CN204794089U - 一种三相三线和四线串联型动态电压补偿器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种三相三线和四线串联型动态电压补偿器，属于电气自动化设备领域。包括A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路，每相补偿电路包括一台单相自耦变压器、一个整流逆变滤波电路、一个反并联旁路可控硅组、第一检修开关、第二检修开关和一个自动旁路开关。本实用新型在实现所需的动态电压跌落补偿的前提下，取消整流侧隔离变压器，降低补偿器的整体成本，并且在发生单相或两相电压跌落时提供最大的补偿电压。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三相三线和四线串联型动态电压补偿器，属于电气自动化设备领域。
背景技术
动态电压补偿器(或称动态电压恢复器，DVR)用于对发生跌落或过冲的电网电压进行快速补偿，使负荷端的电压保持稳定，不受电网电压异常的影响。
动态电压补偿器可以采用串联在线路中的补偿方式，也可以采用并联在线路上的补偿方式。在实现所需要的动态电压补偿前提下，动态电压补偿器应尽可能的降低成本。传统的串联型动态电压补偿器在逆变输出侧不隔离直接串联接入被补偿线路时，整流侧需要采用隔离变压器为逆变器直流电容提供直流电源，使得成本较高；此外，也需要保证在发生单相或两相电压跌落时提供最大的补偿电压，因此需要寻找新的电路拓扑来进一步降低成本并尽可能提供最大补偿电压，并可同时应用于三相三线和三相四线补偿。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种三相三线和四线串联型动态电压补偿器，以克服现有技术之不足，在实现所需要的动态电压补偿功能前提下，取消整流侧的隔离变压器，降低补偿器的整体成本，并且在发生单相或两相电压跌落时提供最大的补偿电压。
本实用新型提出的三相三线和四线串联型动态电压补偿器，包括A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路，每相补偿电路包括一台单相自耦变压器、一个整流逆变滤波电路、一个反并联旁路可控硅组、第一检修开关、第二检修开关和一个自动旁路开关；
A相补偿电路的交流输入端同时连接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到B相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，C相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端连接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为A相补偿电路的交流输出端；
B相补偿电路的交流输入端同时连接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到C相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，A相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为B相补偿电路的交流输出端；
C相补偿电路的交流输入端同时接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到A相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，B相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为C相补偿电路的交流输出端。
上述三相三线和四线串联型动态电压补偿器中，所述的整流逆变滤波电路，包括单相全波二极管整流桥，第一储能电路，第二储能电路，一个电压源半桥逆变电路，第一滤波电感，第二滤波电感及一个电阻和电容串联滤波支路；所述的单相全波二极管整流桥的两个交流输入端作为所述的整流逆变滤波电路的两个输入端，所述的单相全波二极管整流桥的正输出端同时接到所述的第一储能电路的正极端及所述的电压源半桥逆变电路的正极端，所述的单相全波二极管整流桥的负输出端同时接到所述的第二储能电路的负极端及所述的电压源半桥逆变电路的负极端，所述的第一储能电路的负极端和所述的第二储能电路的正极端连接到一起，并同时连接到所述的电压源半桥逆变电路电容桥臂的输入端及所述的第一滤波电感的一端，所述的电压源半桥逆变电路的半导体开关桥臂的输入端连接到所述的第二滤波电感的一端，所述的第一滤波电感的另一端连接到所述的电阻和电容串联滤波支路的一端，并作为所述的整流逆变滤波电路第一输出端，所述的第二滤波电感的另一端连接到所述的电阻和电容串联滤波支路的另一端，并作为所述的整流逆变滤波电路第二输出端。
上述三相三线和四线串联型动态电压补偿器中，所述的电压源半桥逆变电路由第一电容、第二电容、第一带反并联二极管的半导体开关和第二带反并联二极管的半导体开关组成，所述的第一电容的一端和所述的第一带反并联二极管的半导体开关集电极连接到一起作为所述的电压源半桥逆变电路的正极端，所述的第二电容的一端和所述的第二带反并联二极管的半导体开关发射极连接到一起作为所述的电压源半桥逆变电路的负极端，所述的第一电容的另一端和所述的第二电容的另一端连接在一起作为所述的电压源半桥逆变电路电容桥臂的输入端，所述的第一带反并联二极管的半导体开关发射极和所述的第二带反并联二极管的半导体开关集电极连接到一起作为电压源半桥逆变电路半导体开关桥臂的输入端。
本实用新型提出的三相三线和四线串联型动态电压补偿器的优点是：
在逆变侧直接接入被补偿线路时，整流侧也不需要使用隔离变压器，加上储能电路的应用，可以使得装置的体积和成本有较大幅度的降低，而补偿性能不受影响，而且既可以用于三相三线电路的补偿，也可以用于三相四线电路的补偿；由于每相整流侧利用了其他两相提供能量，因此在发生单相或两相电压跌落时提供最大的补偿电压，可以提高产品的竞争力。
附图说明
图1为本实用新型的三相三线和四线串联型动态电压补偿器的电路原理图。
图2为图1所示的三相三线和四线串联型动态电压补偿器中整流逆变滤波电路的电路原理图。
图3为图1所示的三相三线和四线串联型动态电压补偿器中采用单相三绕组变压器时的电路原理图。
图4为本实用新型的三相三线和四线串联型动态电压补偿器在三相四线应用时的电路原理图。
图1和图2中，1是单相自耦变压器，2是整流逆变滤波电路，3是反并联旁路可控硅组，4是第一检修开关，5是第二检修开关，6是自动旁路开关，7是三相全波二极管整流桥，8是第一储能电路，9是第二储能电路，10是电压源半桥逆变电路，11是第一滤波电感，12是第二滤波电感，13是电阻和电容串联滤波支路。
具体实施方式
本实用新型提出的三相三线和四线串联型动态电压补偿器，包括A相补偿电路、B相补偿电路、C相补偿电路，每相补偿电路包括一台单相自耦变压器，一个整流逆变滤波电路，一个反并联旁路可控硅，第一检修开关，第二检修开关及一个自动旁路开关，并包括三个交流输入端A、B、C及三个交流输出端U、V、W；
A相补偿电路的交流输入端同时连接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到B相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，C相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端连接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为A相补偿电路的交流输出端；
B相补偿电路的交流输入端同时连接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到C相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，A相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为B相补偿电路的交流输出端；
C相补偿电路的交流输入端同时接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到A相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，B相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为C相补偿电路的交流输出端。
上述三相三线和四线串联型动态电压补偿器中，所述的整流逆变滤波电路，包括单相全波二极管整流桥，第一储能电路，第二储能电路，一个电压源半桥逆变电路，第一滤波电感，第二滤波电感及一个电阻和电容串联滤波支路；所述的单相全波二极管整流桥的两个交流输入端作为所述的整流逆变滤波电路的两个输入端，所述的单相全波二极管整流桥的正输出端同时接到所述的第一储能电路的正极端及所述的电压源半桥逆变电路的正极端，所述的单相全波二极管整流桥的负输出端同时接到所述的第二储能电路的负极端及所述的电压源半桥逆变电路的负极端，所述的第一储能电路的负极端和所述的第二储能电路的正极端连接到一起，并同时连接到所述的电压源半桥逆变电路电容桥臂的输入端及所述的第一滤波电感的一端，所述的电压源半桥逆变电路的半导体开关桥臂的输入端连接到所述的第二滤波电感的一端，所述的第一滤波电感的另一端连接到所述的电阻和电容串联滤波支路的一端，并作为所述的整流逆变滤波电路第一输出端，所述的第二滤波电感的另一端连接到所述的电阻和电容串联滤波支路的另一端，并作为所述的整流逆变滤波电路第二输出端。
上述三相三线和四线串联型动态电压补偿器中，所述的电压源半桥逆变电路由第一电容、第二电容、第一带反并联二极管的半导体开关和第二带反并联二极管的半导体开关组成，所述的第一电容的一端和所述的第一带反并联二极管的半导体开关集电极连接到一起作为所述的电压源半桥逆变电路的正极端，所述的第二电容的一端和所述的第二带反并联二极管的半导体开关发射极连接到一起作为所述的电压源半桥逆变电路的负极端，所述的第一电容的另一端和所述的第二电容的另一端连接在一起作为所述的电压源半桥逆变电路电容桥臂的输入端，所述的第一带反并联二极管的半导体开关发射极和所述的第二带反并联二极管的半导体开关集电极连接到一起作为电压源半桥逆变电路半导体开关桥臂的输入端。
图1所示为本实用新型提出的三相三线和四线串联型动态电压补偿器的电路原理图。三相三线和四线串联型动态电压补偿器包括包括A、B、C三相补偿电路，每相补偿电路包括一台单相自耦变压器(1)T1，一个整流逆变滤波电路(2)，一组反并联旁路可控硅(3)S1/S2，第一检修开关(4)K2，第二检修开关(5)K3及一个自动旁路开关(6)K1，并包括三个交流输入端A、B、C及三个交流输出端U、V、W。A相补偿电路的输入端A接到该相单相自耦变压器(1)T1的第一输入端、该相第一检修开关(4)K2的一端及该相自动旁路开关(6)K1的一端，该相单相自耦变压器(1)T1的第二输入端接到B相补偿电路的输入端，该相单相自耦变压器(1)T1的第一输出端b1接到该相整流逆变滤波电路(2)的第一输入端AI1，C相单相自耦变压器的第二输出端c2连接到该相整流逆变滤波电路(2)的第二输入端AI2，该相整流逆变滤波电路(2)的第一输出端AO1接到该相第一检修开关(4)K2的另一端及该相反并联旁路可控硅(3)S1/S2的一端，该相整流逆变滤波电路(2)的第二输出端AO2接到该相第二检修开关(5)K3的一端及该相反并联旁路可控硅(3)S1/S2的另一端，该相第二检修开关(5)K3的另一端接到该相自动旁路开关(6)K1的另一端，并作为A相补偿电路的输出端U。B、C相补偿电路的接线方式与A相相同。
如图2所示，三相三线和四线串联型动态电压补偿器中的整流逆变滤波电路，包括单相全波二极管整流桥(7)D1-D4，第一储能电路(8)，第二储能电路(9)，一个电压源半桥逆变电路(10)，第一滤波电感(11)L1，第二滤波电感(12)L2及一个电阻和电容串联滤波支路(13)R/C。单相全波二极管整流桥(7)D1-D4的两个交流输入端作为整流逆变滤波电路的两个输入端AI1/AI2，单相全波二极管整流桥(7)D1-D4的正输出端接到的第一储能电路(8)的正极端及电压源半桥逆变电路(10)的正极端，单相全波二极管整流桥(7)D1-D4的负输出端接到第二储能电路(9)的负极端及电压源半桥逆变电路(10)的负极端，第一储能电路(8)的负极端和第二储能电路(9)的正极端连接到一起，并连接到电压源半桥逆变电路(10)电容桥臂的输入端及第一滤波电感(11)L1的一端，电压源半桥逆变电路(10)的半导体开关桥臂的输入端连接到的第二滤波电感(12)L2的一端，第一滤波电感(11)L1的另一端连接到电阻和电容串联滤波支路(13)的一端，并作为整流逆变滤波电路第一输出端AO1，第二滤波电感(12)L2的另一端连接到电阻和电容串联滤波支路(13)的另一端，并作为整流逆变滤波电路的第二输出端AO2。电阻和电容串联滤波支路(13)由电容C和电阻R串联而成。
上述整流逆变滤波电路中的电压源半桥逆变电路(10)，由两个电容C1/C2和两个带反并联二极管的半导体开关S3和S4组成，电容C1的一端和带反并联二极管的半导体开关S3的集电极连接到一起作为电压源半桥逆变电路(10)的正极端，电容C2的一端和带反并联二极管的半导体开关S4的发射极连接到一起作为电压源半桥逆变电路(10)的负极端，电容C1的另一端和电容C2的另一端连接在一起作为该电压源半桥逆变电路(10)电容桥臂的输入端，带反并联二极管的半导体开关S3发射极和带反并联二极管的半导体开关S4的集电极连接到一起作为该电压源半桥逆变电路(10)半导体开关桥臂的输入端。
本实用新型三相三线和四线串联型动态电压补偿器的工作原理是：在电源电压正常时，每相补偿电路中的反并联旁路可控硅轮流导通将电源电压输送到三相三线和四线交流负载；当电源电压发生跌落时，每相补偿电路中的反并联旁路可控硅通过控制电压源半桥逆变电路的半导体开关被快速强制关断，之后整流逆变滤波电路被控制输出所需要的补偿电压，补偿电源电压跌落的部分，使得三相交流负载端电压保持稳定。每相补偿电路发生故障时，其内部的自动旁路开关会被自动控制到闭合状态，保证负载的供电不受影响，此后断开检修开关即可对每相补偿电路进行检修。由于每相整流侧利用了其他两相提供能量，因此在发生单相或两相电压跌落时可以提供最大的补偿电压。
本实用新型电路的单相自耦变压器也可以采用单相三绕组变压器，采用单相三绕组变压器时的电路原理图见图3，单相三绕组变压器也一样具有两个输出端，接线方式也和单相自耦变压器时一样。
图4给出了本实用新型补偿器应用于三相四线电路时的电路原理图。
本实用新型电路也可以增加其他辅助电路作为变形后的应用，所述的第一储能电路和第二储能电路也可合并成一个储能电路并接在所述的电压源半桥逆变电路的正极端和负极端之间；此外，三相补偿电路中的三台单相自耦变压器也可以合并成一台三相自耦变压器，采用单台单相三绕组变压器时也可以合并成一台三相多绕组变压器，这些都属于等效变换电路。任何基于本实用新型电路所作的等效变换电路，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种三相三线和四线串联型动态电压补偿器，其特征在于，包括A相补偿电路、B相补偿电路和C相补偿电路，每相补偿电路包括一台单相自耦变压器、一个整流逆变滤波电路、一个反并联旁路可控硅组、第一检修开关、第二检修开关和一个自动旁路开关；
A相补偿电路的交流输入端同时连接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到B相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，C相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端连接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为A相补偿电路的交流输出端；
B相补偿电路的交流输入端同时连接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到C相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，A相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为B相补偿电路的交流输出端；
C相补偿电路的交流输入端同时接到该相单相自耦变压器的第一输入端、该相第一检修开关的一端以及该相自动旁路开关的一端，该相单相自耦变压器的第二输入端接到A相补偿电路的交流输入端，该相单相自耦变压器的第一输出端接到该相整流逆变滤波电路的第一输入端，B相补偿电路的单相自耦变压器的第二输出端连接到该相整流逆变滤波电路的第二输入端，该相整流逆变滤波电路的第一输出端接到该相第一检修开关的另一端及该相反并联旁路可控硅组的一端，该相整流逆变滤波电路的第二输出端接到该相第二检修开关的一端及该相反并联旁路可控硅组的另一端，该相第二检修开关的另一端接到该相自动旁路开关的另一端，并作为C相补偿电路的交流输出端。
2.如权利要求1所述的三相三线和四线串联型动态电压补偿器，其特征在于，其中所述的整流逆变滤波电路，包括单相全波二极管整流桥，第一储能电路，第二储能电路，一个电压源半桥逆变电路，第一滤波电感，第二滤波电感及一个电阻和电容串联滤波支路；所述的单相全波二极管整流桥的两个交流输入端作为所述的整流逆变滤波电路的两个输入端，所述的单相全波二极管整流桥的正输出端同时接到所述的第一储能电路的正极端及所述的电压源半桥逆变电路的正极端，所述的单相全波二极管整流桥的负输出端同时接到所述的第二储能电路的负极端及所述的电压源半桥逆变电路的负极端，所述的第一储能电路的负极端和所述的第二储能电路的正极端连接到一起，并同时连接到所述的电压源半桥逆变电路电容桥臂的输入端及所述的第一滤波电感的一端，所述的电压源半桥逆变电路的半导体开关桥臂的输入端连接到所述的第二滤波电感的一端，所述的第一滤波电感的另一端连接到所述的电阻和电容串联滤波支路的一端，并作为所述的整流逆变滤波电路第一输出端，所述的第二滤波电感的另一端连接到所述的电阻和电容串联滤波支路的另一端，并作为所述的整流逆变滤波电路第二输出端。
3.如权利要求2所述的三相三线和四线串联型动态电压补偿器，其特征在于，其中所述的电压源半桥逆变电路由第一电容、第二电容、第一带反并联二极管的半导体开关和第二带反并联二极管的半导体开关组成，所述的第一电容的一端和所述的第一带反并联二极管的半导体开关集电极连接到一起作为所述的电压源半桥逆变电路的正极端，所述的第二电容的一端和所述的第二带反并联二极管的半导体开关发射极连接到一起作为所述的电压源半桥逆变电路的负极端，所述的第一电容的另一端和所述的第二电容的另一端连接在一起作为所述的电压源半桥逆变电路电容桥臂的输入端，所述的第一带反并联二极管的半导体开关发射极和所述的第二带反并联二极管的半导体开关集电极连接到一起作为电压源半桥逆变电路半导体开关桥臂的输入端。
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170602 Address after: Suzhou City, Jiangsu province 215600 Zhangjiagang Yang Changxin Road No. 8 University City Co-patentee after: BEIJING SWTECH CONVERTING TECHNOLOGY CO., LTD. Patentee after: Zhangjiagang Zhi electricity Xi Wei Semiconductor Converting Technology Co., Ltd Address before: Suzhou City, Jiangsu province 215600 Zhangjiagang Yang Changxin Road No. 8 University City Co-patentee before: West Beijing Wei Qingneng Semiconductor Converting Technology Co., Ltd Patentee before: Zhangjiagang Zhi electricity Xi Wei Semiconductor Converting Technology Co., Ltd |
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Granted publication date: 20151118 Termination date: 20190602 |
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