专利名称：一种三相四线制系统动态无功发生器电路的制作方法
技术领域：
本发明属于动态无功功率补偿技术领域，特别是提供了一种三相四线制系统的 动态无功发生器电路。
技术背景无功平衡对提高电网的经济效益和改善供电质量至关重要，特别是对于低压配 电系统中，以非线性整流负载及大量的感性负载为主，日负荷变化频繁，要求大量 快速响应的可调无功功率来补偿负荷需要，维持系统无功平衡，保证系统运行在高 功率因数状态下，减少损耗，提高系统的运行效率。本发明提供了一种三相四线制系统的动态无功发生器主电路拓扑，它由一组三 相无源元件， 一端接于系统母线，另一端与三相四桥臂逆变器输出相连而构成，通 过调节逆变器的输出电压，改变无源元件两端的电压降来实现连续调节输入到系统 的无功电流的目的，不但具有无功功率的连续可调、响应速度快等优点，还克服了 相控补偿装置注入系统谐波大的缺点，无需增加额外的滤波装置，提高了系统可靠 性。发明内容本发明的目的在于提供一种三相四线制系统的动态无功发生器电路，用于低压 配电系统的动态无功补偿。它基于逆变器输出电压连续可调技术实现容性、感性无 功功率的快速连续调节，与传统的无功补偿结构一般只能实现感性无功功率连续可 调，而容性无功功率只能实现分级调节，比传统TCR加固定电容器补偿结构具有 更理想的综合性能。本发明提出的一种三相四线制系统的动态无功发生器，包括三相四桥臂逆变器l、补偿切换开关2、三相无源补偿元件3、系统接入开关4。三相四桥臂逆变器1由八个IGBT器件及其反并联二极管组成的四个桥臂(Sa、 Sb、 Sc、 Sn)、直流电容Cd和输出电感(LA、 LB、 Lc、 LN)构成。每个桥臂由上下 两个IGBT及其反并联二极管串联而成，两个IGBT的连接点为桥臂输出端。四个桥 臂上下端点分别连接到一起，形成三相四桥臂变流器的直流母线，上端母线为正极 母线，下端母线为负极母线。直流电容Cd按照电容极性连接在正极母线和负极母 线之间。每个桥臂的输出端连接到各自的输出电感一端，通过输出电感另一端输出 构成了三相四桥臂逆变器1的输出端。三相四桥臂逆变器1的A、 B、 C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关2。 一路连接到补偿切换开关2的固定电容切换开关KM1支路，另一路连接到补偿切 换开关2的固定电感切换开关KM2支路。三相四桥臂逆变器l的中性线输出端直接与系统的中性线相连。KM1支路输出连接到三相无源补偿元件3的固定电容FC支路，KM2支路输出 连接到三相无源补偿元件3的固定电感FL支路。三相无源补偿元件3的固定电容FC支路和固定电感FL支路在输出端连接到一 起构成三相无源补偿元件3的输出端。三相无源补偿元件3的输出端连接到系统接入开关4，系统接入开关4的输出 接入三相四线制系统。所述的三相四桥臂逆变器的设计容量小于整个无功发生器的无功补偿容量，从 而降低整体成本，提高可靠性；通过调节三相四桥臂逆变器的输出电压，改变无源 元件两端的电压降来实现连续调节输入到系统的无功电流的目的。本发明电路能实现对低压系统各相无功的解藕控制和分相补偿。本发明电路通过连接到中性线的桥臂实现零序电流控制。本发明提出的三相四线制系统的动态无功功率发生器的工作原理为，通过基于 DSP (数字信号处理器)、采用SPWM (正弦波脉宽调制)控制策略的控制电路实 现动态无功功率控制。控制电路采样系统电压，锁相处理后作为同步信号和调制正 弦波信号，调制正弦波信号与DSP产生的高频三角波信号进行比较，产生SPWM 脉冲输出到三相四桥臂逆变器的对应控制端实施控制。通过控制调制正弦波信号幅值的大小，使得三相四桥臂逆变器的输出电压在0 f/n ([/n为系统额定电压)之间变化，实现无功功率0 最大容性无功或感性无功范国内调节。本发明的优点在于能实现容性无功和感性无功的连续可调，响应速度快、可 靠性高，在无需额外滤波装置的条件下，注入系统的谐波满足国家标准要求；通过 控制补偿切换开关进行感性无功补偿和容性无功补偿之间的切换，保证动态无功发 生器在全容量范围内实现无功补偿，还能用设计容量较小的逆变器实现大容量的无 功调节，提高了可靠性和经济性。
图1为本发明的一种三相四线制系统的动态无功功率发生器的电路结构图。其 中，三相四桥臂逆变器l、补偿切换开关2、三相无源补偿元件3、系统接入开关4。
具体实施方式
本发明提出的一种三相四线制系统的动态无功功率发生器如附图l所示，由三 相四桥臂逆变器l、补偿切换开关2、三相无源补偿元件3、系统接入开关4组成。三相四桥臂逆变器1由八个IGBT器件及其反并联二极管组成的四个桥臂(SA、 SB、 Sc、 Sn)、直流电容Cd和输出电感(LA、 LB、 Lc、 Ln)构成。每个桥臂由上下 两个IGBT及其反并联二极管串联而成，两个IGBT的连接点为桥臂输出端。四个桥臂上下端点分别连接到一起，形成三相四桥臂变流器的直流母线，上端母线为正极 母线，下端母线为负极母线。直流电容Cd按照电容极性连接在正极母线和负极母 线之间。每个桥臂的输出端连接到各自的输出电感一端，通过输出电感另一端输出 构成了三相四桥臂逆变器1的输出端。三相四桥臂1的A、 B、 C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关2。 一路连 接到补偿切换开关2的固定电容切换开关KM1支路，另一路连接到补偿切换开关2 的固定电感切换开关KM2支路。三相四桥臂1的中性线输出端直接与系统的中性 线相连。KM1支路输出连接到三相无源补偿元件3的固定电容FC支路，KM2支路输出 连接到三相无源补偿元件3的固定电感FL支路。三相无源补偿元件3的固定电容FC支路和固定电感FL支路在输出端连接到一 起构成三相无源补偿元件3的输出端。三相无源补偿元件3的输出端连接到系统接入开关4，系统接入开关4的输出 接入三相四线制系统。
权利要求
1、一种三相四线制系统动态无功发生器电路，其特征在于由三相四桥臂逆变器(1)、补偿切换开关(2)、三相无源补偿元件(3)、系统接入开关(4)组成；四个桥臂上下端点分别连接到一起，形成三相四桥臂变流器的直流母线，上端母线为正极母线，下端母线为负极母线；直流电容Cd按照电容极性连接在正极母线和负极母线之间；每个桥臂的输出端连接到各自的输出电感一端，通过输出电感另一端输出构成了三相四桥臂逆变器(1)的输出端；三相四桥臂(1)的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关(2)；KM1支路输出连接到三相无源补偿元件(3)的固定电容FC支路，KM2支路输出连接到三相无源补偿元件(3)的固定电感FL支路；三相无源补偿元件(3)的固定电容FC支路和固定电感FL支路在输出端连接到一起构成三相无源补偿元件(3)的输出端；三相无源补偿元件(3)的输出端连接到系统接入开关(4)，系统接入开关(4)的输出接入三相四线制系统。三相四桥臂逆变器通过电容和电感接入系统，实现对系统的动态无功补偿作用。
2、 按照权利要求l所述的电路，其特征在于所述的三相四桥臂逆变器(1)由 八个IGBT器件及其反并联二极管组成的四个桥臂SA、 SB、 Sc、 Sn、直流电容Cd和 输出电感LA、 LB、 Lc、 Ln枸成；每个桥臂由上下两个IGBT及其反并联二极管串联 而成，两个IGBT的连接点为桥臂输出端。
3、 按照权利要求l所述的电路，其特征在于所述的三相四桥臂逆变器(1)的 A、 B、 C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关(2)是指一路连接到补偿切换开 关(2)的固定电容切换开关KM1支路，另一路连接到补偿切换开关(2)的固定电 感切换开关KM2支路；三相四桥臂(1)的中性线输出端直接与系统的中性线相连。
4、 按照权利要求l所述的电路，其特征在于所述的三相四桥臂逆变器的设计 容量小于整个无功发生器的无功补偿容量，通过调节三相四桥臂逆变器的输出电压， 改变无源元件两端的电压降来实现连续调节输入到系统的无功电流的目的。
5、 按照权利要求l所述的电路，其特征在于该电路能实现对低压系统各相无功的解藕控制和分相补偿。
6、 按照权利要求l所述的电路，其特征在于该电路通过连接到中性线的桥臂实现零序电流控制。
全文摘要
一种三相四线制系统动态无功发生器电路，属于动态无功功率补偿技术领域。由三相四桥臂逆变器(1)、补偿切换开关(2)、三相无源补偿元件(3)、系统接入开关(4)组成；四个桥臂上下端点分别连接到一起，三相四桥臂(1)的A、B、C三相输出端分为两路连接到补偿切换开关(2)。三相四桥臂逆变器通过电容和电感接入系统，实现对系统的动态无功补偿作用。本发明的优点在于能实现容性无功和感性无功的连续可调，响应速度快、可靠性高，在无需额外滤波装置的条件下，注入系统的谐波满足国家标准要求；通过控制补偿切换开关进行感性无功补偿和容性无功补偿之间的切换，保证动态无功发生器在全容量范围内实现无功补偿。
文档编号H02J3/18GK101252282SQ20081010388
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者单任仲, 孙建军, 尚卫东, 尹忠东, 张昌银, 查晓明, 黄中华 申请人:华北电力大学;河南省电力公司开封供电公司