一种独特h全桥多电平的模块化电流扰动发生电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，包括：断路器、接触器、预充电电阻、LCL滤波器、逆变单元、监控电路以及电源变换电路；断路器的一端接入电网，另一端依次与接触器、LCL滤波器和逆变单元串接；预充电电阻并接在接触器两端；逆变单元与监控电路的相连；监控电路的另外两端分别接入LCL滤波器和接触器的连接点以及断路器与电网的连接点；电源变换电路一端与逆变电源相连，另一端与监控电路相连。本实用新型所提出的一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，实现了负荷电流特性扰动状况的模拟，输出了完全受控的谐波电流与无功电流。
【专利说明】一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电网中的电流扰动，特别是一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路。
【背景技术】
[0002]随着工业技术的进步，负荷的种类越来越丰富。而且随着电力电子技术的广泛发展与应用，非线性负荷也在不断增加。电气化铁路和轧钢机等冲击负荷日益增大，这些非线性、冲击性特性以及谐波丰富的负荷，使得谐波、电压波动、闪变、三相不平衡等传统电能质量问题进一步恶化，引发电网事故和生产设备异常。
[0003]电能质量问题日益突出，引起供用电双方的广泛关注。为了解决电能质量问题，国外学者研制了多种电能质量补偿和治理产品，如有源滤波器抑制谐波，短路电流限制器限制故障电流，动态电压恢复器补偿电压暂降，静止无功补偿器抑制电压波动和闪变的等，国内的一些学者提出了电能质量复合控制装置。这些电能质量治理装置出厂时，都需要检验设备的有效性。另外，对于电能质量控制技术的新算法研究，需要在实际装置上去验证，要满足这样的需求，就需要能够产生包括各类电能质量问题在内的具有一定带宽和驱动能力的电力扰动发生装置，电流扰动发生装置可为测量、分析、评估电网电能质量提供平台。
[0004]此外，基于多电平变流电路的变流器，因易实现大容量和高电压等级，且输出电压波形畸变小等特点，可以不用隔离变压器直接通过连接电感接入系统。所以基于多电平变流电路逐渐成为了研究的热点。与级联多电平变流电路相比，二极管钳位多电平变流电路结构需要大量的钳位二极管，成本较高；飞跨电容多电平变流器结构需要大量的钳位电容，而且这两种电路还存在直流侧分压电容电压不均衡的问题，控制复杂。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，以克服现有电网系统中存在电能质量问题，且本实用新型结构简单，易于实现。
[0006]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是:一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于，包括:断路器、接触器、预充电电阻、LCL滤波器、逆变单元、监控电路以及电源变换电路；所述断路器的一端接入电网，另一端与所述接触器一端相连并接入所述预充电电阻的一端；所述预充电电阻的另一端与所述接触器的另一端相连，并接入所述LCL滤波器的一端；所述LCL滤波器的另一端接入所述逆变单元的第一输出端；所述逆变单元的输入端与所述监控电路的一输出端相连；所述逆变单元的第二输出端接入所述监控电路的第一输入端；所述逆变单元的第三输出端经所述电源变换电路接入所述监控电路的第二输入端；所述监控电路的第三输入端接入所述LCL滤波器和所述接触器的连接点；所述监控电路的第四输入端接入所述断路器与电网的连接点；其中，所述逆变单元包括三个单相电路；所述单相电路包括两个电抗器、滤波电路和逆变电路；其中一电抗器的一端与另一电抗器的一端相连，另一电抗器的另一端与所述逆变电路一端连接；所述滤波电路的一端接入两个电抗器的连接点，且所述滤波电路包括串联连接的一电容器和一电阻；其中，三个单相电路中的滤波电路的另一端两两相互连接，三个单相电路中的逆变电路的另一端两两相互连接。
[0007]在本发明一实施例中，所述逆变电路包括N个IGBT桥臂电路，N为大于等于2的正整数；每个IGBT桥臂电路包括两个端口 ；其中，第一 IGBT桥臂电路的一端作为所述逆变电路的一端，另一端接入第二 IGBT桥臂电路的一端，且对于第二至第N IGBT桥臂电路，后一个IGBT桥臂电路的一端均接入前一个IGBT桥臂电路的另一端；第N IGBT桥臂电路的另一端作为所述逆变电路的另一端。
[0008]在本发明一实施例中，所述IGBT桥臂电路包括两个IGBT桥臂以及一电容器,且两个IGBT桥臂和电容器并联连接；所述IGBT桥臂包括两个串联连接的IGBT电路；其中，一个IGBT桥臂中两个IGBT电路的连接点作为所述IGBT桥臂电路的一端，另一个IGBT桥臂中两个IGBT电路的连接点作为所述IGBT桥臂电路的另一端。
[0009]在本发明一实施例中,所述IGBT电路包括一 IGBT管和一二极管；所述二极管的阴极与所述IGBT管的集电极相连，所述二极管的阳极与所述IGBT管的发射极相连。
[0010]在本发明一实施例中，所述LCL滤波器包括两个串联的电抗器和一个电容器；该电容器的一端接入两个电抗器的连接点，另一端接地。
[0011]在本发明一实施例中，:所述监控电路包括驱动电路、数据处理电路和显示输入电路；所述驱动电路、所述显示输入电路均与所述数据处理电路相连；且所述驱动电路的输出端作为所述监控电路的输出端，所述数据处理电路的输入端作为所述监控电路的输入端。
[0012]相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果:
[0013]1.本实用新型所提出的一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，可灵活生成各种谐波电流扰动，利用模块化电流扰动发生电路，电能质量治理设备的试验平台能够各种电气设备进行带载测试；所涉及的H桥多电平变流电路的结构紧凑，器件数量较少，输出电压波形质量好，输出电流波形平滑，控制易实现，而且H桥变流电路在物理结构上的一致性，有效地降低了成本，也提高了可靠性；
[0014]2.在本实用新型中，电路中的每个电气元件都小型化和标准化，整个拓扑封装在一个的模块内。逆变单元中的IGBT、LCL滤波器中的滤波电感和阻尼电阻都微型化，功率减小，而且发热元件平均分配到模块中，热量均匀，电气元件不易发生因为温度过高而失效；模块化电流扰动发生电路将接触器、电抗器、IGBT功率器件、采样、驱动等所有一次元件都集成在一个功率模块中，且所有元器件都是标准配置，有利于产品产业化生产，且方便维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路电路结构示意图。
[0016]图2是本实用新型逆变单元的电路结构示意图。
[0017]图3是本实用新型逆变单元中逆变电路的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
[0019]本实用新型的提供一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，如图1所示，其特征在于，包括:断路器、接触器、预充电电阻、LCL滤波器、逆变单元、监控电路以及电源变换电路；所述断路器的一端接入电网，另一端与所述接触器一端相连并接入所述预充电电阻的一端；所述预充电电阻的另一端与所述接触器的另一端相连，并接入所述LCL滤波器的一端；在本实施例中，所述LCL滤波器包括两个串联的电抗器和一个电容器；该电容器的一端接入两个电抗器的连接点，另一端接地，即所述预充电电阻的另一端与一电抗器一端相连；所述LCL滤波器的另一端接入所述逆变单元的第一输出端，即逆变单元的一输出端与另一电抗器的一端相连；所述逆变单元的输入端与所述监控电路的一输出端相连；所述逆变单元的第二输出端接入所述监控电路的第一输入端；所述逆变单元的第三输出端经所述电源变换电路接入所述监控电路的第二输入端；所述监控电路的第三输入端接入所述LCL滤波器和所述接触器的连接点；所述监控电路的第四输入端接入所述断路器与电网的连接点。
[0020]在本实施例中，如图2所示,所述逆变单元包括三个单相电路,A相、B相和C相；且所述单相电路包括两个电抗器、滤波电路和逆变电路；其中一电抗器的一端与另一电抗器的一端相连，另一电抗器的另一端与所述逆变电路一端连接；所述滤波电路包括串联连接的一电容器和一电阻，且所述滤波电路的一端接入两个电抗器的连接点；其中，三个单相电路中的滤波电路的另一端两两相互连接，三个单相电路中的逆变电路的另一端两两相互连接；即A相电路中的滤波电路的一端接入电抗器LI和电抗器L2的连接点，另一端与B相电路的另一端相连相电路中的滤波电路的一端接入电抗器L3和电抗器L4的连接点，另一端与C相电路的另一端相连；C相电路中的滤波电路的一端接入电抗器L5和电抗器L6的连接点；且A相电路中的逆变电路、B相电路中的逆变电路和C相电路中的逆变电路另外一端两两相连。
[0021 ] 进一步的，在本实施例中，如图3所示，所述逆变电路包括N个IGBT桥臂电路，N为大于等于2的正整数，即第一 IGBT桥臂电路?第N IGBT桥臂电路；每个IGBT桥臂电路包括两个端口 ；其中，第一 IGBT桥臂电路的一端作为所述逆变电路的一端，另一端接入第二IGBT桥臂电路的一端，且对于第二 IGBT桥臂电路至第N IGBT桥臂电路，后一个IGBT桥臂电路的一端均接入前一个IGBT桥臂电路的另一端，即第三IGBT桥臂电路的一端接入第二IGBT桥臂电路的另一端，以此类推，第NIGBT桥臂电路的一端接入第N_1 IGBT桥臂电路的另一端，且第N个IGBT桥臂电路的另一端作为所述逆变电路的另一端。
[0022]进一步的，如图3所示，所述IGBT桥臂电路包括两个IGBT桥臂以及一电容器，且两个IGBT桥臂和电容器并联连接；所述IGBT桥臂包括两个串联连接的IGBT电路，如第一IGBT桥臂电路中，IGBT电路Sll和IGBT电路13组成的IGBT桥臂以及IGBT电路S12和IGBT电路S14组成的IGBT桥臂；其中，一个IGBT桥臂中两个IGBT电路的连接点作为所述IGBT桥臂电路的一端，另一个IGBT桥臂中两个IGBT电路的连接点作为所述IGBT桥臂电路的另一端。所述IGBT电路包括一 IGBT管和一二极管；所述二极管的阴极与所述IGBT管的集电极相连，所述二极管的阳极与所述IGBT管的发射极相连。
[0023]在本实施例中，所述监控电路包括驱动电路、数据处理电路和显示输入电路；所述驱动电路、所述显示输入电路均与所述数据处理电路相连；且所述驱动电路的输出端作为所述监控电路的输出端，所述数据处理电路的输入端作为所述监控电路的输入端。
[0024]为了让本领域的技术人员更了解本实用新型，下面结合现有软体对本实用新型的功能进行描述，该描述过程中涉及的现有软体不是本实用新型的保护客体，本实用新型仅保护电路的结构以及连接关系。
[0025]本实用新型所提出的一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路并联接于电力系统中，通过后台监控电路设置目标扰动量，然后通过数据处理电路控制输出电压的幅值和相角来产生相应的扰动电流，且采用脉冲宽度调制SPWM调制方式，在较低开关频率下得到高等效开关频率的效果，实现模拟电网电流的真实扰动。在相同的开关频率下，本实用新型所提出的一种独特H全桥多电平的模块化电流扰动发生电路比传统两电平输出的电平数增多，产生的谐波电压远低于两电平的输出谐波电压。在相同的直流母线电压下，多电平电流扰动发生电路产生的冲击电压(dv/dt)为传统两电平的一半，降低了逆变单元中每个IGBT管的开关应力和开关损耗，使得IGBT管工作更可靠。且在逆变单元中，每个单相电路中的逆变电路都是由N个IGBT桥臂电路H全桥拓扑构成；每个IGBT桥臂电路输出电压为三种状态电平，每个单相电路N个单元叠加，就可产生2N+1种不同的电平等级，随着H桥数量的增加,输出电压的崎变率也明显改善,且随着H桥数量的增加，系统的容量也相应增加。
[0026]以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种独特II全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于，包括:断路器、接触器、预充电电阻、1X1滤波器、逆变单元、监控电路以及电源变换电路；所述断路器的一端接入电网，另一端与所述接触器一端相连并接入所述预充电电阻的一端；所述预充电电阻的另一端与所述接触器的另一端相连，并接入所述1X1滤波器的一端；所述1X1滤波器的另一端接入所述逆变单元的第一输出端；所述逆变单元的输入端与所述监控电路的一输出端相连；所述逆变单元的第二输出端接入所述监控电路的第一输入端；所述逆变单元的第三输出端经所述电源变换电路接入所述监控电路的第二输入端；所述监控电路的第三输入端接入所述1X1滤波器和所述接触器的连接点；所述监控电路的第四输入端接入所述断路器与电网的连接点；其中，所述逆变单元包括三个单相电路；所述单相电路包括两个电抗器、滤波电路和逆变电路；其中一电抗器的一端与另一电抗器的一端相连，另一电抗器的另一端与所述逆变电路一端连接；所述滤波电路的一端接入两个电抗器的连接点，且所述滤波电路包括串联连接的一电容器和一电阻；其中，三个单相电路中的滤波电路的另一端两两相互连接，三个单相电路中的逆变电路的另一端两两相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种独特II全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于:所述逆变电路包括~个1681桥臂电路4为大于等于2的正整数；其中，第一叩81'桥臂电路的一端作为所述逆变电路的一端，另一端接入第二 1681桥臂电路的一端，且对于第二至第~ 1681桥臂电路，后一个叩81桥臂电路的一端均接入前一个叩81桥臂电路的另一端；第~叩81桥臂电路的另一端作为所述逆变电路的另一端。
3.根据权利要求2所述的一种独特全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于:所述1681桥臂电路包括两个1681桥臂以及一电容器，且两个1681桥臂和电容器并联连接；所述叩81桥臂包括两个串联连接的1(^81电路；其中，一个叩81桥臂中两个1(?丁电路的连接点作为所述叩81桥臂电路的一端，另一个叩81桥臂中两个叩81电路的连接点作为所述1681桥臂电路的另一端。
4.根据权利要求3所述的一种独特全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于:所述1681电路包括一 1681管和一二极管；所述二极管的阴极与所述1681管的集电极相连，所述二极管的阳极与所述1681管的发射极相连。
5.根据权利要求1所述的一种独特II全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于:所述1X1滤波器包括两个串联的电抗器和一个电容器；该电容器的一端接入两个电抗器的连接点，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种独特II全桥多电平的模块化电流扰动发生电路，其特征在于:所述监控电路包括驱动电路、数据处理电路和显示输入电路；所述驱动电路、所述显示输入电路均与所述数据处理电路相连；且所述驱动电路的输出端作为所述监控电路的输出端，所述数据处理电路的输入端作为所述监控电路的输入端。
【文档编号】H02M1/12GK204145281SQ201420611987
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】林焱, 吴丹岳, 黄道姗, 张逸, 林国庆, 卢敬伟, 李发禄 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院