一种串联型电压补偿拮抗装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种串联型电压补偿拮抗装置，包括DSP单元、电子开关和补偿拮抗单元，本装置串联在系统电源与敏感负荷之间。系统电源电压正常时，装置中的电子开关常闭，其接触电阻接近于零，故装置在线路中不会引起负载侧电压降低。补偿拮抗单元由启动单元、功率矩阵与逆变单元、储能单元组成。DSP单元实时在线监测系统电源，一旦监测到电压暂降或扰动，DSP单元发出指令，电子开关断开，补偿拮抗单元自动投入运行，电压恢复常态，DSP单元指令电子开关闭合，补偿拮抗单元退出运行。本装置结构紧凑占地面积小，无需电池，可靠性好低维修，电能效率高于99％，电压响应快和补偿时间<2毫秒，系统电源瞬间故障不会造成大面积停电。
【专利说明】一种串联型电压补偿拮抗装置【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种串联型电压补偿拮抗装置，具体地说涉及一种串联在系统电源与敏感负荷之间，能在系统电源发生电压暂降或扰动事故时给予电压补偿的装置，属于交流干线或交流配电网络的电路装置【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电压暂降，又称电压骤降、电压凹陷或电压跌落，按照电气与电子工程师协会IEEE的定义，是指工频条件下电压均方根值减小到0.1~0.9倍额定电压之间、持续时间为0.5周波(以我国工频50HZ算，I周波是20毫秒)至I分钟的短时间电压变动现象。电压暂降的幅值、持续时间和相位跳变是标称电压暂降的最重要的三个特征量。
[0003]电压暂降或电压扰动对生产可造成严重影响，电压暂降将使用电的设备停止工作，或引起所生产产品质量下降。而电压暂降或扰动影响的严重性则随用电设备的特性而异。一般而言，工业过程设备对电压暂降或扰动特别敏感，因为设备内任何一个元件由于电源出现问题都会使整个流程停止运转。这些工业设备涉及汽车、半导体、太阳能光伏、塑料、石化、纺织、光纤、饮料乳业、移动通信等领域，常受电压暂降或扰动影响的重要设备有冷却装置控制、直流电机驱动、可编程逻辑控制器(PLC)、机械装置、可调速驱动装置等。
[0004]现有的几种电压暂降方案:
[0005]1.新建专用变电站:投资巨大，而且只能一定程度上改善电压跌落，不能从根本上避免。
[0006]2.不间断电源UPS:是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。能适应短时停电，用于小于80~IOOkW的小容量用户；大容量时，投资大，占地大，损耗大，运行维护费用大，因此极少应用。
[0007]3.静态转换开关SSTS:静态转换开关需具备快速断开的能力；需特殊设计或爆炸式开关；无法速断短路电流(取决于机械开关固有时间)>50ms ;需与机械开关配合，结构及控制较为复杂；机械开关寿命短，不适合电源切换频繁的用户。
[0008]4.近些年出现了有采用串联型、并联型电压暂降补偿装置解决电压暂降、扰动等问题，但是在串联型电压暂降补偿装置接入电路后，电流在补偿装置上产生压降，造成线路损耗，负载电压降低，且补偿装置大部分处在待机状态，使用效率很低。
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的是为了解决现有交流干线或交流配电网络系统的电路电压暂降的不足，而提供一种无阻抗、低压降、无电池、补偿电压时无移动机械零件、低维修需求的串联型电压补偿拮抗装置。
[0010]为了达到上述的目的，本实用新型采取的技术方案是:提供一种串联型电压补偿拮抗装置，串联在系统电源与敏感负荷之间；所述的补偿拮抗装置包括DSP单元、电子开关和补偿拮抗单元，所述的DSP单元、电子开关和补偿拮抗单元三者并联连接，DSP单元还分别与电子开关和补偿拮抗单元连接；所述的补偿拮抗单元由启动单元、功率矩阵与逆变单元、储能单元串接而成。
[0011]所述的补偿拮抗单元的电路中，启动单元一端接系统电源，另一端接功率矩阵和逆变单元，所述的功率矩阵和逆变单元由大功率IGBT及驱动控制器组成，所述的储能单元由电容矩阵组成。
[0012]本实用新型的电压补偿拮抗装置串联在系统电源与敏感负荷之间。所述的电子开关在系统电源电压正常时保持常闭，其阻抗接近于零；所述的DSP单元实时在线监测系统电源电压，当系统电源出现电压暂降或扰动时，由DSP单元分别发出指令，电子开关断开，补偿拮抗单元自动投入运行；当系统电源电压恢复正常时，电子开关闭合，补偿拮抗单元自动退出运行。
[0013]本实用新型串联型电压补偿拮抗装置，所述的补偿拮抗单元的电路中，启动单元用于接入系统电源，起到给功率矩阵与逆变单元中功率矩阵充电的作用，建立直流电压，启动单元的动作由DSP单元控制；所述的功率矩阵和逆变单元由大功率IGBT及驱动控制器组成，每一个功率单元均可独立运行，用于把接入的交流电能变成直流电能进行存储，再通过逆变单元将直流电能转换成以PWM波(占空比可变的脉冲波形)形式输出的交流电能，根据系统要求保持装置输出口电压稳定；所述的补偿拮抗单元中储能单元采用了电容矩阵，从电网中吸取能量来产生必需的补偿电压。在电路系统正常时，从电路系统中输入电能存储起来，当系统电压波动并达到设定保护定值时，由功率矩阵和逆变单元中的逆变模块将存储单元的直流电能转换成工频电能输出，以达到电压补偿拮抗的目的。同时，由于装置中没有使用电池延迟电力保护时间，因此使用本装置无需考虑电池维修和污染问题，是一种绿色环保的电压补偿拮抗装置。
[0014]本实用新型串联型电压补偿拮抗装置，所说的DSP单元为通常所指的数字信号处理器控制单元，DSP单元对电压暂降或扰动的检测采用dqo变换方法，该方法是把abc坐标系变换到同步旋转的dqo坐标系下，其变换矩阵是时变三角矩阵，能用于任意非正弦、非对称的三相电路。本实用新型串联型电压补偿拮抗装置的电压暂降或扰动补偿控制是采用非线性的模糊控制，即采用跌落前电压补偿策略，将负荷侧电压恢复到跌落前水平，随着储能单元电压降低，调制比上升到预定值时，补偿拮抗单元采用渐进式相位旋转方式过渡到最小能量补偿的方式，而当补偿的参考电压大于补偿拮抗单元的额定电压时，则过渡到同相位补偿方式。
[0015]本串联型电压补偿拮抗装置有标准型装置和增强型装置两种，性能如下:
[0016]⑴、单相降至额定电压0%的电压暂降，装置提供保护5秒钟
[0017]两相降至额定电压30%的电压暂降，装置提供保护5秒钟
[0018]三相降至额定电压50%的电压暂降，装置提供保护5秒钟
[0019]三相降至额定电压0%的电压暂降:标准型装置保护持续50毫秒；增强型装置保护持续200毫秒
[0020]⑵、100%额定电压的正弦波输出
[0021](3)、电压暂降或扰动响应和补偿时间〈2毫秒
[0022]⑷、电能效率高于99%、节能降耗
[0023](5)、过载能力:150% 30 秒，400% 5 秒，600% 0.5 秒[0024](6)、保护覆盖范围完全满足并超过SEMI F47、IEC61000-4-34等标准
[0025]本串联型电压补偿拮抗装置与现有技术相比具有如下优点:
[0026]1.使用本装置串联在电路中，由于系统电源电压正常时，电子开关保持常闭，其接触电阻接近于零，而DSP单元和补偿拮抗单元与电子开关三者并联连接，因此不会增加线路阻抗，不会引起负载侧电压明显降低。
[0027]2.本装置的补偿拮抗单元中储能单元采用了电容矩阵，从电网中吸取能量来产生必需的补偿电压，因此装置中没有使用电池延迟电力保护时间，使用本装置无需考虑电池维修和污染问题，是一种绿色环保的电压补偿拮抗装置。
[0028]3.本装置采用了 DSP单元负责对系统电源电压暂降检测，采用dqo变换方法检测，一旦发生电压暂降或扰动，电压补偿响应快和补偿时间〈2毫秒，系统电源瞬间故障不会造成大面积停电。
[0029]4.本串联补偿拮抗装置结构紧凑、占地面积小，电压补偿时没有移动机械零件，因此装置的维护需求非常低。本装置运行安全可靠，电能效率高于99%、节能降耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型一种串联型电压补偿拮抗装置结构方框图。
[0031]图2为本实用新型一种串联型电压补偿拮抗装置结构电连接示意图。
[0032]图3为本实用新型应用的一个实施例电连接示意图。
[0033]上述图中:1一DSP单兀；2—电子开关；3—补偿拮抗单兀；4一启动单兀；5—功率矩阵与逆变单元；6—储能单元；7—系统电源；8—敏感负荷；10 — IOKV母线；11一 IOKV降压变压器；12— 400V母线。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。
[0035]实施例1:本实用新型提供的一种串联型电压补偿拮抗装置，其结构如图1、2所示，从图1中明显可见，电压补偿拮抗装置串联在系统电源7与敏感负荷8之间。串联补偿拮抗装置包括=DSP单元1、电子开关2、补偿拮抗单元3。参见图2，DSP单元1、电子开关2和补偿拮抗单元3三者并联连接后，串联在系统电源7与敏感负荷8之间。DSP单元I还分别与电子开关2和补偿拮抗单元连接3 ;所述的补偿拮抗单元3由启动单元4、功率矩阵与逆变单元5、储能单元6串接而成。
[0036]所述的补偿拮抗单元3的电路中，启动单元4 一端接系统电源7，另一端接功率矩阵和逆变单元5，所述的功率矩阵和逆变单元5由大功率IGBT及驱动控制器组成，所述的储能单元6由电容矩阵组成。
[0037]本串联型电压补偿拮抗装置工作过程是:将电压补偿拮抗装置串联在系统电源7与敏感负荷8之间。系统中电压正常时电子开关2闭合，由DSP单元I实时在线监测系统的电压，一旦DSP单元I监测到系统电源7电压暂降或扰动，即由DSP单元I发出指令给电子开关2，电子开关2断开，DSP单元I同时发出指令补偿拮抗单元3投入运行；当系统电源7电压暂降或扰动过后电压恢复到正常状态，即由DSP单元I发出指令给电子开关2，电子开关2闭合，同时发出指令给补偿拮抗单元3，补偿拮抗单元3退出运行。[0038]实施例2:本实用新型的串联型电压补偿拮抗装置在某炼钢厂应用，其电路连接见图3。
[0039]某大型钢铁集团二炼钢厂，曾经由于鼠患引起中板IOkv变电所短路，全IOkv母线10系统电压下降，IOkv中板线0.5秒将开关跳开，但电压暂降已造成400v母线12低电压保护全部脱扣，造成工艺辅助系统停运，主系统停运，照明系统停运，损失巨大。
[0040]针对以上问题，在IOkv母线10系统中，在IOKV降压变压器11的二次侧与400V母线12之间安装了本实用新型的串联型电压补偿拮抗装置。系统正常运行时，电子开关2处于常闭状态，DSP单元I不间断监测IOkv变压器二次侧11电压与400V母线12电压，一旦400V母线12内因系统电源或负荷线路扰动或故障，使400V母线12或敏感负荷8电压产生暂降，DSP单元I立即发出指令使电子开关2断开，同时令补偿拮抗单元3投入运行以对抗电压下降，电压暂降响应和补偿时间〈2毫秒，完全满足系统响应的需要，同时可提供最大200ms的拮抗保护时间，这样系统内高低压瞬间故障都不会造成系统大面积停电，从而使得系统能稳定运行，经济效益可观。
【权利要求】
1.一种串联型电压补偿拮抗装置，串联在系统电源与敏感负荷之间；其特征在于:所述的补偿拮抗装置包括DSP单元、电子开关和补偿拮抗单元，所述的DSP单元、电子开关和补偿拮抗单元三者并联连接，DSP单元还分别与电子开关和补偿拮抗单元连接；所述的补偿拮抗单元由启动单元、功率矩阵与逆变单元、储能单元串接而成。
2.根据I所述的一种串联型电压补偿拮抗装置，其特征在于:所述的补偿拮抗单元的电路中，启动单元一端接系统电源，另一端接功率矩阵和逆变单元，所述的功率矩阵和逆变单元由大功率IGBT及驱动控制器组成，所述的储能单元由电容矩阵组成。
【文档编号】H02J3/12GK203456874SQ201320486462
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】高晓斌 申请人:武汉高特维电气有限公司