CN202260481U

CN202260481U - 一种用于三相四线制配电网的动态电压恢复器

Info

Publication number: CN202260481U
Application number: CN2011203081708U
Authority: CN
Inventors: 林新春; 段余平; 康勇; 邱军; 官习炳; 高山; 崔健; 吕波; 蔡惠红; 艾斌; 孙威
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-23

Abstract

本实用新型提供一种用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，包括串联在接入电网与恢复器输出端之间的耦合单元，与耦合单元连接的桥式逆变器、滤波单元、直流储能单元和对直流储能单元进行充电的充电单元，其耦合单元的隔离的三个单相变压器TA、TB、TC的副边分别串入三相供电电网，三个单相变压器TA、TB、TC的原边与逆变器侧的滤波单元相连，三个双向晶闸管分别并联在三个单相变压器TA、TB、TC的副边作为电子开关。三个接触器用来对三个双向晶闸管分进行投切的控制。三个单相桥式逆变器的输入端并联后与超级储能电容器C1并连，超级储能电容器C1通过充电电阻R与三相全桥整流电路的输出端连接，三相全桥整流电路的输入端通过三相变压器T连接到接入电网端Us。

Description

一种用于三相四线制配电网的动态电压恢复器

技术领域

本实用新型涉及一种用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，属于电力电子技术领域。是研究应用电力半导体开关器件实现电能的变换及控制的一门技术，又称为功率电子技术。

背景技术

应用现代电力电子技术可以实现电能质量的控制、为用户提供特定的电能供应，目前主要使用的装置有配电系统静止补偿器、有源电力滤波、动态电压恢复器(DVR)等。动态电压恢复器(DVR)是带有储能装置的串联补偿装置，除无功功率外，有补偿有功功率的能力。

系统电压受到干扰时，常常造成负荷侧电压短时跌落或突升(持续时间通常为几个周波至几十个周波)。这是导致敏感类负荷停电，计算机设备、精密设备及仪器故障的主要原因。动态电压恢复器(DVR)在1～2个毫秒之内产生补偿电压，抵消系统电压所受的干扰，使负荷侧电压感受不到扰动，保证了敏感类负荷、计算机设备、精密设备及仪器的安全可靠运行。

动态电压恢复器(DVR)调节响应速度快，可以保证负荷侧电压波形为标准正弦，消除电压谐波、电压波动和闪变对负载的影响。

因三相四线制配电网在发生电压不对称故障时，为保证负荷侧电压波形不受影响，零序分量需要补偿，以往采用三个独立的动态电压恢复器(DVR)进行补偿，存在投资以及运行损耗较大的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，将三个独立的动态电压恢复器(DVR)的直流储能单元合并成一个直流储能单元，减少了储能单元的数量，且减少了给直流储能单元进行充电的充电装置，因而减少了投资；同时本实用新型采用晶闸管来使动态电压恢复器(DVR)在电网电压正常时处于旁路状态，使电网通过晶闸管给负载供电，用较低的晶闸管通态损耗替代逆变器较高的开关损耗，减少了运行成本。

本实用新型的技术方案：本实用新型的用于三相四线制配电网的动态电压恢复器包括接入电网端Us和恢复器输出端Uc，串联在接入电网端Us与恢复器输出端Uc之间的耦合单元，与耦合单元连接的桥式逆变器、滤波单元、直流储能单元和对直流储能单元进行充电的充电单元，其耦合单元包括用于隔离的三个单相变压器TA、TB、TC的副边分别串入三相供电电网的A相、B相、C相，三个单相变压器TA、TB、TC的原边与逆变器侧的的滤波单元相连，三个双向晶闸管SCR_A、SCR_B和SCR_C分别并联在三个单相变压器TA、TB、TC的副边作为电子开关。

在接入电网端Us与耦合单元之间串联第一交流接触器KM1的触点，在三个单相变压器TA、TB、TC的副边与恢复器输出端Uc之间串联第二交流接触器KM2的触点，在接入电网端Us和恢复器输出端Uc之间并联第三个接触器KM3触点。

所述的三个单相变压器TA、TB、TC的原边分别通过各自的滤波单元连接到三个单相桥式逆变器的输出端，三个单相桥式逆变器的输入端并联后与超级储能电容器C1并连，超级储能电容器C1通过充电电阻R与三相全桥整流电路的输出端连接，三相全桥整流电路的输入端通过三相变压器T连接到接入电网端Us。

所述的超级储能电容器C1与高频滤波电容C2并联，超级储能电容器C1的容量为7～9法拉。

本实用新型的有益效果：

1、在电网供电电压发生暂态故障时，本实用新型能迅速对电网注入补偿电压，且无论是单相电压故障、三相对称电压故障或三相不对称电压故障，均能起到补偿作用；

2、仅采用一个超级储能电容器组进行储能，体积小、储能密度高，装置整体耗费低；

3、在电网供电电压正常时，本实用新型工作在晶闸管导通状态，晶闸管的通态损耗比逆变器的开关损耗低，从而减小了装置的运行损耗；

4、串联耦合单元采用了隔离变压器，可以推广应用于中高压系统。

附图说明

图1是本实用新型的总体电路逻辑框图；

图2是本实用新型的用于三相四线制配电网的动态电压恢复器的电路原理图。

具体实施方式

图1是本实用新型的总体电路逻辑框图，图2是本实用新型用于三相四线制配电网的动态电压恢复器的电路原理图：

本实用新型包括接入电网端Us和恢复器输出端Uc，串联在接入电网端Us与恢复器输出端Uc之间的耦合单元，与耦合单元连接的桥式逆变器、滤波单元、直流储能单元和对直流储能单元进行充电的充电单元，其耦合单元包括用于隔离的三个单相变压器TA、TB、TC的副边分别串入三相供电电网的A相、B相、C相，三个单相变压器TA、TB、TC的原边与逆变器侧的的滤波单元相连，三个双向晶闸管SCR_A、SCR_B和SCR_C分别并联在三个单相变压器TA、TB、TC的副边作为电子开关。

所述的三个单相变压器TA、TB、TC的原边分别通过各自的滤波单元连接到三个单相桥式逆变器的输出端，三个单相桥式逆变器的输入端并联后与超级储能电容器C1并连，超级储能电容器C1通过充电电阻R与三相全桥整流电路的输出端连接，三相全桥整流电路的输入端通过三相变压器T连接到接入电网端Us。所述的超级储能电容器C1与高频滤波电容C2并联，超级储能电容器C1的容量为7～9法拉。

接触器KM1、KM2和KM3用来进行投切的控制，且KM3用于负载过流时的机械旁路开关，双向晶闸管SCR_A、SCR_B和SCR_C作为电子开关，在供电电网电压正常时处于导通状态，为负载供电，减小DVR装置的损耗；隔离变压器TA、TB和TC用于在电网电压发生故障时补偿电压的注入。

所述的滤波单元包含的元件有：三个电感L1、L2和L3以及三个电容C1、C2和C3连接成三个单相LC滤波器，三个LC滤波器的输出端分别与隔离变压器TA、TB和TC的原边端口相连，用于滤除桥式逆变器输出补偿电压上产生的开关频率的纹波。

所述的桥式逆变器包含：由GA1～GA4组成的A相逆变器；由GB1～ GB4组成的B相逆变器；由GC1～GC4组成的C相逆变器。三个单相全桥逆变器的直流输入端并联到超级储能电容器C1的两端；桥式逆变器用于输出电网电压故障时的补偿电压。

所述的直流储能单元包含超级储能电容器C1和高频滤波电容C2。超级储能电容器C1的两端与高频滤波电容C2的两端并联后连接到所述的桥式逆变器的直流输入端；直流储能单元用于提供补偿电网电压的能量。

所述的充电单元包括1台三相隔离升压变压器T、6个电力二极管D1～D6组成的三相全桥整流电路和一个充电电阻R。三相隔离升压变压器T的输入端接电网，三相全桥整流电路的输入端接三相隔离升压变压器T的输出端，三相全桥整流电路的输出端的正极串联电阻R后与所述的超级储能电容器C1的正端口相连，其负极直接与超级储能电容器C1的负端口相连；充电单元用于给直流储能单元进行充电。

以下详细介绍本实用新型的工作原理：

如图2：系统初始化时，串联耦合单元的所有开关器件均处于断开状态，首先仅闭合KM3使本实用新型工作在接触器旁路状态，然后闭合KM1、KM2并且导通晶闸管SCR_A、SCR_B和SCR_C；之后断开KM3，使本实用新型工作在晶闸管导通供电状态。

当检测到供电电网电压出现暂态故障时，采取快速关断晶闸管的措施关断晶闸管。然后，三相的桥式逆变器开始将超级储能电容器C1储存的能量逆变输出补偿电压，通过隔离变压器TA、TB和TC注入到电网，使负载侧的电压保持不变。

本实用新型采用了超级电容器进行储能，相比传统的蓄电池储能，体积小，储能密度高，且能够进行较长时间的大电流充、放电，使本实用新型既可补偿电网电压的跌落，也可补偿电网电压的突升。对超级电容器进行充电的充电装置，仅采用三相不控整流串接限流电阻即可，结构简单。

本实用新型在电网电压正常时采用晶闸管对负载供电，与传统的采用逆变器补偿零电压或者直接导通全桥逆变器的所有上(下)管相比，通态损耗小。当检测到供电电网电压出现暂态故障时，通过桥式逆变器输出合适的电压使流过晶闸管的电流在1ms左右时间内降至维持电流以下，使晶闸管在极短时间内可靠关断。

本实用新型中串联耦合单元采用三个单相的隔离变压器，要求其漏阻抗较小，一方面是为了保证全桥逆变器的输出电压与注入电网的电压相位偏差较小，另一方面是为了在强制关断晶闸管时能够在较短时间内将晶闸管的电流降到维持电流以下。

本实用新型中逆变器单元采用三个独立控制的单相全桥拓扑，串联耦合单元采用了隔离变压器，使本实用新型既可应用于三相四线制配电网的补偿，也可推广运用于中高压输电系统中。

本实用新型减少了直流储能单元的数量以及对直流储能单元进行充电的充电装置，降低了成本耗费；在供电电网电压正常时，本实用新型工作在晶闸管供电状态，损耗比以往的工作方式低，且在供电电网电压发生暂态故障时，能够快速关断晶闸管并注入补偿电压，保证负载电压保持不变。

Claims

1.一种用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，包括接入电网端Us和恢复器输出端Uc，串联在接入电网端Us与恢复器输出端Uc之间的耦合单元，与耦合单元连接的桥式逆变器、滤波单元、直流储能单元和对直流储能单元进行充电的充电单元，其特征在于：耦合单元包括用于隔离的三个单相变压器TA、TB、TC的副边分别串入三相供电电网的A相、B相、C相，三个单相变压器TA、TB、TC的原边与逆变器侧的的滤波单元相连，三个双向晶闸管SCR_A、SCR_B和SCR_C分别并联在三个单相变压器TA、TB、TC的副边作为电子开关。

2.根据权利要求1所述的用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，其特征在于：在接入电网端Us与耦合单元之间串联第一交流接触器KM1的触点，在三个单相变压器TA、TB、TC的副边与恢复器输出端Uc之间串联第二交流接触器KM2的触点，在接入电网端Us和恢复器输出端Uc之间并联第三个接触器KM3触点。

3.根据权利要求1或2所述的用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，其特征在于：三个单相变压器TA、TB、TC的原边分别通过各自的滤波单元连接到三个单相桥式逆变器的输出端，三个单相桥式逆变器的输入端并联后与超级储能电容器C1并连，超级储能电容器C1通过充电电阻R与三相全桥整流电路的输出端连接，三相全桥整流电路的输入端通过三相变压器T连接到接入电网端Us。

4.根据权利要求3所述的用于三相四线制配电网的动态电压恢复器，其特征在于：所述的超级储能电容器C1与高频滤波电容C2并联，超级储能电容器C1的容量为7～9法拉。