专利名称：双向pwm斩波式动态无功补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电カ系统动态补偿无功功率的设备，具体涉及ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置。
背景技术：
动态补偿感性无功对于改善供电系统的电能质量、降低线损、降低变压器铜损和提高电网的经济可靠运行至关重要，目前广泛应用的三种动态无功补偿装置，晶闸管投切电容器(TSC)，晶闸管调节电抗器(TCR)以及无功发生器(STATC0M)都不同程度的存在着成本高、体积大和自生谐波等问题。对此，陈乐柱、王伟、查凡、葛宜俊发明的《斩波式无功动态补偿装置》专利(授权公告号CN 202034781 U，同样的发明创造同日申请发明专利)一定程度上降低了动态无功补偿装置的成本、体积和自生谐波，但是由于《斩波式无功动态补偿装置》中采用双向PWM斩波开关、滤波器和隔离变压器构造的交流调压器，造成三个缺陷(1)为释放隔离变压器电感在斩波开关截止时的能量而增加的续流斩波开关(VM0S或IGBT)，増加了成本及占地空间；(2)因斩波隔离变压器而自生的谐波，须使用滤波器滤除，由此增加了成本及占地空间；(3)因隔功率开关与补偿电容器的电连接而专设隔离变压器，不仅增加了成本，而且不能隔离高电压。
发明内容
技术问题本发明要解决的技术问题是，解决动态无功补偿装置成本高、体积大和自生谐波等技术难题，提供高性价比的动态无功补偿装置。技术方案本发明ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置，提出属于ー个总发明构思的ニ项相互关联的技术方案，用于低压电网动态无功补偿时，即可以采用方案一，亦可采用方案ニ ；用于高压电网动态无功补偿时，采用方案ニ。第一项ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置方案通过调节连接在电网上的三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)中功率开关的占空比，实现从零至最大范围内连续调节容性无功、自平滑斩波电压自滤除谐波和兼有滤除电网谐波等三个目的。第二项ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器方案通过调节连接在三个隔离变压器(3A、3B、3C) 二次侧的三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)中功率开关的占空比，实现从零至最大范围内的连续调节隔离变压器一次侧的容性无功、自平滑斩波电压自滤除谐波、隔离高电压和兼有滤除电网谐波等四个目的。第一项ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置方案，其特征是三相四线电源I的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相一端分别与对应的三相四线制电源I的A相、B相、C相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相另一端都与N线相连接。第二项ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器方案，其特征是三相四线电源I的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相一端分别与对应的三个隔离变压器(3A、3B、3C) 二次侧的每相一端相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相另一端分别与对应的三个隔离变压器(3A、3B、3C) 二次侧的每相另一端相连接，所述三个隔离变压器(3A、3B、3C)—次侧的每相一端分别与对应的三相四线制电源I的A相、B相、C相连接，三个隔离变压器(3A、3B、3C) —次侧的每相另一端都与N线相连接。本发明ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置和一种双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器中使用的三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的结构完全相同，有两种技术方案。1)关于双向PWM斩波电容方案一——整流型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)。其特征是斩波开关由ー只功率开关管(VM0S或IGBT) K1、ー个整流桥仏和ー个补偿电容G组成，功率开关管K1的源极(D)与整流桥仏的DCl+端相连接，功率开关管K7的漏极(S)与整流桥仏的DCl-端相连接，整流桥仏的ACl端为整流型双向PWM斩波电容的一端，整流桥D1的AC2端与补偿电容器G —端相连接，补偿电容器G另一端为整流型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的另一端。2)关于双向PWM斩波电容方案ニ——串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)，其特征是串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)由两只功率开关管K,、匕和一个补偿电容组成，功率开关管匕的漏极(D)与功率开关管匕的漏极(D)相连接,功率开关管Vj的源极(S)为串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的一端，功率开关管匕的源极(S )与补偿电容器C1 一端相连接，补偿电容器G另一端为串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的另一端。有益效果
本发明ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置与现有无功补偿装置相比，具有以下优
点
1)双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)不需要续流斩波开关，由此节省了续流斩波开关的成本和体积；
2)双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)具有自平滑斩波电压、自滤除谐波的功能，不需要滤波器，由此节省了滤波器的成本和体积；
3)双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)不需要隔离功率开关与补偿电容器之间的隔离变压器，由此节省了隔离变压器的成本和体积；
4)双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)兼有治理电网谐波的功能；
5)根据需要双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)可选用隔离或不隔离高电压的电连接。
图I为本发明双向PWM斩波式动态无功补偿装置原理 图2为本发明双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器原理 图3为整流型双向PWM斩波电容原理 图4为串联型双向PWM斩波电容原理图。图中三相四线电源1，感性无功负荷2，隔离变压器(3A、3B、3C)，双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)，固定补偿电容器C1,功率开关管V1，功率开关管V2,整流桥D1,整流桥D1的交流输入端ACl。整流桥D1的交流输入端AC2，整流桥D1的直流输出正极DC1+，整流桥D1的直流输出负极DC1-。
具体实施例方式參照附图详细说明两个技术方案的实施例。I) 一种双向PWM斩波式动态无功补偿装置方案实施例。由图I可知，本发明双向PWM斩波式动态无功补偿装置，由三相四线电源I的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相一端分别与对应的三相四线制电源I的A相、B相、C相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相另一端都与N线相连接。2)—种双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器方案实施例。由图2可知，本发明双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器，由三相四线电源I的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相一端分别与对应的三个隔离变压器(3A、3B、3C) 二次侧的每相一端相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相另一端分别与对应的三个隔离变压器(3A、3B、3C) 二次侧的每相另一端相连接，所述三个隔离变压器(3A、3B、3C)—次侧的每相一端分别与对应的三相四线制电源I的A相、B相、C相连接，三个隔离变压器(3A、3B、3C) —次侧的每相另一端都与N线相连接。本发明ー种双向PWM斩波式动态无功补偿装置和一种双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器中使用的三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的结构完全相同，有两种技术方案实施例，參照图3、图4说明两种技术方案实施例。I)整流型双向PWM斩波电容实施例。由图3可知，整流型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)。其特征是斩波开关由ー只功率开关管(VM0S或IGBT) K1、ー个整流桥仏和ー个补偿电容G组成，功率开关管V1的源极(D)与整流桥仏的DCl+端相连接，功率开关管K7的漏极(S)与整流桥仏的DCl-端相连接，整流桥仏的ACl端为整流型双向PWM斩波电容的一端，整流桥仏的AC2端与补偿电容器G—端相连接，补偿电容器G另一端为整流型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的另一端。2)串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)实施例。由图4可知，串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)由两只功率开关管K7、匕和一个补偿电容组成，功率开关管K7的漏极(D)与功率开关管匕的漏极(D)相连接，功率开关管Vj的源极(S)为串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的一端，功率开关管匕的源极(S)与补偿电容器G —端相连接，补偿电容器G另一端为串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的另一端。
权利要求
1.本发明一种双向PWM斩波式动态无功补偿装置方案，其特征是三相四线电源I的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C) 的每相一端分别与对应的三相四线制电源I的A相、B相、C相连接，三个双向PWM斩波电容 (4A、4B、4C)的每相另一端都与N线相连接。
2.本发明一种双向PWM斩波式动态无功补偿装置增设隔离变压器方案，其特征是三相四线电源I的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相一端分别与对应的三个隔离变压器(3A、3B、3C) 二次侧的每相一端相连接，三个双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的每相另一端分别与对应的三个隔离变压器 (3A、3B、3C) 二次侧的每相另一端相连接，所述三个隔离变压器(3A、3B、3C)—次侧的每相一端分别与对应的三相四线制电源I的A相、B相、C相连接，三个隔离变压器(3A、3B、3C) — 次侧的每相另一端都与N线相连接。
3.本发明权力要求I和权力要求2中使用的双向PWM斩波电容属于整流型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)，其特征是整流型双向PWM斩波电容由一只功率开关管(VMOS或IGBT) K,、一个整流桥见和一个补偿电容组成，功率开关管Vj的源极(D)与整流桥A的正极(+ ) 相连接，功率开关管Vj的漏极(S)与整流桥A的负极(_)相连接，整流桥4的ACl端为整流型双向PWM斩波电容的一端，整流桥A的AC2端与补偿电容器G —端相连接，补偿电容器G另一端为整流型双向PWM斩波电容的另一端。
4.本发明权力要求I和权力要求2中使用的双向PWM斩波电容属于串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)，其特征是串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)由两只功率开关管K,、 匕和一个补偿电容组成，功率开关管K7的漏极(D)与功率开关管匕的漏极(D)相连接，功率开关管Vj的源极(S)为串联型双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)的一端，功率开关管V2的源极(S)与补偿电容器C1 一端相连接，补偿电容器C1另一端为串联型双向PWM斩波电容(4A、 4B、4C)的另一端。
全文摘要
本发明提供一种双向PWM斩波式动态无功补偿装置，属于电力系统的电能质量控制技术领域的设备。其特征是由一种双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)连接在三相四线电网上，通过调节双向PWM斩波电容(4A、4B、4C)中功率开关的占空比，实现从零至最大范围内连续调节容性无功功率。本发明的有益效果是比斩波式动态无功补偿装置节省了续流功率开关、滤波器和隔离功率开关与固定补偿电容器的变压器，增加了自平滑斩波电压自滤除谐波、兼有滤除电网谐波和隔离高电压等三项功能，使动态无功补偿装置的性价比更高、体积更小。
文档编号H02J3/18GK102624003SQ20121002211
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者樊远征 申请人:樊远征, 苏沁阳