CN112468005A - 一种电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器，包括至少一个模块装置，模块装置包括整流器、与整流器连接的双向隔离变换器和与双向隔离变换器连接的并网逆变器，整流器、双向隔离变换器和并网逆变器均设置有相同型号的开关器件；整流器、双向隔离变换器和并网逆变器均呈模块结构，采用模块化整流器、双向隔离变换器和并网逆变器的模块装置结构，可让单个模块装置的体积重量满足可人工装卸搬运、实验室和工业现场移动的要求；在模块化的电压暂降发生器中便捷对模块装置的拆卸与安装，降低人工成本，也实现了模块化的电压暂降发生器的接线方式灵活、拆卸安装灵活；解决现有电压暂降设备存在体积大、搬运不便、成本高且工作模式单一的问题。

Description

一种电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域，尤其涉及一种电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器。
背景技术
随着电力的发展，电压暂降是最常见并且引起电力故障最为严重的电能质量事件之一，也是引起经济损失最为严重的原因之一。目前电压暂降问题已经给石化、半导体、造纸、化工、制药、纺织等行业造成了很大的直接经济损失，而导致的间接损失更是无法估量。电压暂降是指输出电压的有效值在某个时间段突然下降，并维持一段时间后，最终恢复到正常的输出电压的情况。
目前，对电压暂降的模拟实现方式主要有四种，包括基于放大器的电压暂降发生器、基于开关阻抗的电压暂降发生器、基于逆变器的电压暂降发生器以及基于变压器和全控交流电子开关的电压暂降发生器。基于放大器的电压暂降发生器主要由工作在线性放大区的功率器件来实现，优点是波形丰富，动态特性好，但是存在造价高、功耗大、效率低的缺点。基于开关阻抗的电压暂降发生器，结构简单、便于控制，但缺点是能量损耗大，能量不能双向流动。基于逆变器的电压暂降发生器能模拟实现多种电压故障，控制灵活方便，但是由于输出需要电容滤波影响了其电压暂降的快速性，而且常规的基于逆变器的电压暂降发生器的输入交流电经二极管不控整流后再经逆变器环节输出，二极管不控整流限制了能量不能双向流动。基于变压器和全控交流电子开关的电压暂降发生器具有响应速度快、效率高、能量可双向流动等特点，并能实现任意时刻的电压暂降与暂升、不规则波形的输出等，缺点是无法实现电压的连续调节，并且当应用于高压大功率场合时，工频变压器的体积重量会成倍增长，价格昂贵、不便移动等。
发明内容
本发明提供了一种电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器，用于解决现有电压暂降设备存在体积大、搬运不便、成本高且工作模式单一的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种模块化的电压暂降发生器，包括至少一个模块装置，所述模块装置包括整流器、与所述整流器连接的双向隔离变换器和与所述双向隔离变换器连接的并网逆变器，所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均设置有相同型号的开关器件；所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均呈模块结构。
优选地，所述模块装置还包括输入端和输出端，所述整流器还与所述输入端连接，所述并网逆变器还与所述输出端连接。
优选地，所述输入端和所述输出端均为单相两线制或三相三线制。
优选地，所述开关器件为MOS管或IGBT的全控型开关器件。
优选地，所述双向隔离变换器为双向隔离DC-DC变换器。
优选地，所述整流器为PWM整流器。
本发明还提供一种模块化的电压暂降发生器，包括至少三个模块装置，三个所述模块装置并联连接，每个所述模块装置包括整流器、与所述整流器连接的双向隔离变换器和与所述双向隔离变换器连接的并网逆变器，所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均设置有相同型号的开关器件；所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均呈模块结构。
优选地，每个所述模块装置还包括输入端和输出端，每个所述模块装置的整流器均与所述输入端连接，每个所述模块装置的并网逆变器均与所述输出端连接。
优选地，所述输入端和所述输出端均为单相两线制、三相三线制或三相四线制。
本发明还提供一种电压暂降设备，包括上述所述的模块化的电压暂降发生器。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
该电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器采用模块化整流器、双向隔离变换器和并网逆变器的模块装置结构，可让单个模块装置的体积重量满足可人工装卸搬运、实验室和工业现场移动的要求；在模块化的电压暂降发生器中便捷对模块装置的拆卸与安装，降低人工成本，也实现了模块化的电压暂降发生器的接线方式灵活、拆卸安装灵活，节约了大量人力财力和时间成本；解决了现有电压暂降设备存在体积大、搬运不便、成本高且工作模式单一的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器一个模块装置的框架图。
图2为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器一个模块装置的电路图。
图3为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器一个模块装置的又一电路图。
图4为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器多个模块装置的框架图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种电压暂降设备和模块化的电压暂降发生器，用于解决了现有电压暂降设备存在体积大、搬运不便、成本高且工作模式单一的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器一个模块装置的框架图，图2为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器一个模块装置的电路图，图3为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器一个模块装置的又一电路图。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种模块化的电压暂降发生器，包括至一个模块装置，模块装置包括整流器10、与整流器10连接的双向隔离变换器20和与双向隔离变换器20连接的并网逆变器30，整流器10、双向隔离变换器20和并网逆变器30均设置有相同型号的开关器件；整流器10、双向隔离变换器20和并网逆变器30均呈模块结构。其中，模块装置还包括输入端和输出端，整流器10还与输入端连接，并网逆变器30还与输出端连接。
需要说明的是，在本实施例中，双向隔离变换器20优先选为双向隔离DC-DC变换器，整流器10优先选为PWM整流器。而模块装置为PWM整流器、双向隔离DC-DC变换器和并网逆变器级联连接的级联结构。该模块化的电压暂降发生器在高压大功率应用场合，模块装置均分输入功率，可以降低模块装置中的开关器件的应力值，使得开关器件的可选型号更多，开关器件可以为MOS管，也可以为IGBT等全控型开关器件。在其他实施例中，双向隔离变换器20也可以为具有双向隔离功能的变换器。
在本发明实施例中，该模块化的电压暂降发生器采用PWM整流器、双向隔离DC-DC变换器和并网逆变器上开关器件的型号相同，便于该模块化的电压暂降发生器维修和组装，降低该模块化的电压暂降发生器的成本。并且该模块化的电压暂降发生器的PWM整流器、双向隔离DC-DC变换器、并网逆变器均设计成模块，便于拆卸安装。
在本发明实施例中，与现有的电压暂降发生器相比，该模块化的电压暂降发生器的模块装置中间级采用隔离双向DC-DC变换器代替现有大功率电压暂降发生器中的工频变压器，从而使得整个电压暂降发生器能够实现模块化设计，能够大幅度减少电压暂降发生器的体积与重量。
如图1所示，该模块化的电压暂降发生器主要用于单相电压暂降，若只需要进行单相电压暂降测试，只需要一个PWM整流器组成的模块、一个双向隔离DC-DC变换器组成的模块以及一个并网逆变器组成的模块连接构成模块装置即可进行电压暂降测试，不需要像现有的将整套针对三相电压暂降测试的发生器搬运到测试现场，满足了电压暂降发生器在适应不同场合需求的灵活性。
需要说明的是，该模块化的电压暂降发生器采用一个模块装置的输入端和输出端均可以为单相两线制或三相三线制。可以满足单相两线制、三线制的电压暂降测试的接线要求。
本发明提供的一种模块化的电压暂降发生器采用模块化整流器、双向隔离变换器和并网逆变器的模块装置结构，可让单个模块装置的体积重量满足可人工装卸搬运、实验室和工业现场移动的要求；在模块化的电压暂降发生器中便捷对模块装置的拆卸与安装，降低人工成本，也实现了模块化的电压暂降发生器的接线方式灵活、拆卸安装灵活，节约了大量人力财力和时间成本；解决了现有电压暂降设备存在体积大、搬运不便、成本高且工作模式单一的技术问题。
图4为本发明实施例所述的模块化的电压暂降发生器多个模块装置的框架图。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，模块化的电压暂降发生器包括至少三个模块装置，三个模块装置并联连接，每个模块装置包括整流器10、与整流器10连接的双向隔离变换器20和与双向隔离变换器20连接的并网逆变器30，整流器10、双向隔离变换器20和并网逆变器30均设置有相同型号的开关器件；整流器10、双向隔离变换器20和并网逆变器30均呈模块结构。其中，每个模块装置还包括输入端和输出端，每个模块装置的整流器10均与输入端连接，每个模块装置的并网逆变器30均与输出端连接。
在本发明实施例中，模块装置的输入端和输出端可以为单相也可以为三相，当模块化的电压暂降发生器应用于大功率场合，通过将多个模块装置的组合使用，每个模块装置均分交流输入功率，使得加载在模块装置上的开关器件的电流减小，并且能够减小变换器的体积，该模块化的电压暂降发生器的功率密度明显提高。而且，输入端和输出端可以灵活接线，满足单相两线制、三相三线制、三相四线制的接线要求，因而也提高了模块化的电压暂降发生器的适应不同测试需求的能力。
需要说明的是，各个模块装置的中间级采用双向隔离DC-DC变换器。首先各个模块装置均分输入功率，使得加载在模块装置上的开关器件上的电流大为减小，模块装置的体积小，模块装置上的功率密度显著提高；其次实现了输入端与输出端的电气隔离，阻止一部分的谐波传输，提高了波形质量，并降低了人身和设备风险；最后，双向隔离DC-DC变换器本身通过控制可以实现高效率的输出，提高了该模块化的电压暂降发生器模拟的精度。
在本发明实施例中，该模块化的电压暂降发生器的后级采用并网逆变器，并网逆变器的逆变电路采用单相/三相全桥逆变器组合，可以灵活接线，满足三相三线制、三相四线制、单相两线制的工作需要。
在本发明实施例中，该模块化的电压暂降发生器不仅适用于单相电压暂降测试还适用于三相电压暂降测试，该模块化的电压暂降发生器采用整流器、双向隔离变换器和并网逆变器的三级级联结构，其中中间级的双向隔离变换器实现输入与输出的隔离，并且采用并网逆变器，实现整个模块体积重量的大幅下降，方便人工搬。该模块化的电压暂降发生器的多个模块装置并联连接，实现每个模块装置的功率均分，降低分摊到每个模块上每个开关器件上的电压、电流应力，使得选择的开关器件要求降低，从而降低了模块化的电压暂降发生器成本。
需要说明的是，该模块化的电压暂降发生器上的开关器件均采用全控型开关器件，实现模块装置的功率能量的双向传输。该模块化的电压暂降发生器能够根据应用场所的需求，选择单个模块装置还是多个模块装置组成的电压暂降发生器，实用性强。
实施例二：
本发明实施例还提供一种电压暂降设备，包括上述的模块化的电压暂降发生器。
需要说明的是，实施例二设备中的模块化的电压暂降发生器已在实施例一中详细阐述了，因此对实施例二设备中的模块化的电压暂降发生器内容不再一一详细阐述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模块化的电压暂降发生器，其特征在于，包括至少一个模块装置，所述模块装置包括整流器、与所述整流器连接的双向隔离变换器和与所述双向隔离变换器连接的并网逆变器，所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均设置有相同型号的开关器件；所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均呈模块结构。
2.根据权利要求1所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，所述模块装置还包括输入端和输出端，所述整流器还与所述输入端连接，所述并网逆变器还与所述输出端连接。
3.根据权利要求2所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，所述输入端和所述输出端均为单相两线制或三相三线制。
4.根据权利要求1所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，所述开关器件为MOS管或IGBT的全控型开关器件。
5.根据权利要求1所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，所述双向隔离变换器为双向隔离DC-DC变换器。
6.根据权利要求1所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，所述整流器为PWM整流器。
7.一种模块化的电压暂降发生器，其特征在于，包括至少三个模块装置，三个所述模块装置并联连接，每个所述模块装置包括整流器、与所述整流器连接的双向隔离变换器和与所述双向隔离变换器连接的并网逆变器，所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均设置有相同型号的开关器件；所述整流器、所述双向隔离变换器和所述并网逆变器均呈模块结构。
8.根据权利要求7所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，每个所述模块装置还包括输入端和输出端，每个所述模块装置的整流器均与所述输入端连接，每个所述模块装置的并网逆变器均与所述输出端连接。
9.根据权利要求8所述的模块化的电压暂降发生器，其特征在于，所述输入端和所述输出端均为单相两线制、三相三线制或三相四线制。
10.一种电压暂降设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的模块化的电压暂降发生器。
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