一种直流配电系统的制作方法

本实用新型涉及电网电力技术领域，尤其涉及一种直流配电系统。

背景技术：

在变频器、电动机、负载所组成的变频调速传动系统中，电动机减速或者位能性负载下放时，电机处于回馈制动状状态，电容电压升高，严重时损坏电容器，油田游梁式抽油机属于此类系统。

变频器能量回馈方法主要有四种：第一种在直流电容并联晶闸管有源逆变器，其后接升压变压器及限流电抗器，此种方法装置体积大；第二种在整流侧采用两套晶闸管反并联连接，通过设置整流晶闸管导通角大于逆变导通角，实现能量回馈，省去了变压器及电抗器，但整流侧使用了晶闸管整流器，谐波成分增加，网侧功率因数下降；第三种为斩控式整流器进行回馈制动，性能较好，但控制复杂，成本高；第四种为空间矢量变频技术，通过变频器控制电动机的旋转磁场在任何时刻都大于或者等于转子转速，可以解决倒发电问题。

整流器是电力系统中的主要谐波源之一，而且消耗大量的无功功率。常用的晶闸管相控整流电路和二极管整流电路等都是严重的谐波污染源。谐波对公用电网是一种污染，使用电设备所处环境恶化，也给通信系统等其他设备带来危害。

现有谐波检测方法按原理可分为：模拟滤波器法、基于fryze法、瞬时无功功率法、傅里叶变换法、神经网络法、自适应法、小波分析法等。基于瞬时无功功率理论的谐波检测方式实时性好，延时小；傅里叶快速变换法在谐波检测、频谱分析方面获得广泛应用，这两种检测方法是目前的主要方法。

常用的滤波装置有无源滤波器、有源滤波器、混合滤波器。无源滤波器也称LC滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而 成的滤波装置，通常与谐波源并联，起到滤波作用还兼顾无功补偿。它结构简单，容易实现，便于维护，成本较低，但易受电容、电感参数偏差，电网频率波动，电网阻抗变化影响，且有发生并联谐振的可能。有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点，但投资大，成本高。使用有源电力滤波器与LC滤波器组成混合滤波器效果较好，但依旧不能解决变频器能量回馈问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种直流配电系统，通过设置复用变流单元，控制该复用变流单元的驱动信号，可以使得复用变流单元工作在有源滤波或能量回馈状态，从而提高了电网电能的质量。

根据上述目的，本实用新型提供了一种直流配电系统，包括：交流母线和直流母线，其特征在于，还包括：设置在所述交流母线和直流母线之间的整流单元、复用变流单元和控制单元，分别通过逆变器连接到所述直流母线的多个电机，所述控制单元连接到所述整流单元和复用变流单元，所述控制单元根据检测的所述复用变流单元、整流单元和所述直流母线的电压和电流值计算生成PWM驱动信号驱动所述复用变流单元，所述复用变流单元根据所述PWM驱动信号向所述交流母线进行能量回馈或对所述整流单元进行有源滤波。

其中，所述系统还包括：并联在所述直流母线上的滤波电容。

其中，所述整流单元为二极管不可控整流电路。

其中，所述复用变流单元为三相全桥可控电路结构。

其中，当所述控制单元检测到所述直流母线的电压高于预设的阈值时，所述控制单元根据所述交流母线和所述直流母线的电压值，生成驱动所述复用变流单元进行能量回馈的驱动信号；

当所述控制单元检测到所述直流母线的电压低于预设的阈值时，所述控制单元根据所述整流单元的进线电流和所述直流母线的电压值，生成驱动所述复用变流单元进行有源滤波的驱动信号。

由上述技术方案可知，本实用新型提供一种直流配电系统，通过实时地监测直流母线的电压来控制复用变流单元的驱动信号，使得当直流母线的电压高于设定的阈值时，通过复用变流单元将能量回馈到交流母线中；当直流母线的电压低于阈值时，复用变流单元工作在有源滤波状态，从而可以合理利用能量，提高电能质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型的直流配电系统的结构示意图。

图2示出了本实用新型的三相全桥可控电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型的直流配电系统的结构示意图。

参照图1，本实用新型实施例的一种直流配电系统，包括：交流母线10和直流母线20，设置在上述交流母线10和直流母线20之间的整流单元30，分别通过逆变器40连接到所述直流母线20的多个电机50，设置在所述交流母线10和直流母线20之间的复用变流单元70和控制单元80，所述控制单元80连接到所述复用变流单元70和整流单元30，所述 控制单元80根据检测的所述整流单元30、所述直流母线20的电压和电流值计算生成PWM驱动信号驱动所述复用变流单元，所述复用变流单元70根据所述PWM驱动信号向所述交流母线进行能量回馈或对所述整流单元进行有源滤波。

在上述系统中，整流单元30采用二极管不可控整流电流，从而可以不必设置相应的控制电路，成本较低。

本实施例的复用变流单元70为三相全桥可控电路结构，如图2所示，通过控制驱动信号，使得其可以工作在逆变、滤波和无功补偿三种方式下。另外，在直流母线上还并联有滤波电容90，用于消除直流母线上的谐波。

上述系统中，控制单元80实时地监控直流母线以及整流单元的电流和电压，以实时地调整驱动复用变流单元的驱动信号。

具体地，本实施例的控制单元根据直流母线电压值决定复用变流单元的工作状态，如直流电压超过阀值，危及直流母线上的设备安全，复用变流单元工作在能量回馈状态，可按照要求调整有功分量比例；如直流电压低于阀值，则复用变流单元工作在有源滤波工作状态，消除谐波，提高电能质量。

当复用变流单元工作在滤波状态时，即控制单元检测到直流母线的电压低于阈值时，复用变流单元直流端与直流母线并联，三个输出端与交流母线连接，工作在滤波状态，滤除二极管产生的谐波，控制器生成的驱动信号根据直流母线电压及整流单元的进线电流确定，二极管谐波电流及复用变流单元输出电流经控制器运算产生PWM控制信号，经驱动放大以后，驱动三相复用变流单元工作。

直流配电系统使用二极管整流，基波电流相位和电网电压相位大致相同，基本不消耗基波无功功率，但是产生大量谐波电流，因此复用变流单元还消耗一定的无功功率。谐波检测采用瞬时无功功率理论，三相电流经过C32(三相静止坐标变换到两相静止坐标)、Cdq(两相静止坐标变换到两相旋转坐标)变换，得到在两相旋转坐标系的数值量， 此数值再经过LPF低通滤波得到基波直流分量，谐波分量被滤除，基波直流分量经过C32、Cdq反变换三相基波交流分量，与原三相电流做差即可得到谐波分量，变换所需的角度由锁相环提供。该方法动态响应速度快，延时小，对不同的谐波源延时最多不超过一个周期，对三相整流谐波源检测延时为1/6周期。此种谐波检测方法的硬件、软件都可应用在能量回馈控制方式，使控制系统简洁、高效。复用变流单元输出与交流母线连接，滤除二极管整流的谐波，以从二极管整流输入提取的谐波信号作为给定信号，以复用变流单元输出信号作为反馈信号，做差产生控制信号，控制信号经过滞环控制，如A相控制信号大于滞环宽度则A相上桥臂导通，如A相控制信号小于负的滞环宽度则A相下桥臂导通，控制信号一般为4-20mA或0-5V，经驱动板放大后，控制可控开关器件导通或者关断，此种控制方式还可以应用在能量回馈状态。

当复用变流单元工作在能量回馈状态时，控制器的信号采自直流母线电压、复用变流单元电流及交流母线电压，当直流母线电压高于阀值时，复用装置工作在能量回馈状态。具体地，控制器的输入信号为根据直流母线电压计算得出回馈电流，变流器实际输出电流作为反馈信号，做差产生控制信号，控制信号经滞环单元、PWM调制单元、驱动放大单元控制复用变流单元产生需要的回馈电流，从而使得复用变流单元处于能量回馈状态。

另外，根据要求的无功功率推导出回馈的无功电流，如控制为单位功率因数回馈，回馈电流与低压母线电压同相位，无功功率Q为零，根据电容电压得到有功电流和根据无功功率得到无功电流，有功、无功电流经过C32、Cdq反变换得到三相电流作为控制器的输入信号，变换所需的角度由锁相环提供。使用上述，给定电流信号与变流器实际回馈电流信号的差经过滞环控制单元，PWM信号调制单元，驱动放大单元后送给可控开关器件，产生需要的回馈电流，电流控制方式与工作在滤波方式下控制方式相同。

由上述技术方案可知，本实用新型提供一种直流配电系统，通过 实时地监测直流母线的电压来控制复用变流单元的驱动信号，使得当直流母线的电压高于设定的阈值时，通过复用变流单元将能量回馈到交流母线中；当直流母线的电压低于阈值时，复用变流单元工作在有源滤波状态，从而可以合理利用能量，提高电能质量。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。