CN209592992U - 一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备，包括两条交流输入回路，分别为主电路和旁路，两条交流输入回路相互并联；两条交流输入回路的输入端连接三相交流电源；主电路上设有三相PFC装置、三相整流器、三相逆变器和三相隔离变压器，三相交流电源经三相PFC装置进行功率因数校正后，再经过三相整流器整流后与三相逆变器相连，三相逆变器的输出端与三相隔离变压器相连，三相隔离变压器经过三相静态开关后与负荷相连；旁路通过旁路断路器连接三相静态开关，旁路的三相交流电源通过三相静态开关与负载连接；还包括直流输入回路，直流输入回路的输入端为储能单元，储能单元的输出端通过隔离二极管与三相整流器的直流母线相连。

Description

一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备

技术领域

本实用新型涉及一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备，属于电力自动化技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，数字化设备已得到广泛的应用，遍及工商业、居民生活的各个角落。电压暂降是电网中无法避免的一种电能质量事件，当电力系统发生短路故障、大容量设备启动、雷击、重合闸自动切除故障、开关操作、变压器电容器组投切等事件时，可能造成供电出线甚至远方的供电线发生电压暂降。

目前，对于电压暂降的治理学术界和工业界已经采取了一些措施来降低“电压暂降”对社会的危害。采用不间断UPS给敏感负荷供电，这在一定程度上可以实现敏感负荷的电压暂降治理，但是UPS的蓄电池易坏，同时输入输出无隔离变压器，可靠性不高。并且直流支撑技术并不适用于所有场合，如没有直流母线的现场。所以开发出交流输出的电压暂降保护设备(暂称AVSP)十分必要。

交流输出的电压暂降保护设备目前市面上有美国的DySC，它是一种无储能设备的保护设备，利用电网残压来对电压暂降进行治理，保护时间有限，一般不超过5s，对于短时中断保护时间最多200ms，显然这不能满足工业现场的要求。另外，它存在一个问题：当交流进线的空开断开，则保护设备为无源系统，这时DySC就不能保护其所要保护的负载。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备，该治理设备能有效保证在电压暂降或失电时负载设备仍稳定运行，从而有效保证工业生产的连续性。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备，包括两条交流输入回路，分别为主电路和旁路，两条交流输入回路相互并联；两条交流输入回路的输入端连接三相交流电源；主电路上设有三相PFC装置、三相整流器、三相逆变器和三相隔离变压器，三相交流电源经三相PFC装置进行功率因数校正后，再经过三相整流器整流后与三相逆变器相连，三相逆变器的输出端与三相隔离变压器相连，三相隔离变压器经过三相静态开关后与负荷相连；旁路通过旁路断路器连接三相静态开关，旁路的三相交流电源通过三相静态开关与负载连接；还包括直流输入回路，直流输入回路的输入端为储能单元，储能单元的输出端通过隔离二极管与三相整流器的直流母线相连。

其中，还包括单片机控制电路，单片机控制电路分别与三相逆变器的驱动端和三相静态开关的驱动端相连。

其中，还包括人机交互界面，单片机控制电路通过SPI通讯接口与人机交互界面连接。

其中，单片机控制电路采用的单片机型号为STM32F103RBT；其中，AN0、AN1、AN2为输出三相交流电流采样端口，AN3、AN4、AN5为输出三相交流电压采样端口；AN6、AN7、AN8为三相交流输入电压采样端口，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6信号为三相逆变器中六个IGBT模块的驱动控制信号输出端口；SCR1、SCR2、SCR3信号为三相静态开关的驱动控制信号输出端口；485TX和485RX端口为单片机的RS-485通讯接口，单片机控制电路通过RS-485通讯接口与外部监控上位机相连。

其中，主电路的输入端和输出端分别设有输入断路器和输出断路器，直流输入回路的输入端也设有直流输入断路器。

相比于现有技术，本实用新型技术方案具有的有益效果为：

本实用新型可实现工业现场负荷的电压暂降治理，保证负荷供电的连续性和可靠性；一方面，本实用新型治理设备可实现大多数负荷的电压暂降治理，治理范围宽；另一方面，本实用新型治理设备内部有隔离变压器，安全可靠性大大提高；最后，本实用新型治理设备在交流电压暂降和交流失电两种情形下均能对负荷进行保护。

附图说明

图1为本实用新型电压暂降治理设备的系统原理图；

图2为本实用新型电压暂降治理设备的工作原理图；

图3为本实用新型电压暂降治理设备中单片机控制电路的电路原理图；

图4为本实用新型电压暂降治理设备的检修示意图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

如图1～2所示，本实用新型基于三相交流电源的电压暂降治理设备，包括两条交流输入回路，分别为主电路和旁路，两条交流输入回路相互并联，两条交流输入回路的输入端连接三相交流电源；主电路上设有三相PFC装置(功率因数校正装置)、三相整流器、三相逆变器和三相隔离变压器，三相交流电源通过三相PFC装置功率因数校正后，再经过三相整流器整流后与三相逆变器相连，三相逆变器的输出端与三相隔离变压器相连，三相隔离变压器经过三相静态开关后与负荷相连；旁路通过旁路断路器连接三相静态开关，旁路的三相交流电源通过三相静态开关与负载连接；本实用新型电压暂降治理设备还包括直流输入回路，直流输入回路的输入端为储能单元，储能单元的输出端通过隔离二极管与三相整流器的直流母线相连；其中，本实用新型电压暂降治理设备还包括单片机控制电路以及人机交互界面，单片机控制电路分别与三相逆变器的驱动端和三相静态开关的驱动端相连，单片机控制电路通过SPI通讯接口与人机交互界面连接。

储能单元为蓄电池组，当电网发生波动时，作为电源为负载供电，蓄电池组由40节12V100Ah的铅酸蓄电池串联组成，储能单元可通过外部充电机充电，储能单元输出的直流电经隔离二极管与三相AC/DC整流器整流后的直流母线直接相连，当三相交流电源输入的交流电出现电压暂降或失电后仍能够通过储能单元继续给三相DC/AC逆变器提供直流电源，保证负荷供电的连续性。三相DC/AC逆变器，由IGBT组成的逆变电路，将直流电逆变成交流电，经三相隔离变压器隔离后给负荷供电，三相静态开关是由可控硅元件组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制，其作用是实现从一路(主电路)到另一路(旁路)的自动切换，其切换动作速度极快，可达2ms以下。隔离变压器采用交流工频隔离变压器，实现交流的电气隔离，使设备稳定性能大大提高。本实用新型装置能为负载和本装置自身提供完善的隔离保护，从而更好的降低设备整流和逆变过程中带来的谐波分量，防止对电网形成污染，并对重要负载与电网辅助系统产生的瞬时干扰进行隔离。

如图3所示，单片机控制电路原理图，单片机型号为STM32F103RBT，单片机控制电路包括晶振、3.3V工作电源以及AD采样端口、驱动端口和通讯端口；其中，AN0、AN1、AN2为输出三相交流电流采样端口，实现对三相逆变器输出三相交流电流的实时采样；AN3、AN4、AN5为输出三相交流电压采样端口，实现对三相逆变器三相交流电压的实时采样；AN6、AN7、AN8为三相交流输入电压采样端口，实现对本实用新型电压暂降治理设备三相输入交流电压的实时采样；单片机的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6信号端用来控制三相逆变器中的六个IGBT模块，实现对逆变器三相交流输出电压和电流的控制；SCR1、SCR2、SCR3信号端用来控制三相静态开关的驱动信号，对静态开关的投入与退出控制，实现旁路输入和逆变单元输出回路的切换；单片机的485TX和485RX端口即为RS-485通讯接口，实现与外部监控系统的通讯，方便就地数据显示与参数设置，SPI-DI，SPI-DO，SPI-SCK为SPI通讯控制接口，实现单片机与人机交互界面的通讯。

如图4所示，为设备的检修模式，正常工作状态闭合CB_in和CB_out，使得AVSP串联在供电回路中，检修状态下，闭合CBB，断开CB_in和CB_out。

本实用新型电压暂降治理设备通过串联方式与负载连接，提供储能和旁路支撑功能，通常情况下市电经整流-逆变输出380V、50Hz标准正弦波，市电发生暂降时：如果暂降在75％～90％Ue之间，则电压暂降治理设备(AVSP)通过调制输出正常电压，暂降在0％～75％Ue之间则储能单元投入支撑，切换时间0ms，输出无扰动；储能单元耗尽或主电路损坏时(即主电路上的整流或逆变设备损坏时)，旁路投入支撑(旁路直接通过三相静态开关给负载供电)，旁路支撑切换时间＜1ms(即三相静态开关的切换时间＜1ms)，确保负载在电压暂降期间不间断运行。

本实用新型电压暂降治理设备的工作原理：当电网电压正常时，市电通过主电路给负载供电；当发生电压暂降时，蓄电池放电，通过隔离二极管后再通过逆变回路输出满足要求的三相电，给负载供电，从而保证负载不间断运行。

本实用新型电压暂降治理设备的实质就是在电源与负载之间加上本三相交流电压暂降保护设备，以使得负载设备可靠运行。电压暂降保护设备采用AC/AC解决方案，输入为交流市电，输出AC380V，保护范围为全电压范围内的暂降以及短时中断。

Claims (5)

1.一种基于三相交流电源的电压暂降治理设备，其特征在于：包括两条交流输入回路，分别为主电路和旁路，两条交流输入回路相互并联；两条交流输入回路的输入端连接三相交流电源；主电路上设有三相PFC装置、三相整流器、三相逆变器和三相隔离变压器，三相交流电源经三相PFC装置进行功率因数校正后，再经过三相整流器整流后与三相逆变器相连，三相逆变器的输出端与三相隔离变压器相连，三相隔离变压器经过三相静态开关后与负荷相连；旁路通过旁路断路器连接三相静态开关，旁路的三相交流电源通过三相静态开关与负载连接；还包括直流输入回路，直流输入回路的输入端为储能单元，储能单元的输出端通过隔离二极管与三相整流器的直流母线相连。

2.根据权利要求1所述的基于三相交流电源的电压暂降治理设备，其特征在于：还包括单片机控制电路，单片机控制电路分别与三相逆变器的驱动端和三相静态开关的驱动端相连。

3.根据权利要求2所述的基于三相交流电源的电压暂降治理设备，其特征在于：还包括人机交互界面，单片机控制电路通过SPI通讯接口与人机交互界面连接。

4.根据权利要求2所述的基于三相交流电源的电压暂降治理设备，其特征在于：单片机控制电路采用的单片机型号为STM32F103RBT；其中，AN0、AN1、AN2为输出三相交流电流采样端口，AN3、AN4、AN5为输出三相交流电压采样端口；AN6、AN7、AN8为三相交流输入电压采样端口，PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6信号为三相逆变器中六个IGBT模块的驱动控制信号输出端口；SCR1、SCR2、SCR3信号为三相静态开关的驱动控制信号输出端口；485TX和485RX端口为单片机的RS-485通讯接口，单片机控制电路通过RS-485通讯接口与外部监控上位机相连。

5.根据权利要求2所述的基于三相交流电源的电压暂降治理设备，其特征在于：主电路的输入端和输出端分别设有输入断路器和输出断路器，直流输入回路的输入端也设有直流输入断路器。