一种三相动态电压调节器的制作方法

本发明涉及电力电子中电能变换和控制领域，特别涉及一种三相动态电压调节器。

背景技术：

随着社会的进步和科技的发展，人们的生活水平得到了极大的改善，其中电子产品的日新月异极大地改变了人们的生活方式，与此同时同时也给电网的电能质量带来了新的问题，目前电能质量问题主要包括系统电压暂降问题、功率因数问题、三相不平衡问题和谐波问题对于这些问题目前市场都有相应的解决方案，比如动态电压调节器(dvr)，静止无功补偿发生器(svg)，和有源电力滤波器(apf)等，但是现有技术中的电压调节器调节精度和准确性虽然达到一定水平，但仍有提升的空间。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三相动态电压调节器，通过三路调节分别实现对电压的调节控制，以提高电网的电压补偿控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种三相动态电压调节器，包括三条整流逆变电路，每条所述整流逆变电路的输入端分别对应连接三相交流的一相，其输出端通过工频变压器对应的连接同一三相交流的一相；电压采集电路用于采集负载侧的输入电压数据，所述电压采集电路的输出端与控制单元连接，所述控制单元的输出端连接每一个所述的整理逆变电路。

所述整流逆变电路包括单相整流器、单相逆变器，所述单相整流器的输入端连接三相电的其中一相，其输出端连接单相逆变器，所述单相逆变器的输出端通过工频变压器连接相对应的三相电中的一相。

所述控制单元的输出端连接单相逆变器的控制端，用于控制单相逆变器的输出电压。

所述控制单元与pwm生成器连接，用于生成用于驱动控制单相逆变器的pwm信号。

所述单相整流器为全桥整流电路，所述单相逆变器为全桥逆变电路，所述全桥逆变器的输出端通过lc滤波电路与工频变压器连接。

所述控制单元根据电压采集电路采集负载侧的电压信号，并通过的相位采集电路采集电压相位和电流相位，控制单元根据各相逆变器生成交流电压所需的参考电压值以及采集的数据通过闭环调节输出pwm控制信号以驱动各相逆变电路的工作。

本发明的优点在于：通过对三相电中的每一个分别设置一个整流逆变电路进行电压调节，精确到三相电中的一相进行调节，使得电压调节更加准确，优化电网的电能质量，避免电网的电压波动对于供电的影响，且结构简单、实现方便，可以有效的提升电压调节器的调节精度，减少电网电压的波动。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明三相动态电压调节器的拓扑结构原理图；

图2为本发明三相中一相进行电压调节的原理图；

图3为本发明三相动态跳崖器控制原理图；

图4为本发明电压相位计算原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种三相动态电压调节器，包括三条整流逆变电路，每条整流逆变电路的输入端分别对应连接三相交流的一相，其输出端通过工频变压器对应的连接同一三相交流的一相；为了方便进行描述，将三条整流逆变电路分别称为第一整流逆变电路、第二整流逆变电路、第三整流逆变电路，第一整流逆变电路对应a相，其输入端分别连接a相和n相线，第一整流逆变电路的输出端经工频变压器与a相线耦合连接；第二整流逆变电路对应b相，其输入端分别连接b相和n相线，第二整流逆变电路的输出端经工频变压器与b相线耦合连接；第三整流逆变电路对应c相，其输入端分别连接c相和n相线，第三整流逆变电路的输出端经工频变压器与c相线耦合连接。

电压采集电路用于采集负载侧的输入电压数据，电压采集电路的输出端与控制单元连接。电压采集电路包括三个电压采集支路，每一条电压采集支路对应检测三相中的一相电压，电压采集支路包括电压互感器、ad转换器，电压互感器将采集的电压信号经ad转换后发送至控制单元的输入端。为了方便说明，三个电压采集支路，分别命名为第一电压采集支路、第二电压采集支路、第三电压采集支路，第一电压采集支路用于采集a相线的负载侧输入端电压，第二电压采集支路用于采集b相线在负载侧电压，第三电压采集支路用于采集c相线在负载侧的电压，三个支路的输出端分别连接控制单元的输入端，用将每一相的电压发送至控制单元中，电压采集之路采用电压互感器和ad转换器来实现，电压互感器设置在负载的输入端来来感应输入电压信号。

控制单元作为本申请的电压调节器的主控芯片，其用于实现信号的处理和控制，其输入端接收电压采集信号以及设定的额定电压信号，控制单元的输出端与pwm生成器连接，用于控制pwm生成器产生驱动控制单相逆变器的pwm信号，用于分别控制每一个逆变器的输出，从而使得逆变器的输出电压与电网电压进行结合控制输出至负载输入端的电压的稳定。pwm生成器采用pwm芯片来实现，主要用于根据控制信号输出对应的驱动控制信号pwm信号。在本申请中，控制单元采用型号为tms320f2812的微处理器来实现，由于该微处理器集成设置了pwm信号生成单元，故而采用该微处理器实现控制单元时，pwm生成电路不需要外设即可实现。

如图1-3所示，一种多功能三相动态电压调节器拓扑结构图，系统的优势是可以对三相系统的各相独立控制，完成各相电压调节和功率因数调节，从而完成三相电压调节和三相功率因数控制的问题，由于三相系统控制原理相同，如下仅对单相控制原理进行详细说明。

以三相系统中a相动态电压调节器进行说明，如图2所示，拓扑结构采用背靠背全桥拓扑结构，该拓扑结构的左边为全桥整流电路，交流侧由电网供给，拓扑图的右边是全桥逆变电路，整流输出的直流电直接连接逆变器，逆变器输出侧连接工频变压器，该变压器另一侧串接在负载回路中，通过变压器耦合逆变器输出电压和电网电压完成对负载电压的控制。控制单元的输出端通过输出pwm控制信号至逆变器的控制端来控制逆变器的输出电压，从而控制耦合在每一相线上的电压，控制单相逆变器的输出电压，从而控制负载侧的输入电压的稳定，从而提高电网的供电稳定。

本发明整合了现有的技术方案，通过调整控制策略快速调节电网电压波动和提高功率因数，增加了动态电压调节器的控制功能，使资源得到了高效的利用。

本发明采用的技术方案为一种多功能三相动态电压调节器的控制策略，拓扑图如图1所示，该拓扑包含三个单相整流逆变电路，采用这种拓扑结构可以对每一相电压独立控制，其整流输入端连接电网各相电压，输出侧各连接一台工频变压器，工频变压器串联在各相电网中，通过变压器耦合各相逆变器电压和各相电网电压完成对负载电压的控制，其控制策略包括以下步骤：

(1)通过可控整流电路生成各相逆变器所需的直流电压udc。

(2)采样各相负载侧输出电压u0，以及电压相位θ1和电流相位θ2。

(3)计算各相逆变器生成交流电压所需的电压参考值uiref和相位角δθ。

(4)采样各相逆变器侧电压ui和电流ii。

(5)通过双闭环调节计算得出spwm信号，驱动各相逆变桥工作。

如图2所示，以a相为例，全桥整流电路的输入端连接a相和n相，全桥整流电路的输出端经滤波电容c连接全桥逆变电路的输入端，全桥逆变电路的输出端通过lc滤波电路与工频变压器连接。

本申请由控制单元获取电网在负载输入都安的电压信号，然后与设定的电压信号做差值，通过pi控制的方式输出pwm信号控制全桥逆变器的输出电压，通过变压器将电压耦合至电网中，从而控制电网输出至负载输入端的电压保持稳定，提高供电质量，避免电压暂降波动对于负载的损害。

为了实现系统的电压调节以及功率的调节，控制单元不仅获取对应的电压数据，还通过电路检测负载电压相位、电流相位。如图3、4所示，通过控制逆变输出电压ui，系统完成了对负载电压的调整，但系统功率因数并没有得到改善，通过对逆变电压的幅值和相位调节即改变了电压的幅值也改变了电压的相位，使负载电流和电网电压同相位，完成功率因数的调整，具体步骤如下所示。

步骤一：通过全桥整流电路生成可控的直流电压udc为逆变电路提供直流电压；

步骤二：采样负载端电压u0，负载电压与负载电流的相位θ1；

步骤三：如图4(a)所示，已知电网电压us，负载端电压u0，电网电压与负载电压的相位θ1，通过三角函数关系，可通过如下公式求出逆变器参考电压uiref的幅值大小：

步骤四：如图4(b)所示，通过三角函数关系，可通过如下公式求出逆变器参考电压uiref的相位β角：

步骤五：采样逆变器输出交流电压ui和交流电流ii。

步骤六：对uiref与ui的差进行pi调节运算。

步骤七：将pi调节结果与β角的sin值相乘。

步骤八：采样电流ii与步骤七结果作差。

步骤九：对步骤八结果进行pi调节运算，

步骤十：将步骤九运算结果与三角波作比较生成spwm波，驱动逆变器开关管，实现控制原理。

通过上述步骤阐述了三相系统中的单相系统电压及功率因数的控制，通过单相系统的单独控制，完成对三相系统的统一控制，实现控制原理。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。