CN201156669Y - 串联电容直接耦合式动态电压恢复器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及串联电容直接耦合式动态电压恢复器系统。本实用新型主要包括主电路、控制电路、保护电路、键盘显示电路。主电路的作用完成对系统电压的整流和逆变，产生所需要的补偿电压，并将电压通过串联电容叠加到负载母线上；控制电路完成电压和电流信号的检测，电压补偿的判据和触发信号的产生；保护电路完成系统中各器件正常运行的保护；键盘显示电路提供键盘控制和LCD显示功能。本实用新型改变了原先的通过串联变压器进行电压叠加的方式，采用串联电容的直接耦合方式，避免了由于串联变压器的存在带来的幅值和相位的偏移，使得动态电压恢复器具有更好的动态补偿特性。
Description
技术领域：
本实用新型涉及串联电容直接耦合式动态电压恢复器系统。属于电力系统机械技术领域。
背景技术：
动态电压恢复器是解决动态电能质量问题有效而经济的装置，为了保证重要电力用户的负载电压不受电压跌落等问题的影响，必须在尽可能短的时间内对电压跌落做出正确的响应，即补偿负载电压，保证负载电压在要求的范围之内。目前的动态电压恢复器是通过串联变压器将补偿电压叠加到负载母线上，从而保证负载的电压稳定。由于串联变压器的非线性，在电压叠加过程中将产生幅值和相位的偏移，这将为动态电压恢复器系统的正确补偿电压产生负面影响。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种串联电容直接耦合式动态电压恢复器系统，通过串联电容代替串联变压器，消除了由于串联变压器给补偿带来的不利影响，提高了动态电压恢复器的补偿特性。
本实用新型是采取以下的技术方案来实现的：
串联电容直接耦合式动态电压恢复器，包括主电路、控制电路、保护电路、键盘显示电路，其特征在于：
(1)主电路包括整流装置、直流储能电容、逆变装置，通过对系统三相交流电压进行整流，由直流储能电容稳定电压，经过逆变装置将直流稳定电压逆变为交流电压，该交流电压通过串联电容叠加到负载母线上，保证负载电压的稳定。
(2)控制电路主要包括电压信号和电流信号的检测电路、采样保持电路、模数转换电路、电力电子器件的触发电路以及DSP信号处理系统，所有电路主要完成电压信号检测和补偿电压的判据以及补偿电压的叠加。
(3)保护电路主要包括构成整流电路和逆变电路的电力电子器件的过压、过流、电压变化率以及电流变化率的保护，直流侧电容的保护，以及多重旁路保护负载。保护电路通过和DSP信号处理器配合完成各种保护功能。
(4)键盘显示电路包括键盘电路和液晶显示电路，完成参数的设置以及相关参数和数据的显示。
本实用新型主电路通过对系统电压的整流逆变实现对负载电压的补偿，不需要蓄电池储能。
本实用新型补偿电压通过串联电容的耦合方式叠加在负载母线上，避免串联变压器固有的幅值和相位偏移。
本实用新型主要包括四个部分：主电路、控制电路、保护电路、键盘显示电路。主电路的作用完成对系统电压的整流和逆变，产生所需要的补偿电压，并将电压通过串联电容叠加到负载母线上；控制电路完成电压和电流信号的检测，电压补偿的判据和触发信号的产生；保护电路完成系统中各器件正常运行的保护；键盘显示电路提供键盘控制和LCD显示功能。
本实用新型动态电压恢复器的串联电容：由于DVR需要补偿电压谐波，而负载电流要流过这个串联变压器，在系统电流谐波比较大的情况下，增加了损耗，降低系统效率和提高成本。鉴于此，在电压等级较低的应用中，完全可以省去这个串联变压器而采用相对容易设计的电源变压器将直流母线和系统隔离。对于中高压系统，主电路可以有两种结构：1)采用的是桥臂开关器件串联分压的方法。这种结构需要注意串联开关管之间的均压，通常的做法是利用大电阻和吸收电路均压；2)采用的是多个逆变器串联即链式逆变器结构，这种结构不必要考虑开关元件之间的均压，但必须保证各个逆变器之间的功率均衡。
本实用新型改变了原先的通过串联变压器进行电压叠加的方式，采用串联电容的直接耦合方式，避免了由于串联变压器的存在带来的幅值和相位的偏移，使得动态电压恢复器具有更好的动态补偿特性。
附图说明
图1本实用新型串联电容直接耦合式动态电压恢复器的结构
图2是本实用新型系统主电路结构图
图3是本实用新型的多重保护电路
图4是本实用新型串联电容结构图；
图5a本实用新型中高压串联电容原理图-开关器件串联结构
图5b本实用新型中高压串联电容原理图--开关器件链式结构
具体实施方式：
实施例1
如图1-5所示，串联电容直接耦合式动态电压恢复器主电路、控制电路、保护电路和键盘显示电路。
控制电路由CPU和各种传感器以及执行元件组成，图1中所示的CPU，完成控制算法、工况监测和模拟/数字信号的转换，图1中的传感元件是由测量系统电压、负载电压、电感电流的PT、CT和霍尔元件组成，这些参数通过CPU中的D/A转换和算法即可得到各种参数的测量，如图1中的CPU可完成数据处理、D/A转换。测量得到的各种数据用于显示和控制，数据的传输通过CAN总线完成，如图1所示的CAN总线。通过测量的数据经过系统的控制算法，产生用于触发电力电子器件的PWM脉冲信号，实现电力电子器件通断，如图1中CPU的FPGA实现PWM脉冲信号的产生。
主电路是以电力电子器件为主构成的整流电路和逆变电路组成。图2、图3、图4中给出了整流电路和逆变电路的连接方式。图2中的结构图中，直流电压直接由直流储能单元提供，因此，不需要系统电源的整流的部分。图3和图4中给出了整流电路，整流电路的电源可以由系统电源提供或者由备用电源提供。整流电路和逆变电路之间通过直流电容连接，直流电容起到稳定直流电压和储能的作用，因此不需要采用蓄电池进行储能。逆变电路的输出是叠加到负载母线上的电压，该电压必须经过滤波后才能施加给负载，滤波电路如图2的所示的滤波器，由滤波电感Lf和滤波电容Cf组成。滤波器输出的电压通常经过串联变压器叠加到负载母线上，如图2所示的变压器，本实用新型采取了串联电容直接耦合的方式，如图2和图5所示的电容器Cf。通过电容的直接耦合方式，避免了串联变压器引起的幅值和相位偏移。
多重保护电路通过CPU和各种开关完成对系统和负载的保护。在DVR的设计中，采用了自适应多重旁路的高可靠性的设计结构，以保证即使在DVR发生故障时，也不影响敏感电力负荷的正常工作。DVR的旁路结构如图3所示。一旦系统检测到有电压跌落的发生，DVR则立即进入补偿状态，保证负荷供电电压的稳定，不受电压跌落的影响。此时采用旁路设计，不仅降低了运行的损耗，达到节能目的，而且使得装置随时处于准备的热备用状态，为系统的快速响应提供了保障。由机械开关组成的旁路，则在系统维护中起到重要作用，利用机械开关可以将DVR旁路，直接由系统供电。当正常检修维护时切换至机械旁路，使得负荷供电不发生中断，而DVR装置本身发生故障时，则切换至机械旁路，直接由系统供电。对于要求更高的快速响应的系统，则可以用晶闸管开关并联在NJ0的两端，达到无延时的开合闸。根据测量参数，通过控制算法的数据处理，CPU的FPGA将产生相应的保护开关信号，实现对系统和负载的保护。
键盘显示功能通过主从CPU配合，将测量数据和系统运行状态通过CAN总线传送给显示器，实现对系统运行的监控。图1中的CPU、Moto360为主从CPU，MMI的LCD为显示器和键盘，通过键盘完成对系统的参数设置，通过显示器完成对系统运行状态的监控。
Claims (1)
1、串联电容直接耦合式动态电压恢复器，包括主电路、控制电路、保护电路、键盘显示电路，其特征在于：
(1)主电路包括整流装置、直流储能电容、逆变装置，通过对系统三相交流电压进行整流，由直流储能电容稳定电压，经过逆变装置将直流稳定电压逆变为交流电压，该交流电压通过串联电容叠加到负载母线上，保证负载电压的稳定；整流部分通过直流电容与逆变部分连接，逆变部分连接滤波电路，由滤波电容串入母线，实现补偿电压的叠加；
(2)控制电路主要包括电压信号和电流信号的检测电路、采样保持电路、模数转换电路、电力电子器件的触发电路以及DSP信号处理系统；检测电路由各种传感器和D/A转换完成，传感器包括电压互感器、电流互感器以及霍尔元件，D/A转换器嵌入在CPU中；
(3)保护电路主要包括构成整流电路和逆变电路的电力电子器件的过压、过流、电压变化率以及电流变化率的保护，直流侧电容的保护，以及多重旁路保护负载；
(4)键盘显示电路包括键盘电路和液晶显示电路。
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