一种基于开关矩阵的动态电压恢复器的制作方法

本实用新型涉及动态电压恢复器设备技术领域，尤其涉及一种基于开关矩阵的动态电压恢复器。

背景技术：

电压暂降问题被公认为是配电网中最频繁，影响最严重的电能质量问题。随着高新技术发展，配电网中敏感负荷越来越多，电压暂降造成的影响也越来越大。动态电压调节器(Dynamic Voltage Regulator,DVR)是治理电压暂降问题最为有效的手段之一，也叫动态电压恢复器。

现有的DVR电路普遍采用的是交流-直流-交流的拓扑结构，两次能量形式的变换均通过电力电子开关构成的换流器完成，不可避免将引起较大的能量损失，降低了DVR的电能使用效率，同时也由于直流环节的存在增加了控制和保护的复杂性。因此，若能设计一种直接交流-交流变换的DVR，可省去直流环节，降低DVR自身的有功功率损耗，提高DVR的电能使用效率，降低DVR的实现难度，对于提高DVR的实用化水平具有重要实用价值。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了基于开关矩阵的动态电压恢复器。

本实用新型技术方案提供一种基于开关矩阵的动态电压恢复器，动态电压恢复器的a相、b相和c相中，分别包括换流器、滤波器和隔离变压器，换流器与滤波器连接，滤波器与隔离变压器连接，隔离变压器串联在系统与负载之间的相应线路上；所述换流器包括开关矩阵，所述开关矩阵包括系统的三相线路与DVR换流器的两条输出线路之间分别连接的电力电子开关。

而且，系统三相的线路标识为’a’,’b’,’c’，动态电压恢复器某相中换流器输出的线路标识为’p’,’n’，

线路’a’与’p’之间的电力电子开关标识为S_ap，

线路’b’与’p’之间的电力电子开关标识为S_bp，

线路’c’与’p’之间的电力电子开关标识为S_cp，

线路’a’与’n’之间的电力电子开关标识为S_an，

线路’b’与’n’之间的电力电子开关标识为S_bn，

线路’c’与’n’之间的电力电子开关标识为S_cn。

而且，电力电子开关使用绝缘栅双极型晶体管。

本实用新型的有益效果是：直接通过交流-交流变换进行电压跌落补偿，省去了直流环节，降低了DVR自身的有功功率损耗，提高了DVR的电能使用效率，降低了DVR的实现难度，具有重要的市场价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例的系统接线图。

图2为本实用新型实施例的单相换流器结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

参见图1，本实用新型实施例提供了一种基于开关矩阵的动态电压恢复器的拓扑结构。图1中虚线框内为本实用新型的一种基于开关矩阵的动态电压恢复器，采用了三相独立控制的拓扑结构，以下以一相为例进行说明。

DVR每一相均包括换流器、滤波器和隔离变压器。在DVR的一相中，系统三相线路分别接入换流器，换流器与滤波器连接，滤波器与隔离变压器连接，隔离变压器串联在系统与负载之间相应一相的线路上。如图1中，DVR的a相中，系统三相线路(用’a’,’b’,’c’标识)接入DVRa相的换流器，换流器连接至a相的滤波器，滤波器由电感L_f和电容C_f构成；滤波器连接至a相的隔离变压器T，a相的隔离变压器T串联在系统和负载之间的a相线路上。DVR进行电压跌落补偿的原理是目前非常成熟的，即系统发生电压跌落时，DVR通过隔离变压器向线路串入一个电压，确保负载电压保持为正常水平。

DVR中每个换流器输出端两条线路的每一条与系统三相线路的每一条之间均连有一支电力电子开关，DVR每一相换流器需要6支电力电子开关。

参见图2所示一种基于开关矩阵的动态电压恢复器的单相的换流器结构图，系统三相线路(用’a’,’b’,’c’标识)与DVR换流器输出线路(用’p’,’n’标识)的每一条之间，均连接有一支电力电子开关，电力电子开关可使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。电容C_f和隔离变压器T的副绕组连接，电感L_f的一端连接隔离变压器T的副绕组，一端连接线路’n’。线路’a’与’p’之间的电力电子开关用S_ap标识，其他标识类似，线路’b’与’p’之间的电力电子开关用S_bp标识，线路’c’与’p’之间的电力电子开关用S_cp标识，线路’a’与’n’之间的电力电子开关用S_an标识，线路’b’与’n’之间的电力电子开关用S_bn标识，线路’c’与’n’之间的电力电子开关用S_cn标识。DVR换流器输出线路’p’和’n’之间的电压为v_pn，通过控制6支电力电子开关的开通或关断，使得v_pn等于参考电压v_pn,ref，即可实现在发生电压跌落时对负载电压的补偿。需要说明的是，参考电压v_pn,ref的计算目前是成熟的方法；此外，换流器输出电压v_pn不是单相变压器注入至线路中的电压，但具体使用时通过合理设置滤波器参数和单相变压器的变比，可以使得单相变压器注入至线路中的电压与v_pn相同，滤波器参数和单相变压器变比的设置实现是目前成熟的方法。

本实用新型仅提供硬件方面的改进设计并要求保护，相关电压跌落补偿控制、滤波器参数和单相变压器变比设置等可由本领域技术人员采用现有技术实现。

为便于实施参考起见，介绍实施例所提供基于开关矩阵的动态电压恢复器工作过程如下：

在补偿电压跌落的过程中，换流器具有6种可行的开关模式，每种可行的开关模式下换流器均可输出一定的电压，根据输出电压参考值与每种可行的开关模式下可输出的电压的差值来选择可行的开关模式，实现对开关管的控制，DVR即可输出所需要的补偿电压。

6支开关管可行的开关模式如下：

模式1：S_ap和S_bn导通，其他开关管关断，v_pn,1＝v_a-v_b；

模式2：S_bp和S_cn导通，其他开关管关断，v_pn,2＝v_b-v_c；

模式3：S_cp和S_an导通，其他开关管关断，v_pn,3＝v_c-v_a；

模式4：S_an和S_bp导通，其他开关管关断，v_pn,4＝v_b-v_a；

模式5：S_bn和S_cp导通，其他开关管关断，v_pn,5＝v_c-v_b；

模式6：S_cn和S_ap导通，其他开关管关断，v_pn,6＝v_a-v_c；

v_a,v_b,v_c分别为系统线路’a’,’b’,’c’的对地电压。

计算v_pn,ref与上述各种模式下v_pn,k的差值：

Δv_k＝v_pn,ref-v_pn,k k＝1,2,3,4,5,6 (1)

找到Δv_k的绝对值最小的一个，根据其下标k的值选择开关模式k，按照模式k中的设置进行电力电子开关的控制，即可实现对单相换流器的控制，确保输出电压等于参考值v_pn,ref。

本实用新型提供开关矩阵，具体工作时利用开关矩阵实现动态电压恢复器中换流器的主电路，省去了直流环节，降低了DVR自身的有功功率损耗，提高了DVR的电能使用效率，降低了DVR的实现难度，该动态电压恢复器具有重要推广应用价值。

以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴之内，应由各权利要求限定。