CN1845430A - 负荷电流质量调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种负荷电流质量调节器，属于电力系统电能质量控制技术领域。包括：直流电压控制斩波器(4)、直流平波电容(5)、三相逆变器(6)、输出滤波器(7)；直流电压控制斩波器(4)包括：超级电容储能元件(8)、保护二极管(9)、连接电抗器(10)、充电开关(11)、放电开关(12)；主电路为三相桥式逆变器拓扑，逆变器的直流母线上配置了储能设备及控制直流电压的斩波电路。优点在于：它和非线性负荷并联运行，通过有源滤波、无功和负序补偿、短时有功支持的作用使得从系统侧看负荷电流质量达到理想负荷的条件。吸收稳定、无谐波的正弦电流；三相功率平衡；没有冲击涌流或大的启动电流；功率因数为1。

Description

负荷电流质量调节器
技术领域
本发明属于电力系统电能质量控制领域，特别是提供了一种负荷电流质量调节器。
背景技术
负荷电流质量问题，即负荷的用电质量问题在电力系统中很普遍。如谐波问题，主要由非线性负载引起，同时大量电力电子装置的应用导致了电网谐波水平逐年升高；又如造成电压波动与闪变的扰动源为交直流电弧炉、电弧焊机、工业轧机、绞车、电力牵引机车等用电设备；部分电压暂降由大容量冲击性负荷的启动引起。这些电能质量问题或直接或间接地由负荷运行特性，即负荷电流质量所引发。显然，改善负荷电流质量是解决电能质量问题行之有效的手段之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负荷电流质量调节器，它和负荷并联运行，通过实现有源滤波、无功和负序补偿、短时有功支持的作用使得从系统侧看负荷电流质量达到理想负荷的条件，即使得负荷(1)吸收稳定、无谐波的正弦电流、(2)三相功率平衡、(3)没有冲击涌流或大的启动电流、(4)功率因数为1，从而实现改善电能质量的目标。
本发明是基于绝缘栅双极晶体管器件(IGBT)和脉宽调制控制技术的电力电子装置，包括：直流电压控制斩波器4、直流平波电容5、三相逆变器6、输出滤波器7。直流电压控制斩波器4的两条输出端子分别和直流平波电容5的两极P、N相连，直流平波电容由两只电容器串联而成以耐受较高电压等级，三相逆变器6直流母线的两个端子分别连接至直流平波电容5的两极P、N上，三相逆变器6的交流输出三条连线分别接到三相输出滤波器7的三个滤波电抗器输入端，滤波电抗器的输出端分为两路，一路连接滤波电容器，一路并联至非线性负载2。
主电路为三相桥式逆变器拓扑，逆变器的直流母线上配置了储能设备及控制直流电压的斩波电路。负荷电流质量调节器和负荷并联运行，通过有源滤波、无功和负序补偿、短时有功支持等作用使得从系统侧看负荷电流质量达到理想负荷的条件。
采用直流控制斩波器作为负荷调节器的储能控制环节，当负荷吸收功率突然减少时，短时间内将系统和负荷之间的不平衡功率吸收并储存在超级电容中；当负荷吸收功率突然增加时，短时间内将释放功率以补偿系统与负荷之间的不平衡功率。
三相逆变器6可工作于高频整流和逆变状态，根据控制指令在两种状态间转换；通过充电开关和放电开关对超级电容的储能进行控制，同时有效控制负荷电流质量调节器的逆变器直流母线电压。
直流电压控制斩波器4包括：超级电容储能元件8、保护二极管9、连接电抗器10、充电开关11、放电开关12。超级电容储能元件8和由两只串联二极管构成的保护二极管9的下部二极管并联，上部输出端子分两路，一路接至连接电抗器10，另一路接保护二极管的上部二极管阳极，这只二极管的阴极连接到直流母线的正极P。超级电容储能元件8的下部输出端子连接到直流母线的负极N。连接电抗器10的输出端子接至充电开关11和放电开关12的连接点上，充电开关11由IGBT和续流二极管反并联构成，源极接直流母线端子P，漏极接连接电抗器10输出端子和放电开关12的源极。放电开关12由IGBT和续流二极管构成，源极接充电开关11的漏极和连接电抗器10的输出端子，漏极接直流母线的端子N。当非线性负荷2的功率发生波动，吸收的有功功率小于设定功率时，直流电压控制斩波器4的充电开关11动作，放电开关12断开，将电力系统1多余的有功功率储存到超级电容储能元件8中，使电力系统1维持原来的输送水平；当非线性负荷2吸收的有功功率突然增加，大于预定数值时，为维持电力系统1输出功率的恒定，直流电压控制斩波器4的放电开关12动作，充电开关11断开，将超级电容储能元件8中储存的能量释放给非线性负荷2，补偿负荷新增的暂态有功功率。见图2，负荷电流质量调节器的直流电压控制斩波器接线图。
本发明的优点在于：所提供的负荷电流质量调节器和非线性负荷并联运行，通过实现有源滤波、无功和负序补偿、短时有功支持的作用使得从系统侧看负荷电流质量达到理想负荷的条件，即(1)吸收稳定、无谐波的正弦电流、(2)三相功率平衡、(3)没有冲击涌流或大的启动电流、(4)功率因数为1，从而实现改善电能质量的目标。
附图说明
图1为负荷电流质量调节器接入系统的原理接线图。其中，电力系统1、非线性负荷2，负荷电流质量调节器3、直流电压控制斩波器4、直流平波电容5、三相逆变器6、输出滤波器7；电力系统1包括等效电源和输出阻抗。
图2为负荷电流质量调节器的直流电压控制斩波器接线图，包括：超级电容储能元件8、保护二极管9、连接电抗器10、充电开关11、放电开关12。
具体实施方式
图1～图3为本发明的一种具体实施方式。本发明是基于绝缘栅双极晶体管器件和脉宽调制控制技术的电力电子装置，它并联接入电力系统，见图1，电力系统1包括等效电源和输出阻抗，对于非线性负荷2的谐波抑制和无功补偿而言，负荷电流质量调节器3与电力系统1交换的有功功率不通过储能环节，逆变器直流母线电压的控制通过给定逆变器的触发指令由负荷电流质量调节器3吸收少量有功补偿装置的系统损耗及谐波抑制所需的有功功率。当非线性负荷2具有动态波动性质时，负荷电流质量调节器3将通过储能环节补偿负荷波动的动态部分，使电力系统1只需对负荷提供稳定的有功功率、且功率因数为1。
直流电压控制斩波器4的两条输出端子分别和直流平波电容5的两极P、N相连，直流平波电容由两只电容器串联而成以耐受较高电压等级，三相逆变器6直流母线的两个端子分别连接至直流平波电容5的两极P、N上，三相逆变器6的交流输出三条连线分别接到三相输出滤波器7的三个滤波电抗器输入端，滤波电抗器的输出端分为两路，一路连接滤波电容器，一路并联至非线性负载2。
直流电压控制斩波器4包括：超级电容储能元件8、保护二极管9、连接电抗器10、充电开关11、放电开关12。超级电容储能元件8和由两只串联二极管构成的保护二极管9的下部二极管并联，上部输出端子分两路，一路接至连接电抗器10，另一路接保护二极管的上部二极管阳极，这只二极管的阴极连接到直流母线的正极P。超级电容储能元件8的下部输出端子连接到直流母线的负极N。连接电抗器10的输出端子接至充电开关11和放电开关12的连接点上，充电开关11由IGBT和续流二极管反并联构成，源极接直流母线端子P，漏极接连接电抗器10输出端子和放电开关12的源极。放电开关12由IGBT和续流二极管构成，源极接充电开关11的漏极和连接电抗器10的输出端子，漏极接直流母线的端子N。

Claims (2)

1、一种负荷电流质量调节器，其特征在于：包括：直流电压控制斩波器(4)、直流平波电容(5)、三相逆变器(6)、输出滤波器(7)；直流电压控制斩波器(4)的两个输出端子分别和直流平波电容(5)的两极P、N相连，直流平波电容由两只电容器串联而成以耐受较高电压等级，三相逆变器(6)直流母线的两个端子分别连接至直流平波电容(5)的两极P、N上，三相逆变器(6)的交流输出三条连线分别接到三相输出滤波器(7)的三个滤波电抗器输入端，滤波电抗器的输出端分为两路，一路连接滤波电容器，一路并联至非线性负载(2)；主电路为三相桥式逆变器拓扑，逆变器的直流母线上配置了储能设备及控制直流电压的斩波电路；负荷电流质量调节器和非线性负荷并联运行，通过有源滤波、无功和负序补偿、短时有功支持的作用使得从电力系统侧看，负荷电流质量达到理想负荷的条件；通过充电开关和放电开关对超级电容的储能进行控制，同时有效控制负荷品质调节器的逆变器直流母线电压；采用直流控制斩波器作为负荷调节器的储能控制环节，当负荷吸收功率突然减少时，短时间内将系统和负荷之间的不平衡功率吸收并储存在超级电容中；当负荷吸收功率突然增加时，短时间内将释放功率以补偿系统与负荷之间的不平衡功率；三相逆变器(6)工作于高频整流和逆变状态，根据控制指令在两种状态间转换；通过充电开关和放电开关对超级电容的储能进行控制，同时有效控制负荷电流质量调节器的逆变器直流母线电压。
2、按照权利要求1所述的负荷电流质量调节器，其特征在于：直流电压控制斩波器(4)包括：超级电容储能元件(8)、保护二极管(9)、连接电抗器(10)、充电开关(11)、放电开关(12)；超级电容储能元件(8)和由两只串联二极管构成的保护二极管(9)的下部二极管并联，上部输出端子分两路，一路接至连接电抗器(10)，另一路接保护二极管的上部二极管阳极，这只二极管的阴极连接到直流母线的正极P；超级电容储能元件(8)的下部输出端子连接到直流母线的负极N；连接电抗器(10)的输出端子接至充电开关(11)和放电开关(12)的连接点上，充电开关(11)由IGBT和续流二极管反并联构成，源极接直流母线端子P，漏极接连接电抗器10输出端子和放电开关(12)的源极；放电开关(12)由IGBT和续流二极管构成，源极接充电开关(11)的漏极和连接电抗器(10)的输出端子，漏极接直流母线的端子N。
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