一种多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构的制作方法

本实用新型涉及高压变频器技术领域，特别涉及一种多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构。

背景技术：

随着多电平级联型高压变频器的算法技术日趋成熟，广大变频厂家都在进行变频的功能性拓展，以期拓展变频业务。由于很多多电平级联型高压变频器驱动电机的连续性并不高，电机经常处于备用或者检修状态，这对于价格很高的多电平级联型高压变频器是一个极大的浪费。由于多电平级联型高压变频器本身加上一些辅助设备就可以实现双向无功补偿功能，所以如果能在需要驱动电机时使多电平级联型高压变频器驱动电机，不需要驱动电机时使多电平级联型高压变频器进行无功补偿，则会极大的提高变频器的应用效率。

公开号为CN 102946137 A的中国专利公开了一种基于高压变频器旁路的谐波无功补偿控制方法，并提供了一种电路拓扑结构，高压变频器与旁路形成并联回路，其电源侧的断路器QF1和电机侧的断路器QF2均设置在并联回路内部，其工作原理使其中的高压变频器在进行无功补偿工作时，由电机侧电源反供电，由变频器内的逆变回路给变频器反供电，并且进行无功补偿时，电机无法脱离补偿回路，这种反供电的拓扑结构不适用于多电平级联型的高压变频器，容易对其中的IGBT造成损坏，并且这种拓扑结构也不能在电路中脱开电机。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所述问题，本实用新型提供一种多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，高压变频器用作无功补偿使用时，采用电网直接对变频器输入端供电的方式，保护了其内部元件的安全；并且在无功补偿时，电机可以自由脱离，与无功补偿装置互不影响。使多电平级联型高压变频器既能在需要驱动电机时驱动电机，还能在不需要驱动电机时对电网进行无功补偿，同时保证两个功能应用的安全可靠。在为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，包括高压变频器、电源断路器QF1、电机断路器QF2、无功补偿断路器QF3、电抗器L、输入侧电流传感器CT1、输入侧电压传感器PT1、输出侧电流传感器CT2、输出侧电压传感器PT2。

所述的高压变频器为多电平级联型高压变频器，所述的无功补偿断路器QF3与电抗器L串联组成无功补偿输出回路，其并接于所述的高压变频器的输入端和输出端，与所述的高压变频器形成并联回路，所述的电源断路器QF1连接在电网与所述的并联回路之间，所述的电机断路器QF2连接在所述的并联回路与电机之间。

所述的输入侧电流传感器CT1和输入侧电压传感器PT1设置在所述的高压变频器的输入端接线上。

所述的输出侧电流传感器CT2和输出侧电压传感器PT2设置在所述的高压变频器的输出端接线上。

所述的输入侧电流传感器CT1、输入侧电压传感器PT1、输出侧电流传感器CT2和输出侧电压传感器PT2二次接线端均连接于所述的高压变频器的控制端子上，并最终由控制端子接入所述的高压变频器内部控制器上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，将电源断路器QF1设置在高压变频器与旁路的并联回路外部，作为系统的总电源开关，当高压变频器用作无功补偿时，由电网直接给变频器电源回路供电，而不由逆变侧给变频器供电，保证了多电平级联型高压变频器内部IGBT元件的安全。

2、本实用新型的多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，将电机断路器QF2设置在并联回路外部，在高压变频器用作无功补偿时，电机可以自由脱离。

3、本实用新型的多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，由无功补偿断路器QF3与电抗器L串联组成的无功补偿输出回路，在高压变频器用作无功补偿时，将高压变频器的输入端和输出端连接起来，并通过输入端接入电网中，使高压变频器输出端的无功补偿电流能够反馈回电网中。

4、本实用新型的多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，由于多电平级联型高压变频器内部的IGBT耐压值低，电抗器L能防止并网一瞬间的涌流，保护变频器内部的IGBT不受损坏。

附图说明

图1为本实用新型的一种多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构示意图；

图2为本实用新型的切换为待机模式时的电路示意图；

图3为本实用新型的切换为电机驱动模式时的电路示意图；

图4为本实用新型的切换为无功补偿模式时的电路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种多电平级联型高压变频器的多电平级联拓扑结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种多电平级联型高压变频器和无功补偿一体化拓扑结构，包括高压变频器、电源断路器QF1、电机断路器QF2、无功补偿断路器QF3、电抗器L、输入侧电流传感器CT1、输入侧电压传感器PT1、输出侧电流传感器CT2、输出侧电压传感器PT2。

所述的高压变频器为多电平级联型高压变频器，所述的无功补偿断路器QF3与电抗器L串联组成无功补偿输出回路，其并接于所述的高压变频器的输入端和输出端，与所述的高压变频器形成并联回路，所述的电源断路器QF1连接在电网与所述的并联回路之间，所述的电机断路器QF2连接在所述的并联回路与电机之间。

所述的输入侧电流传感器CT1和输入侧电压传感器PT1设置在所述的高压变频器的输入端接线上。

所述的输出侧电流传感器CT2和输出侧电压传感器PT2设置在所述的高压变频器的输出端接线上。

所述的输入侧电流传感器CT1、输入侧电压传感器PT1、输出侧电流传感器CT2和输出侧电压传感器PT2二次接线端均连接于所述的高压变频器的控制端子上，并最终由控制端子接入所述的高压变频器内部控制器上。

本实用新型的拓扑结构的工作原理为：

1)通过电源断路器QF1来获得高压电源，通过电机断路器QF2来切换多电平级联型高压变频器驱动电机，通过无功补偿断路器QF3来切换多电平级联型高压变频器对电网进行无功补偿，通过电抗器L来防止并网一瞬间的涌流。

2)输入侧电流采样装置CT1用于输入电流采样，输入侧电压采样装置PT1，用于输入电压采样和锁相。输出侧电流采样装置CT2和输出电压采样装置PT2用于输出电流和输出电压的采样，进而进行电机控制和无功补偿功能控制。用户还可给出电网上级需要无功补偿节点的运行电流信号，来实现闭环无功补偿功能。

如图2所示，为本实用新型的拓扑结构的待机模式，此时，电源断路器QF1、电机断路器QF2、无功补偿断路器QF3均处于分闸状态，电机与高压变频器均不工作。

如图3所示，为本实用新型的拓扑结构的驱动电机模式，此时，电源断路器QF1、电机断路器QF2合闸，无功补偿断路器QF3分闸，高压变频器为变频工作模式，驱动电机运行。

如图4所示，为本实用新型的拓扑结构的无功补偿模式，无功补偿模式时，电源断路器QF1合闸，电机断路器QF2分闸，无功补偿断路器QF3合闸，多电平级联型高压变频器输出经无功补偿断路器QF3连接至变频器输入端，将输出端的无功补偿电流并入电网，开始进行无功补偿。

以上三种工作模式的切换过程中，电机断路器QF2和无功补偿断路器QF3有互锁，电气互锁和机械互锁都要做，充分保证系统安全。

所述的待机模式，为此拓扑结构的非工作状态。

所述的驱动电机模式，为此拓扑结构的驱动电机工作状态。可结合工艺使用合适的驱动模式进行电机驱动。

所述的无功补偿模式，为此拓扑结构的无功补偿工作状态。在进入此模式前，需要进行多电平级联型高压变频器输入侧锁相，输出侧按输入侧电压输出，输入输出电压同期校正和并网，保证多电平级联型高压变频器的输出侧以最小的扰动并入电网，开始无功补偿。

如图5所示，为本实用新型提供的一种多电平级联型高压变频器的多电平级联拓扑结构实施例图，图中的单台多电平级联型高压变频器的主控制器包括主控板、模拟板、电源板、背板和发波板。主控板处理核心控制算法；模拟板用接收电流采样装置，电压采样装置和用户上级节点给出的电压电流信号，转化为主控板可处理的信号；电源板用于提供各个板卡需要的电源；背板用于各板卡之间的电和数据传输；发波板与多电平级联型高压变频器的功率单元通过光纤通讯进行数据交互，对控制和保护功率单元。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。