专利名称：一种低压电网电压稳定实时动态保障装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统电力电子技术领域，是用于低压电网电压稳定的实时动态保障装置，具体的是采用三单相结构，首先通过移相变压器从电源处获得各功率单元的输入信号，再通过功率单元的串联输出所需要的补偿电压，从而保证敏感负荷输入电压的稳定。
背景技术：
现代社会用电量的增加，特备是冲击性、非线性负荷容量的不断增长和电力系统向大电网、高电压和远距离输电的发展，给电力系统的安全运行带来了新的问题，使得电网发生电压波形畸变、电压波动、闪变和三相不平衡等电能质量问题。随着科学技术的进步， 大量对电能质量非常敏感的负荷，如基于计算机系统的控制设备和电子装置、精密电子仪器、计算机等大量投入使用，如果发生严重的电能质量问题，将使得对电能质量敏感的重要负载不能正常工作，甚至毁坏而造成巨大的经济损失。因此它们在提高生产效率的同时，对电源的电能质量也提出了更高的要求。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是基于现代电力电子技术的定制电力装置，串联于电源与敏感负荷之间，具有很好的动态性能和谐波特性，基本思想是在用户线路中插入一个动态受控的电压源，采用适当的控制方法使该电压抵消由于电力系统扰动对负荷电压造成的任何不良影响。负荷正常运行时DVR被旁路，由系统提供电压；当发生电压凹陷时，DVR可以在几个毫秒内对电压凹陷进行有效补偿。DVR良好的动态性能和很高的性价比使得它成为治理动态电压问题，特别是治理电压凹陷的最经济、有效的手段。一般来说，DVR装置大致由四个部分组成直流侧储能单元、逆变单元、滤波单元和输出单元。DVR的储能单元通常有直接采用储能元件和利用整流方式两种方式。其中直接采用储能元件时，只能在一段时间内对电能质量进行补偿。而采用整流方式的DVR可以一直不间断的对电源电压进行补偿。但是整流方式也有其缺点，整流电路必然会给电网带来一定的谐波污染问题。采用串联变压器耦合是传统的DVR与系统的耦合方式，这种方式的好处是可以采用升压变压器，从而降低逆变器直流侧电压等级，在高压等级场合可以提高装置的可靠性和选择开关器件的灵活性，同时还实现了逆变器和电网的隔离。但是串联变压器的引入，也会带来一些缺点(1)由于串联变压器的非线性，会导致电流畸变，污染电网电流，同时由于谐波电流在电网内阻抗上的压降，使得电网电压的采样受干扰，导致补偿量检测失真；(2)串联变压器的漏抗会增加滤波环节的相移；(3)串联变压器的短路阻抗降低了开环控制的精度；(4)串联变压器的引入，增加了系统的成本，占地面积大。我国低压电网多采用三相四线制结构，三相不平衡情况较多，此外，对电能质量非常敏感的负荷大量投入使用，它们对电源的电能质量要求也越来越高，所以传统的DVR结构已难以满足补偿要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述所有问题，提出一种新型的用于低压电网电压稳定的实时动态保障装置，彻底解决三相电压不平衡的补偿问题和整流环节谐波的注入问题，同时降低了对滤波器中电感的要求，具有控制简单，成本较低，可靠性较高等优点。为此本发明的用于低压电网电压稳定的实时动态保障装置是通过以下技术方案实现的。该装置包括滤波器、功率单元模块和移相变压器，该装置分别对每相电压波形进行补偿，即每相电路都相同；电源的输出信号分为三路并联信号，第一路通过移相变压器给功率单元模块中各个功率单元的二极管构成的三相整流电路提供输入信号，第二路是滤波器中电感与功率单元模块串联，第三路是滤波器中电阻和电容串联，第二路电路与第三路电路并联后串接在电源与敏感负荷之间对电压波形进行补偿。本发明的每个功率单元模块由两个功率单元的逆变输出串联而成，每个功率单元是由二极管组成的三相整流电路通过电解电容连接到由绝缘栅双极型晶体管IGBT组成的单相逆变电路构成。此外，移相变压器有1个一次侧星形绕组和6个二次侧绕组，其二次侧绕组中3个为星形联结，其它3个为三角形联结，每个二次侧绕组分别移相一定的角度给6 个功率单元的三相整流电路供电。本发明的工作原理是首先检测出电源的电压信号，然后通过控制电路得到各个功率单元中开关器件绝缘栅双极型晶体管IGBT的脉宽调制(PWM)驱动信号，控制IGBT的导通，使功率单元模块输出所需要的补偿电压，并经滤波器与电源电压叠加，从而保证敏感负荷输入电压的稳定。本发明的优点是1)本发明的每组功率单元模块由两个功率单元串联而成，两个功率单元的串联省去了传统方式中的串联变压器，从而使得装置成本降低，可靠性相对较高；由于不是采用传统的器件串联的方式来实现高压输出，而是通过单个功率单元串联，所以也不存在器件串联引起的均压问题；2)每个功率单元模块中的两个逆变电路中IGBT的驱动信号错开一定的角度，使逆变输出电压波形毛刺减少，从而降低滤波器中电感的要求; 3)每个功率单元的整流电路分别由移相变压器的一个二次侧绕组供电，每个二次侧绕组分别移相一定的角度，消除整流产生的谐波对电网的影响；4)移相变压器不仅实现功率单元与电源间的电气隔离，还使每组功率单元的主回路相对独立，彼此间相互绝缘，互不影响， 当某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持运行，可靠性较高。
图1是低压电网电压稳定实时动态保障装置的结构示意图； 图2是功率单元的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明进一步说明。参见附图1，附图2，用于低压电网电压稳定的实时动态保障装置，该装置包括滤波器2、功率单元模块4和移相变压器5，该装置分别对每相电压波形进行补偿，即每相电路都相同。电源1接移相变压器5后给功率单元模块4中功率单元的由二极管10构成的三相整流电路6提供输入信号；每个功率单元模块4由两个功率单元逆变电路7输出串联而成，每个功率单元是由二极管10组成的三相整流电路6通过电解电容9连接到绝缘栅双极型晶体管IGBT 8组成的单相逆变电路7构成；滤波器2中电感与功率单元模块4的串联电路与滤波器2中电阻和电容的串联电路并联后，串接在电源1与敏感负荷3之间对电压波形进行补偿。本发明的工作原理是首先检测出电源1的电压信号，然后通过控制电路得到功率单元中逆变电路7的开关器件绝缘栅双极型晶体管IGBT 8的脉宽调制(PWM)驱动信号， 控制IGBT 8的导通，使功率单元模块4输出所需要的补偿电压，并经滤波器2与电源1电压叠加，从而保证敏感负荷3输入电压的稳定。本发明最大的特点在于(1)每个功率单元模块4由两个功率单元逆变电路7输出串联而成，每个功率单元是由二极管10组成的三相整流电路6通过电解电容9连接到 IGBT 8组成的单相逆变电路7构成；功率单元模块4中的两个逆变电路7开关器件IGBT的驱动信号错开一定的角度，使逆变输出电压波形毛刺减少，从而降低滤波器2中电感的要求；两个功率单元的串联省去了传统方式中的串联变压器，从而使得装置成本降低，可靠性相对较高；由于不是采用传统的器件串联的方式来实现高压输出，而是通过单个功率单元串联，所以也不存在器件串联引起的均压问题。(2)每个功率单元分别由移相变压器5的一个二次侧绕组供电；移相变压器5有1个一次侧星形绕组和6个二次侧绕组，其二次侧绕组中3个为星形联结，其它3个为三角形联结，每个二次侧绕组分别移相一定的角度给6个功率单元的6脉波二极管整流6供电；移相变压器5的采用实现了其一次侧、二次侧线电压的相位偏移，使得由于整流而产生的谐波折算到移相变压器一次侧时相互抵消，从而消除整流产生的谐波对电网的影响；此外，移相变压器5不仅实现功率单元与电源1间的电气隔离，还使每组功率单元的主回路相对独立，彼此间相互绝缘，互不影响，并且每个功率单元都工作在低压状态，当某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持运行，减小停机时造成的损失。
权利要求
1.一种低压电网电压稳定实时动态保障装置，其特征在于包括滤波器(2)、功率单元模块(4)和移相变压器(5)，电源(1)的输出信号分为三路并联信号1)第一路是通过移相变压器(5)给功率单元模块(4)中各个功率单元的二极管构成的三相整流电路(6)提供输入信号；2)第二路是滤波器(2)中电感与所述的功率单元模块(4)串联；3 )第三路是滤波器(2 )中的电阻和电容串联；上述所述的第二路电路与第三路电路并联后串接在电源(1)与敏感负荷(3)之间对电压波形进行补偿；所述功率单元模块(4)由两个功率单元通过功率单元的逆变部分单相逆变电路(7)串联而成，每个功率单元由二极管(10)组成的三相整流电路(6)通过电解电容(9)连接到由绝缘栅双极型晶体管IGBT (8)组成的单相逆变电路(7)构成。
2.根据权利要求1所述的一种低压电网电压稳定实时动态保障装置，其特征在于所述装置设有三组功率单元模块(4)，每组功率单元模块(4)中的两个单相逆变电路(7)中 IGBT (8)的驱动信号错开一定的角度。
3.根据权利要求1所述的一种低压电网电压稳定实时动态保障装置，其特征在于所述的移相变压器(5)有1个一次侧星形绕组和6个二次侧绕组，其二次侧绕组中3个为星形联结，其它3个为三角形联结，每个二次侧绕组分别移相一定的角度给6个功率单元的三相整流电路(6)供电。
全文摘要
本发明涉及一种低压电网电压稳定实时动态保障装置，包括滤波器、功率单元模块和移相变压器。它采用三单相结构，各相输出的补偿电压之间完全独立，解决了三相电压不平衡的补偿问题和整流环节谐波的注入问题，同时降低了滤波器中电感的要求，控制非常简单，不会出现因逆变单元中不同桥臂功率开关的同时导通而导致电网侧相间短路或负载侧相间短路问题；同时每个功率单元的整流电路分别由移相变压器的一个二次侧绕组供电，每个二次侧绕组分别移相一定的角度，消除整流产生的谐波对电网的影响；此外移相变压器不仅实现功率单元与电源间的电气隔离，还使每组功率单元的主回路相对独立，彼此间相互绝缘，互不影响。
文档编号H02J3/12GK102354985SQ20111030999
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者于翔, 吴志坚, 徐星星, 李培培, 王宝安, 蔡文华, 虞晓东 申请人:江苏省电力公司扬州供电公司