CN205141674U - 一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器，包括无功功率模块、有功功率模块和用于接入电网的耦合变压器；无功功率模块包括储能电容和无功电压调整模块，无功电压调整模块由逆变电路、LC滤波电路、电压电流互感器和PWM控制器连接构成；有功功率模块包括蓄电池和有功电压调整模块，有功电压调整模块与无功电压调整模块结构相同。本实用新型利用不同的功率模块来分离有功功率和无功功率，有效降低了直流纹波振荡，提升电池寿命；允许将更多的逆变器接入电路来扩展DVR，满足了电网的发展要求。

Description

一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器

技术领域

本实用新型涉及动态电压恢复技术领域，具体为一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器。

背景技术

随着工业自动化、信息化的程度的日益提高，电力用户对电能质量要求也越来越重视，电能质量问题已成为供用电双方都颇为关注的问题。特别是电压暂降（VoltageDip）问题。电压暂降是严重的电能质量（PowerQuality，PQ）事件，会给工业生产造成巨大的经济损失，已经成为影响电力负荷安全运行最突出的问题。动态电压恢复器(DVR)被认为是目前解决电压暂降问题经济、有效的用户电力装置。近年来，许多研究人员提出了很多利用DVR改善电能质量的方法。

DVR一般由一个直流储能单元，一个逆变器和一个耦合变压器组成：直流储能单元由储能电池和电容器互连构成，并通过逆变器连接到电网，从而可以为电网提供所需的有功功率和无功功率；耦合变压器由串联在电源主线上的初级电路和次级电路构成。当发生电压暂降时，逆变器被激活后会给耦合变压器输入补偿电压，以保持输入电压波形的稳定。传统的DVR在直流母线并联安装电池和电容装置，以补偿由于电压暂降所需的电能损耗，如图1所示，典型DVR控制系统简化示意图所示。基于电力潮流分析，当电压暂降发生时，大量的由直流储能单元补偿的无功和有功功率就会穿过耦合变压器。然而，DVR的无功功率输出会增加直流母线上的低频纹波电压；同时此纹波电压会被电池吸收，导致电池运行温度更高，导致电池使用寿命变短。

为了解决上述问题，国内外学者提出了多种办法来解决这个问题。一种可行的解决办法是在直流母线上的电池组接口处设计增加一个双向转换器。然而，在实践运用中，以现有技术水平生产的功率晶体管和高频变压器的转换速率限制了D/D转换器在DVR领域的使用。另一种解决方案是提出一种新的控制策略，来减少补偿暂降电压所需的有功功率。这一系列的补偿电压的相位可调整为与负载电流同相位，从而变压器的有功功率变为零，故可以将电池从系统中等效去除。这种方法被公认为是可行的，但其补偿电压高度依赖于负载功率因数。当负荷发生较大变化时，其补偿能力是有限的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器，能够有效降低直流纹波振荡，提升电池寿命，且便于将更多的逆变器接入电路来扩展DVR。技术方案如下：

一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器，包括无功功率模块、有功功率模块和用于接入电网的耦合变压器；无功功率模块包括储能电容和无功电压调整模块，所述无功电压调整模块由逆变电路、LC滤波电路、电压电流互感器和PWM控制器构成，储能电容连接到逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接到LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出端分别连接到耦合变压器低压端和电压电流互感器的输入端，电压电流互感器的输入端还连接到电网，电压电流互感器的输出端连接到PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接到逆变电路；有功功率模块包括蓄电池和有功电压调整模块，有功电压调整模块与无功电压调整模块结构相同，蓄电池连接到有功电压调整模块中逆变电路的输入端。

进一步的，所述逆变电路为单相全桥逆变电路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型优化了直流电路参数和系统性能，利用不同的功率模块来分离有功功率和无功功率，有效降低了直流纹波振荡，提升电池寿命，同时也提供了一种灵活的方式设计电容器组合；允许将更多的逆变器接入电路来扩展DVR，满足了电网的发展要求；模块化设计更容易满足可靠性要求和基础设施的冗余设计要求。

附图说明

图1为典型DVR控制系统简化示意图。

图2本实用新型DVR系统的简化示意图。

图3为本实用新型DVR级联功率模块结构示意图。

图4为本实用新型DVR级联功率模块电路示意图。

图5为本实用新型DVR的相量关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

图2为本实用新型DVR系统的简化示意图，由功率模块和耦合变压器组成。如图所示，两个级联功率模块输出电压通过耦合变压器串联到进线上。

图3为本实用新型DVR级联功率模块结构示意图：包括无功功率模块、有功功率模块和用于接入电网的耦合变压器；无功功率模块包括储能电容和无功电压调整模块，所述无功电压调整模块由逆变电路、LC滤波电路、电压电流互感器和PWM控制器构成，储能电容连接到逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接到LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出端分别连接到耦合变压器低压端和电压电流互感器的输入端，电压电流互感器的输入端还连接到电网，电压电流互感器的输出端连接到PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接到逆变电路；有功功率模块包括蓄电池和有功电压调整模块，有功电压调整模块与无功电压调整模块结构相同，蓄电池连接到有功电压调整模块中逆变电路的输入端。

图4为本实用新型的级联功率模块电路的示意图。其中，逆变电路为单相全桥逆变电路，逆变全桥电路由4个开关管和4个续流二极管组成，工作时开关管在高频条件下通断，其中逆变全桥完成直流到交流的变换。LC滤波电路滤除去谐波成分以获得需要的交流电信号。PT、CT分别为电压电流互感器。在电路中各模块的控制接地设置在直流母线的中性点。并且，电网电压经直流母线由一个电压互感器反馈给PWM控制器。无功功率模块、有功功率模块的电源分别为储能电容和直流蓄电池，由二者的物理特性可知，无功功率模块的输出电压的相位将正交于负载电流，有功功率模块的输出电压于负载电流同相位。经耦合变压器变比后，两个模块的输出电压分量分别等效为，则DVR的补偿电压(矢量和)。

图5为以负载电流的相位为参考方向时，所提出系统的补偿电压的相量图：无功功率模块的输出电压正交于负载电流，因此，此电路模块不用电池即可给系统提供无功补偿。有功功率模块的电压输出与负载电流同相位，故此，它将仅提供有功功率。由于DVR的无功功率的输出会增加直流母线的纹波电压，而有功功率模块只输出有功功率特性意味着这个电路的直流母线电压将叠加更少的纹波电压，从而为安装在直流母线侧的电池提供了一个电压纹波系数更小的直流环境。

PWM控制器完成对逆变全桥中开关管的控制并实现部分保护功能，工作原理为：电压电流互感器等检测电路接入电网，真实反映电网中的电压波形，并将波形输入PWM控制器以便时时跟踪检测；当电压跌落较大时，PWM控制器通过瞬时无功算法等程序检测出来并产生一系列PWM波，这些PWM波通过逆变电路的驱动电路来作用于逆变电路产生补偿电压，再通过LC滤波器滤去谐波，最后经变压器变压后，使跌落的电压恢复到正常值；当线路电压在正常范围内时，整个DVR装置不会产生补偿电压。

Claims (2)

1.一种无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器，其特征在于，包括无功功率模块、有功功率模块和用于接入电网的耦合变压器；无功功率模块包括储能电容和无功电压调整模块，所述无功电压调整模块由逆变电路、LC滤波电路、电压电流互感器和PWM控制器构成，储能电容连接到逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接到LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出端分别连接到耦合变压器低压端和电压电流互感器的输入端，电压电流互感器的输入端还连接到电网，电压电流互感器的输出端连接到PWM控制器的输入端，PWM控制器的输出端连接到逆变电路；有功功率模块包括蓄电池和有功电压调整模块，有功电压调整模块与无功电压调整模块结构相同，蓄电池连接到有功电压调整模块中逆变电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的无功功率和有功功率电路分块设计的动态电压恢复器，其特征在于，所述逆变电路为单相全桥逆变电路。