与无功变流器同步运行，损耗大、老化快、可靠性低。

对此，本申请提出了一种选用开关和电阻的方案，得到的软启动电路与无功变流器的并网开关并联，使得软启动电阻可以方便地从电路中断开，方便设备检修。另外，还在无功变流器的滤波电路中设置了和滤波电容串联的滤波电容开关，可以在软启动时将交流侧滤波器件进行隔离，确保母线电容可以充电到足够高的电压。

图1示出了根据本申请一个实施例的无功变流器电路拓扑示意图，如图1所示，无功变流器包括与三相电分别对应的单相分路，单相分路包括并网开关、软启动电路、滤波电路和开关电路；并网开关的第一端可连接电网的对应相电，第二端连接滤波电路的第一端；并网开关与软启动电路并联；软启动电路包括串联的软启动电阻和软启动开关，通过软启动开关连接电网的对应相电，以及通过软启动电阻与滤波电路的第二端以及开关电路的第一端连接；各单相分路的滤波电路的第三端共同连接，各单相分路的开关电路的第二端共同连接；滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关。

开关电路中的开关器件工作会产生谐波，因此无功变流器通常配有滤波电路。

在无功变流器的软启动阶段，并网开关断开，软启动开关闭合，滤波电容开关断开，以使电流通过软启动电阻为开关电路中的母线电容充电。这样可以避免因为滤波电容分压，使母线电容不能充电到足够高的电压的问题。

在无功变流器检修前，并网开关和软启动开关均断开，从而使无功变流器的主回路不带电。这样提高了检修的安全性。

下面结合一个具体电路示例进行说明。图2示出了根据本申请一个实施例的无功变流器电路结构示意图。如图2所示，无功变流器200包括与电网三相电分别对应的并网开关K7(对应A相)、K8(对应B相)和K9(对应C相)，以及与电网三相电分别对应的软启动电路210，具体地，软启动电阻R1和软启动开关K1对应A相，软启动电阻R2和软启动开关K3对应B相，软启动电阻R3和软启动开关K5对应C相。

以图2为例，滤波电路230为LC滤波电路，在其他实施例中还可以为LCL滤波电路等。

本申请的实施例中在滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关，以图2为例，与A相对应的滤波电路230包括滤波电感L1、滤波电容开关K2和滤波电容C2；与B相对应的滤波电路230包括滤波电感L2、滤波电容开关K4和滤波电容C4；与C相对应的滤波电路230包括滤波电感L3、滤波电容开关K6和滤波电容C6。

在软启动阶段，闭合K1、K3和K5，断开K2、K4和K6，以及断开K7、K8和K9。此时软启动电路210中的软启动电阻接入电路，滤波电路230的滤波电容切除，电流通过软启动电阻为母线电容C1、C3和C5充电。

在一些实施例中，开关电路为基于绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)的桥式整流电路。

以图2为例，无功变流器包括与三相电分别对应的开关电路220，包括Q1～Q12这12个IGBT管以及3个母线电容C1、C3和C5。

具体地，与A相对应的开关电路包括Q1、Q2、Q3以及Q4，以及母线电容C1；与B相对应的开关电路包括Q5、Q6、Q7以及Q8，以及母线电容C3；与C相对应的开关电路包括Q9、Q10、Q11以及Q12，以及母线电容C5。

由图2可知，C1通过以下两条路径进行充电：

路径1：A相→K1→R1→Q3→C1→Q2→Q5→C3→Q8→R2→K3→B相；

路径2：A相→K1→R1→Q3→C1→Q2→Q9→C5→Q12→R3→K5→C相。

C3通过以下两条路径进行充电：

路径3：B相→K3→R2→Q7→C3→Q6→Q1→C1→Q4→R1→K1→A相；

路径4：B相→K3→R2→Q7→C3→Q6→Q9→C5→Q12→R3→K5→C相。

C5通过以下两条路径进行充电：

路径5：C相→K5→R3→Q11→C1→Q10→Q5→C3→Q8→R2→K3→B相；

路径6：C相→K5→R3→Q11→C1→Q10→Q1→C1→Q4→R1→K1→A相。

当充电满足所需电压时，断开K1、K3和K5，闭合K2、K4和K6。无功变流器正常运行时闭合K7、K8和K9。由此，可以实现对交流侧滤波器件的隔离，避免了软启动电阻与交流侧滤波阻抗无法合理匹配的问题，确保母线电容可以充电到较高的电压(可以达到电网电压的1.414倍)，从而避免了并网时母线电容压差过大导致母线电容冲击电流过大，符合使用需求。即滤波开关K2、K4和K6在软启动阶段使用可以优化阻抗匹配。

软启动开关K1、K3和K5作用是软启动电阻的接入和断开控制，滤波电容开关K2、K4和K6作用是交流侧滤波器件的隔离，并网开关K7、K8和K9是主回路的控制，K1～K9可以选用各种开关类器件，本申请对此不做限制。

软启动开关K1、K3和K5以及软启动开关K1、K3和K5可以在无功变流器200检修时均保持断开，以使无功变流器内部主回路不带电，提高检修安全性。

图3示出了根据本申请一个实施例的无功变流器的软启动方法流程示意图，该方法根据如上任一所述的无功变流器实现，所述方法包括：

步骤S310，在并网开关断开的情况下，闭合软启动开关，断开滤波电容开关，以对开关电路中的母线电容进行充电。

步骤S320，在母线电容的电压与预设电压匹配的情况下，断开软启动开关，闭合并网开关和滤波电容开关。这里的预设电压可以是一个预设值，例如电网电压的1.414倍；也可以是以电网电压为中心的一个预设区间。

本申请提供的无功变流器，增加了与软启动电阻串联的软启动开关，软启动电阻不再直接与并网开关并联，这样使得软启动的切换不仅仅依赖于并网开关来实现，软启动电阻可以通过软启动开关方便地从电路中断开，便于无功变流器故障时的检修，提高了安全性。滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关，可以通过断开滤波电容开关，实现对交流侧滤波器件的隔离，确保母线电容可以充电到足够高的电压。并且与使用二极管和软启动电阻的方式相比，本申请中的软启动器件不参与无功变流器的正常运行过程，避免了软启动器件的快速老化和损耗，充电电压更高，减小了并网后母线的冲击电流，增强了设备可靠性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种无功变流器，其特征在于，所述无功变流器包括与三相电分别对应的单相分路，所述单相分路包括并网开关、软启动电路、滤波电路和开关电路；

所述并网开关的第一端可连接电网的对应相电，第二端连接所述滤波电路的第一端；所述并网开关与所述软启动电路并联；

所述软启动电路包括串联的软启动电阻和软启动开关，

通过所述软启动开关连接电网的对应相电，以及通过所述软启动电阻与所述滤波电路的第二端以及所述开关电路的第一端连接；

各单相分路的滤波电路的第三端共同连接，各单相分路的开关电路的第二端共同连接；

所述滤波电路中设置有与滤波电容串联的滤波电容开关；

其中，所述并网开关至少包括K7、K8、K9，所述软启动开关至少包括K1、K3、K5，所述滤波电容开关至少包括K2、K4、K6，

在所述无功变流器的软启动阶段，所述并网开关K7、K8、K9断开，所述软启动开关K1、K3、K5闭合，所述滤波电容开关K2、K4、K6断开，以使电流通过所述软启动电阻为所述开关电路中的母线电容C1、C3和C5充电。

2.根据权利要求1所述的无功变流器，其特征在于，

在无功变流器检修时，所述并网开关和所述软启动开关均断开，以使所述无功变流器的主回路不带电。

3.根据权利要求1所述的无功变流器，其特征在于，所述无功变流器适用于连接三相交流电网，所述单相分路的数量为三个。

4.根据权利要求1所述的无功变流器，其特征在于，所述滤波电路为LC滤波电路。

5.根据权利要求4所述的无功变流器，其特征在于，所述并网开关的第二端与所述LC滤波电路中的滤波电感的第一端和所述滤波电容开关的第一端连接；

所述滤波电感的第二端与所述开关电路的第一端连接，所述滤波电容开关的第二端与所述滤波电容的第一端连接；

各单相分路中的滤波电容的第二端共同连接。

6.根据权利要求1所述的无功变流器，其特征在于，所述开关电路为基于第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和母线电容的桥式整流电路，

所述第三开关器件的第一导通端、所述第四开关器件的第二导通端连接，形成所述开关电路的第一端；

所述第三开关器件的第二导通端、所述第一开关器件的第二导通端和所述母线电容的第一端共同连接；

所述第二开关器件的第一导通端、所述第四开关器件的第一导通端和所述母线电容的第二端共同连接；

所述第一开关器件的第一导通端、所述第二开关器件的第二导通端连接，形成所述开关电路的第二端。

7.根据权利要求6所述的无功变流器，其特征在于，各开关器件均为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

8.一种无功变流器的软启动方法，其特征在于，所述方法根据如权利要求1-7中任一项所述的无功变流器实现，所述方法包括：

在所述并网开关断开的情况下，闭合所述软启动开关，断开所述滤波电容开关，以对所述开关电路中的母线电容进行充电；

在所述母线电容的电压与预设电压匹配的情况下，断开所述软启动开关，闭合所述并网开关和所述滤波电容开关。

9.一种无功变流器的检修方法，其特征在于，所述方法根据如权利要求1-7 中任一项所述的无功变流器实现，所述方法包括：

断开所述并网开关和所述软启动开关，以使所述无功变流器的主回路不带电。

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