专利名称：电流补偿型交流稳压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流稳压装置。
背景技术：
目前，电网中的动态电能质量问题主要包括电压跌落、电压浪涌以及瞬时供电中断。电压跌落问题己成为影响电力设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题之一。 在现代工业生产中，电压跌落引起厂家的产品质量下降，甚至导致全厂生产过程中断，从而 造成巨大的经济损失。在新能源发电中，电压跌落将引起发电机组过压、过流和超速，使发 电场大面积切机，严重时甚至导致电网崩溃。除此之外，稳态电压下降问题在很多大中型生产企业也十分严重。因长距离输配 电和用电过载导致末端电压下降，大量电机冲击起动导致供电电压降低，这些由于配电侧 引起的电压下降问题严重制约企业的工作效率，干扰正常的生产秩序，影响产品质量并带 来质量隐患。因此如何抑制电压跌落对敏感电力用户的干扰、提高新能源发电场对电压跌 落的适应能力和改善配电系统的电压质量，己成为摆在电力研究人员面前十分迫切的问 题。
发明内容
本发明为了解决现有电网中存在的动态电压跌落、稳态电压下降等电压质量差所 引起的问题，而提出电流补偿型交流稳压装置。电流补偿型交流稳压装置，它包括交流开关模块、阻抗网络模块、无功发生补偿模 块和控制模块；所述交流开关模块由三个相同的单相交流开关组成；所述阻抗网络模块由 三个相同的阻抗单元组成；所述交流开关模块、阻抗网络模块和无功发生补偿模块均分别 装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述阻抗网络模块的三个相同的阻抗单元 分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个单相交流开关与一 个阻抗单元并联连接；所述无功发生补偿模块并联在三相电力母线上，所述控制模块的六 路开关控制信号输出端与交流开关模块的六路开关控制信号输入端相连，所述控制模块的 六路无功发生控制信号输出端与无功发生补偿模块的六路无功发生控制信号输入端相连。本发明有效地消除了因电网中存在的动态电压跌落、稳态电压下降所引起的问 题。本发明具有如下优点；1、通过采用电流补偿的方式实现稳压，不但提高了装置的可靠 性，还降低装置成本；2、无功发生补偿模块3的投入可给电网提供无功支撑；3、通过采用不 对称电流补偿方式，可抑制电压不平衡；4、在三相电力母线上串联阻抗网络模块2可吸收 暂态能量，抑制冲击电流，保护电力设备的安全运行；5、通过串联阻抗网络模块2和无功发 生补偿模块3配合可动态调节末端电压。本发明可广泛适用于对风力发电系统以及电压质 量要求较高的场合。
图1为具体实施方式
一的结构示意图；图2为具体实施方式
八的结构示意图；图3 为本发明所述装置提升电压时电网侧相电压的波形图；图4为本发明所述装置提升电压时 负载侧相电压的波形图；图5为本发明所述装置提升电压时阻抗网络模块2两端压降的波 形图；图6为本发明所述装置提升电压时线路电流的波形图；图7为本发明所述装置实现 稳态功能时电网侧相电压的波形图；图8为本发明所述装置实现稳态功能时负载侧相电压 的波形图；图9为本发明所述装置实现稳态功能时阻抗网络模块2两端压降的波形图；图 10为本发明所述装置实现稳态功能时线路电流的波形图；图11为本发明所述装置采用自 然换流方式闭合交流开关模块1时电网侧相电压的波形图；图12为本发明所述装置采用自 然换流方式闭合交流开关模块1时负载侧相电压的波形图；图13为本发明所述装置采用自 然换流方式闭合交流开关模块1时阻抗网络模块2两端压降的波形图；图14为本发明所述 装置采用自然换流方式闭合交流开关模块1时线路电流的波形图；图15为为了减小交流开 关模块1闭合时的冲击电流采用软闭合的控制方式时电网侧相电压的波形图；图16为为了 减小交流开关模块1闭合时的冲击电流采用软闭合的控制方式时阻抗网络模块2两端压降 的波形图；图17为为了减小交流开关模块1闭合时的冲击电流采用软闭合的控制方式时通 过交流开关模块1的电流的波形图；图18为为了减小交流开关模块1闭合时的冲击电流采 用软闭合的控制方式时通过阻抗网络模块2的电流的波形图；图19为为了减小交流开关模 块1闭合时的冲击电流采用软闭合的控制方式时负载侧电流的波形图；图20为当电网电压 跌落时，本发明所述装置向电网提供无功功率的曲线图；图21为本发明所述装置应用于风 力发电中，当电压跌落时进行补偿时的电网侧相电压波形示意图，图22为本发明所述装置 应用于风力发电中，当电压跌落时进行补偿时的风力发电机机端电压波形示意图，图23为 本发明所述装置应用于风力发电中，当电压跌落时进行补偿时的阻抗网络模块2两端压降 的波形示意图，图24为本发明所述装置应用于风力发电中，当电压跌落时进行补偿时的风 力发电机定子电流波形示意图，图25为本发明所述装置应用于风力发电中，当电压跌落时 进行补偿时的风力发电机转速示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式包括交流开关模块1、阻 抗网络模块2、无功发生补偿模块3和控制模块4 ；所述交流开关模块1由三个相同的单相 交流开关11组成；所述阻抗网络模块2由三个相同的阻抗单元21组成；所述交流开关模 块1、阻抗网络模块2和无功发生补偿模块3均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力 母线上；所述阻抗网络模块2的三个相同的阻抗单元21分别串接在三相电力母线的A相母 线、B相母线和C相母线上；所述每个单相交流开关11与一个阻抗单元21并联连接；所述 无功发生补偿模块3并联在三相电力母线上，所述控制模块4的六路开关控制信号输出端 与交流开关模块1的六路开关控制信号输入端相连，所述控制模块4的六路无功发生控制 信号输出端与无功发生补偿模块3的六路无功发生控制信号输入端相连。
具体实施方式
二 结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不同 点在于它还增加了多个交流开关模块1和多个阻抗网络模块2 ；所述多个交流开关模块1 的结构和装设方式均相同；所述 多个阻抗网络模块2的结构和装设方式均相同；所述每个交流开关模块1由三个相同的单相交流开关11组成；所述每个阻抗网络模块2由三个相同 的阻抗单元21组成；所述多个交流开关模块1和多个阻抗网络模块2均分别装设在电网侧 和负载侧之间的三相电力母线上；所述每个阻抗网络模块2的三个相同的阻抗单元21分别 串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个交流开关模块1的每个 单相交流开关11与一个阻抗单元21并联连接。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同点在于它还增加了多个交流开关模块1、多个阻抗网络模块2和多个无功发生补偿模块3 ；所述多个交流开关模块1的 结构和装设方式均相同；所述多个阻抗网络模块2的结构和装设方式均相同；所述多个无 功发生补偿模块3的结构和装设方式均相同；所述每个交流开关模块1由三个相同的单相 交流开关11组成；所述每个阻抗网络模块2由三个相同的阻抗单元21组成；所述多个交流 开关模块1、多个阻抗网络模块2和多个无功发生补偿模块3均分别装设在电网侧和负载侧 之间的三相电力母线上；所述每个阻抗网络模块2的三个相同的阻抗单元21分别串接在三 相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个交流开关模块1的每个单相交流 开关11与一个阻抗单元21并联连接；所述每个无功发生补偿模块3并联在三相电力母线 上。其它组成和连接方式与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一、二或三不同点在于交流开关模块1的单相交流开关11采用双向晶闸管式交流开关。其 它组成和连接方式与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四不 同点在于无功发生补偿模块3采用有源无功发生补偿模块或无源无功发生补偿模块。其它 组成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六 本实施方式与具体实施方式
四的不同点在于无功发生补偿 模块3由三个相同的单相无功补偿单元31组成；所述三个相同的单相无功补偿单元31的 连接方式采用三相角接的连接方式或星接的连接方式。其它组成和连接方式与具体实施方 式四相同。
具体实施方式
七结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四不同点在于所述单相交流开关11由第一晶闸管KGl和第二晶闸管KG2组成；所述第一晶 闸管KGl的阳极与第二晶闸管KG2的阴极相连，第一晶闸管KGl的阴极与第二晶闸管KG2 的阳极相连；所述第一晶闸管KGl的阳极和第一晶闸管KGl的阴极即为单相交流开关11的 两个接线端；所述第一晶闸管KGl的门极和第二晶闸管KG2的门极即为交流开关模块1的 两路开关控制信号输出端。其它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四的不同点在于阻抗网络模块2的阻抗单元21由电阻R和第一电感Ll组成；所述电阻R 的一端与第一电感Ll的一端相连，所述电阻R的另一端和第一电感Ll的另一端即为阻抗 单元21的两个接线端。其它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
九结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
四不同点在于所述无功发生补偿模块3的单相无功补偿单元31由电容C、第二电感L2、第 三晶闸管KG3和第四晶闸管KG4组成；所述第二电感L2的一端同时与第三晶闸管KG3的阴极和第四晶闸管KG4的阳极相连；第三晶闸管KG3的阳极同时与第四晶闸管KG4的阴极和 电容C的一端相连；所述电容C的另一端和第二电感L2的另一端即为单相无功补偿单元31 的两个接线端，所述第三晶闸管KG3的门极和第四晶闸管KG4的门极即为无功发生补偿模 块3的两路无功发生控制信号输入端。其它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十 本实施方式与具体实施方式
四不同点在于交流开关模块1 的单相交流开关11采用由半导体器件和机械开关组成的复合开关。其它组成和连接方式 与具体实施方式
四相同。本发明的工作原理
参见图1，当控制模块4检测到电网电压异常时，控制交流开关模块1处于断开状 态，阻抗网络模块2串联投入，同时控制模块4控制无功发生补偿模块3发出无功功率，当 流经阻抗网络模块2的阻抗单元21后形成压降，提升了电压水平；当控制模块4检测到电 网电压正常时，控制交流开关模块1处于闭合状态，电网侧和负载侧正常连接，同时控制模 块4根据无功补偿的需要控制无功发生补偿模块3投入相应的无功功率。无功发生补偿模块3可以采用三相角接的晶闸管投切电容器(TSC)，并根据电压 水平和功率因数状况通过电容分组投切实现电压的分级调节。无功发生补偿模块3也可以 是其它形式的动态无功补偿装置，如无源型的SVC或有源型的SVG。交流开关模块1断开使阻抗网络模块2投入后，无功发生补偿模块3的投入将使 阻抗网络模块2流过一定的无功电流，该无功电流在阻抗网络模块2上形成压降，从而使得 在电网电压跌落或下降时提升电网机端电压到合适的水平。参见图3至图6，图3至图6表 述的为提升电压的波形图，图3为电网侧电压的波形图、图4为负载侧电压的波形图、图5 为阻抗单元两端压降的波形图和图6为线路电流的波形图。由图3至图6可见，本发明具 有明显的电压提升能力；通过无功发生补偿模块3发出无功功率，在串联阻抗网络模块2上 形成压降，从而达到稳态功能。参见图7至图10，当电网侧电压由小变大时，无功发生补偿 模块3发出的无功电流随之变小，同时保持负载侧电压基本保持不变，实现稳压功能。参见图11至图14，给出了本发明采用自然换流方式闭合交流开关模块1的波形 图。当电网电压从异常到恢复正常时，交流开关模块1是断开的，阻抗网络模块2串联在电 网侧和负载侧之间，此时电网侧电压正常，负载侧电压也基本达到正常水平，二者的幅值相 差很小，但由于二者存在相位差，因此阻抗网络模块2上的压降也有一定的值。电压正常 后，各相开关在过零时刻导通闭合，尽量减小电流冲击，但由图14可见，在闭合瞬间，还是 存在较大的冲击电流。参见图15至图19，为了减小交流开关模块1闭合时的冲击电流，本发明提出软闭 合的控制方式，并给出了软闭合控制方法下的电网侧电压、阻抗网络模块2两端压降、通过 交流开关模块1的电流、通过阻抗网络模块2的电流和负载侧电流工作波形图。控制模块4 通过逐渐增大导通角的方式，使原来流过阻抗网络模块2的电流逐渐向交流开关模块1转 移，这样阻抗网络模块2两端的压降也就逐渐减小，当减小到零时完全闭合交流开关模块 1，使冲击减小到最低程度。参见图20，当电压跌 落时，随着电压的下降，本发明提供的无功电流越来越大，可 见，在以稳压为目标时，本装置向电网提供了大量的无功功率。本发明所述装置用于新能源风力发电中时，所采用的控制方式是当电网侧发生故障导致电压跌落时，控制模块4立即断开交流开关模块1，以接入阻抗网络模块2，同时根 据电压跌落情况投入无功发生补偿模块3 ；在电压跌落期间，控制模块4根据电压跌落程度 通过无功控制改善电网机端电压水平；当控制模块4检测到电网恢复正常后，闭合交流开 关模块1，切除阻抗网络模块2，恢复风力发电机组和电网之间的正常连接。上述在电网恢复正常后闭合交流开关模块1的方式是这样的为了减小闭合交流 开关模块1的电流和电压冲击，而采用变触发角控制三相交流开关软闭合的方式。由于在 闭合前时刻，风力发电机定子电流通过阻抗网络模块2，阻抗网络模块2两端就会有一定的 压降，如果直接合交流开关模块1，必将引起电流和电压冲击，从而对发电机和电网造成损 害。本装置逐渐减小交流开关模块1的可控硅的触发角，使流过阻抗网络模块2的电流向 交流开关模块1分流，同时阻抗网络模块2上的压降逐渐减小，最后减到足够小后全部导通 交流开关模块1，实现交流开关模块1的软闭合，最大限度的保证电网和发电机免受二次冲 击ο
参见图21至图25，给出了本发明应用于风力发电电压跌落的工作波形示意图，图 21为电网侧电压的波形示意图、图22为机端侧电压的波形示意图、图23为阻抗单元两端压 降的波形示意图、图24为定子电流的波形示意图和图25为电机转速的波形示意图，为了便 于观察稳压效果，假定电压跌落一段时间后缓慢恢复。当电压跌落后，由于阻抗网络模块2 和无功发生补偿模块3的配合控制，阻抗网络模块2两端压降随电压跌落程度进行变化，始 终保证机端电压在正常水平。当本发明所述装置投入后，定子电流运行平稳，且电机转速没 有较大的波动，实现低电压穿越，可较好的帮助风力发电机组在电网故障期间正常运行。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交 的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
电流补偿型交流稳压装置，其特征在于它包括交流开关模块(1)、阻抗网络模块(2)、无功发生补偿模块(3)和控制模块(4)；所述交流开关模块(1)由三个相同的单相交流开关(11)组成；所述阻抗网络模块(2)由三个相同的阻抗单元(21)组成；所述交流开关模块(1)、阻抗网络模块(2)和无功发生补偿模块(3)均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述阻抗网络模块(2)的三个相同的阻抗单元(21)分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个单相交流开关(11)与一个阻抗单元(21)并联连接；所述无功发生补偿模块(3)并联在三相电力母线上，所述控制模块(4)的六路开关控制信号输出端与交流开关模块(1)的六路开关控制信号输入端相连，所述控制模块(4)的六路无功发生控制信号输出端与无功发生补偿模块(3)的六路无功发生控制信号输入端相连。
2.根据权利要求1所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于它还包括多个交流开 关模块(1)和多个阻抗网络模块(2)；所述每个交流开关模块(1)由三个相同的单相交流 开关(11)组成；所述每个阻抗网络模块(2)由三个相同的阻抗单元(21)组成；所述多个交 流开关模块(1)和多个阻抗网络模块(2)均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母 线上；所述每个阻抗网络模块⑵的三个相同的阻抗单元(21)分别串接在三相电力母线的 A相母线、B相母线和C相母线上；所述每个交流开关模块(1)的每个单相交流开关(11)与 一个阻抗单元(21)并联连接。
3.根据权利要求1所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于它还包括多个交流开 关模块(1)、多个阻抗网络模块(2)和多个无功发生补偿模块(3)；所述每个交流开关模块 ⑴由三个相同的单相交流开关(11)组成；所述每个阻抗网络模块⑵由三个相同的阻 抗单元(21)组成；所述多个交流开关模块(1)、多个阻抗网络模块(2)和多个无功发生补 偿模块(3)均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上；所述每个阻抗网络模块 ⑵的三个相同的阻抗单元(21)分别串接在三相电力母线的A相母线、B相母线和C相母 线上；所述每个交流开关模块(1)的每个单相交流开关(11)与一个阻抗单元(21)并联连 接；所述每个无功发生补偿模块(3)并联在三相电力母线上。
4.根据权利要求1、2或3所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于交流开关模块(I)的单相交流开关(11)采用双向晶闸管式交流开关。
5.根据权利要求4所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于无功发生补偿模块(3)采用有源无功发生补偿模块或无源无功发生补偿模块。
6.根据权利要求4所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于无功发生补偿模块 (3)由三个相同的单相无功补偿单元(31)组成；所述三个相同的单相无功补偿单元(31) 的连接方式采用三相角接的连接方式或星接的连接方式。
7.根据权利要求4所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于所述单相交流开关(II)由第一晶闸管(KG1)和第二晶闸管(KG2)组成；所述第一晶闸管(KG1)的阳极与第二 晶闸管(KG2)的阴极相连，第一晶闸管(KG1)的阴极与第二晶闸管(KG2)的阳极相连；所述 第一晶闸管(KG1)的阳极和第一晶闸管(KG1)的阴极即为单相交流开关(11)的两个接线 端；所述第一晶闸管(KG1)的门极和第二晶闸管(KG2)的门极即为交流开关模块(1)的两 路开关控制信号输出端。
8.根据权利要求4所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于阻抗网络模块(2)的阻抗单元(21)由电阻(R)和第一电感(L1)组成；所述电阻(R)的一端与第一电感(L1)的 一端相连，所述电阻(R)的另一端和第一电感(L1)的另一端即为阻抗单元(21)的两个接线端。
9.根据权利要求4所述的电流补偿型交流稳压装置，其特征在于所述无功发生补偿模 块⑶的单相无功补偿单元(31)由电容(C)、第二电感(L2)、第三晶闸管(KG3)和第四晶 闸管(KG4)组成；所述第二电感(L2)的一端同时与第三晶闸管(KG3)的阴极和第四晶闸管 (KG4)的阳极相连；第三晶闸管(KG3)的阳极同时与第四晶闸管(KG4)的阴极和电容(C)的 一端相连；所述电容(C)的另一端和第二电感(L2)的另一端即为单相无功补偿单元(31) 的两个接线端，所述第三晶闸管(KG3)的门极和第四晶闸管(KG4)的门极即为无功发生补 偿模块(3)的两路无功发生控制信号输入端。
全文摘要
电流补偿型交流稳压装置，它涉及交流稳压装置。它为解决现有电网中存在的动态电压跌落、稳态电压下降等电压质量差的问题而提出。交流开关、阻抗网络和无功发生补偿模块均分别装设在电网侧和负载侧之间的三相电力母线上，阻抗网络模块的三个阻抗单元分别串接在三相电力母线的A、B和C相母线上；每个单相交流开关与一个阻抗单元并联连接；无功发生补偿模块并联在三相电力母线上；控制模块的六路开关控制信号输出端连交流开关的六路开关控制信号输入端；控制模块的六路无功发生控制信号输出端连无功发生补偿模块的六路无功发生控制信号输入端。本发明有效地消除了因电网中存在的动态电压跌落、稳态电压下降所引起的问题。本发明可广泛适用于对电压质量要求较高的场合。
文档编号G05F1/14GK101859157SQ20101023146
公开日2010年10月13日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者纪延超, 谭光慧 申请人:哈尔滨威瀚电气设备股份有限公司