CN1858955A - 串联型电压质量扰动发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种串联型电压质量扰动发生装置，属于电能质量分析与控制领域。包括并联换流变压器(1)、三相全桥PWM变流器(2)、直流斩波器及超级电容储能系统(3)、单相全桥PWM变流器组(4)、串联注入变压器组(5)。本发明的优点在于：基于串联补偿模式实现大容量、多扰动类型的电压质量扰动发生装置的方法，较好克服了目前同类装置存在的功能单一、精度较低、价格昂贵、或容量较小的缺点，具有显著的技术经济优越性。扰动装置可在串联调制模式下产生电压暂降、暂升、过电压、欠电压、三相不平衡、电压波动与闪变、波形畸变等多种电压质量扰动类型。
Description
技术领域
本发明属于电能质量分析与控制领域，特别是提供了一种串联型电压质量扰动发生装置。
背景技术
大容量多扰动类型的电压质量扰动发生装置是研究、评估、控制电能质量问题的基本设备，其开发研制受到国内外研究人员的广泛重视。基于串联补偿模式实现大容量、多扰动类型的电压质量扰动发生装置的方法，较好克服了目前同类装置存在的功能单一、精度较低、价格昂贵、或容量较小的缺点，具有显著的技术经济优越性。装置可在串联调制模式下产生电压暂降、暂升、过电压、欠电压、三相不平衡、电压波动与闪变、波形畸变等电压质量扰动类型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串联型电压质量扰动发生装置，可以产生电压暂降、暂升、过电压、欠电压、三相不平衡、电压波动与闪变、波形畸变等多种电压质量扰动类型。
本发明提出的串联型电压质量扰动发生装置(以下简称为扰动装置)，包括：并联换流变压器1、三相全桥PWM变流器2、直流斩波器及超级电容储能系统3、单相全桥PWM变流器组4、串联注入变压器组5。如附图1所示。可在串联调制模式下产生电压暂降、暂升、过电压、欠电压、三相不平衡、电压波动与闪变、波形畸变等电压质量扰动类型。
并联换流变压器1为三相双绕组变压器，原副边分别为星形和三角形接线，连接组为Y/D-11，变压器原边三相引线并联连接到三相供电线路上，副边三相引线连接到三相全桥PWM变流器2的三个桥臂终端。每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联而成。三个桥臂上下端点分别连接到一起，形成变流器的直流母线，上端母线为正极，下端母线为负极。当三相全桥PWM变流器2工作于高频整流状态下时，能量从电网侧流向直流侧的负载；而它工作于再生状态下，相当于三相PWM电压型逆变器，将直流侧的能量回馈到交流侧电网。正负两条直流母线连接到直流斩波器及超级电容储能系统3。超级电容储能系统，由180～200只超级电容单体串联而成，连接到超级电容的两只二极管实现对超级电容的保护。一只二极管阳极、阴极分别接至超级电容负极、正极；另一只二极管的阳极、阴极分别接至超级电容的正极、三相全桥PWM变流器2输出的正极直流母线。直流斩波器及超级电容储能系统3采用的开关器件为两只IGBT，高位IGBT实现超级电容充电的降压斩波控制，低位IGBT实现超级电容放电的升压斩波控制，两只二极管分别与IGBT反向并联。连接到超级电容正极上的电感为升压斩波与降压斩波的共用电感，电感的另一侧引线连接到直流斩波桥臂的终端。三相全桥PWM变流器2输出的直流母线间并联了直流斩波和超级电容储能系统3后，连接到三台单相全桥PWM变流器4的直流侧，构成共用直流母线。为了支撑电压及减小纹波，每台单相全桥PWM变流器的直流母线间连接有直流电容器。每个单相全桥PWM变流器分别由两个桥臂、四只IGBT构成，每只IGBT均反向并联了续流二极管。单相全桥PWM变流器的两个桥臂终端连接到LC低通滤波器，与三相串联滤波电感相连，然后接入串联注入变压器组5。串联注入变压器组由三台单相注入变压器构成，每台变压器均为单相双绕组结构。
扰动装置的工作原理简述如下。
(1)产生过电压、欠电压
扰动装置产生过电压和欠电压扰动的机理是三个单相逆变器在控制器控制下分别向系统注入串联电压，当注入电压的相位和系统同相时，负荷侧产生过电压现象；当注入电压的相位和系统反相时，负荷侧产生欠电压现象，过电压、欠电压的比率和持续时间可以灵活设置。扰动装置注入电压按照系统相电压设计，因此过电压倍数可以达到2倍，而欠电压可低至0V，可模拟供电中断或短时供电中断扰动。
(2)电压暂降
电压暂降表现为电压有效值一段时间内的跌落，通常由电力系统邻域内的故障、大型负荷的启动等造成，是电能质量诸问题中危害最严重，也较难治理的一种。扰动装置通过注入与系统电压反向的电压信号能够产生可在较大范围内自由设定暂降深度和持续时间的扰动。
(3)三相不平衡
若供用电系统三相不平衡度太大，会造成设备利用率下降、异常发热、负序分量增加等一系列危害。扰动装置采用三相分相控制模式，通过控制调制波为不同幅值产生不平衡的电压，实现三相不平衡扰动。
(4)波形畸变
扰动装置通过产生幅值占系统相电压一定比例的谐波叠加到系统电压上，实现波形畸变的扰动。
(5)电压波动与闪变
电源电压出现波动，则在驱动白炽灯等照明设备时，表现为灯光的闪烁。扰动装置产生闪变扰动是控制每相逆变器产生一低频交流信号对电源的工频电压进行调制，实现电压幅度波动。
本发明的优点在于：基于串联补偿模式实现大容量、多扰动类型的电压质量扰动发生装置的方法，较好克服了目前同类装置存在的功能单一、精度较低、价格昂贵、或容量较小的缺点，具有显著的技术经济优越性。扰动装置可在串联调制模式下产生电压暂降、暂升、过电压、欠电压、三相不平衡、电压波动与闪变、波形畸变等多种电压质量扰动类型。
附图说明
图1为本发明的串联型电压质量扰动发生装置电路结构图。其中，并联换流变压器1、三相全桥PWM变流器2、直流斩波器及超级电容储能系统3、单相全桥PWM变流器组4、串联注入变压器组5。
具体实施方式
本发明提出的串联型电压质量扰动发生装置(以下简称为扰动装置)，由并联换流变压器1、三相全桥PWM变流器2、直流斩波器及超级电容储能系统3、单相全桥PWM变流器组4、串联注入变压器组5组成，如附图1所示。
并联换流变压器1为三相双绕组变压器，原副边分别为星形和三角形接线，连接组为Y/D-11，变压器原边三相引线并联连接到三相供电线路上，副边三相引线连接到三相全桥PWM变流器2的三个桥臂终端。每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联而成。三个桥臂上下端点分别连接到一起，形成变流器的直流母线，上端母线为正极，下端母线为负极。当三相全桥PWM变流器2工作于高频整流状态下时，能量从电网侧流向直流侧的负载；而它工作于再生状态下，相当于三相PWM电压型逆变器，将直流侧的能量回馈到交流侧电网。正负两条直流母线连接到直流斩波器及超级电容储能系统3。超级电容储能系统，由200只超级电容单体串联而成，连接到超级电容的两只二极管实现对超级电容的保护。一只二极管阳极、阴极分别接至超级电容负极、正极；另一只二极管的阳极、阴极分别接至超级电容的正极、三相全桥PWM变流器2输出的正极直流母线。直流斩波器及超级电容储能系统3采用的开关器件为两只IGBT，高位IGBT实现超级电容充电的降压斩波控制，低位IGBT实现超级电容放电的升压斩波控制，两只二极管分别与IGBT反向并联。连接到超级电容正极上的电感为升压斩波与降压斩波的共用电感，电感的另一侧引线连接到直流斩波桥臂的终端。三相全桥PWM变流器2输出的直流母线间并联了直流斩波和超级电容储能系统3后，连接到三台单相全桥PWM变流器4的直流侧，构成共用直流母线。为了支撑电压及减小纹波，每台单相全桥PWM变流器的直流母线间连接有直流电容器。每个单相全桥PWM变流器分别由两个桥臂、四只IGBT构成，每只IGBT均反向并联了续流二极管。单相全桥PWM变流器的两个桥臂终端连接到LC低通滤波器，与三相串联滤波电感相连，然后接入串联注入变压器组5。串联注入变压器组由三台单相注入变压器构成，每台变压器均为单相双绕组结构。
Claims (1)
1、串联型电压质量扰动发生装置，其特征在于：由：包括并联换流变压器(1)、三相全桥PWM变流器(2)、直流斩波器及超级电容储能系统(3)、单相全桥PWM变流器组(4)、串联注入变压器组(5)；
a、并联换流变压器(1)为三相双绕组换流变压器，实现调节器与电网的隔离及能量的双向输送，原副边分别为星形和三角形接线，连接组为Y/D-11；
b、三相全桥PWM变流器(2)具有三个桥臂，每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联而成，三个桥臂上下端点分别连接到一起，形成变流器的直流母线，上端母线为正极，下端母线为负极，当三相全桥PWM变流器工作于高频整流状态下时，能量从电网侧流向直流侧的负载；而它工作于再生状态下，相当于三相PWM电压型逆变器，将直流侧的能量回馈到交流侧电网；
c、直流斩波和超级电容储能系统(3)中的储能系统，由180～220只超级电容单体串联而成，连接到超级电容的两只二极管实现对超级电容的保护；一只二极管阳极、阴极分别接至超级电容系统的负极、正极；另一只二极管的阳极、阴极分别接至超级电容的正极和三相全桥PWM变流器输出的正极直流母线；直流斩波的开关器件为两只IGBT，高位IGBT实现超级电容充电的降压斩波控制，低位IGBT实现超级电容放电的升压斩波控制，两只二极管分别与IGBT反向并联；连接到超级电容正极上的电感为升压斩波与降压斩波的共用电感，电感的另一侧引线连接到直流斩波桥臂的终端；
d、单相全桥PWM变流器组(4)包括三台单相全桥PWM变流器、对应的直流电容和滤波电路，三台单相全桥PWM变流器的直流侧共用了直流母线，为了支撑电压及减小纹波，每台单相全桥PWM变流器的直流母线间连接有直流电容器，单相全桥PWM变流器分别由两个桥臂、四只IGBT构成，每只IGBT反向并联了续流二极管，单相全桥PWM变流器的两个桥臂终端连接到LC低通滤波器，与三相串联滤波电感相连；
e、单相串联注入变压器组(5)由三台单相注入变压器构成，每台变压器均为单相双绕组结构。
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