本发明涉及无级可调调容装置无功补偿技术领域，具体来说，涉及一种采用igbt控制的无级可调调容装置。
背景技术：
目前，在电力领域，都必须配置无功补偿设备，目前市面常用的无功补偿设备有复合开关、同步开关投切电容器方案、静止无功发生器(svg）等方式，复合开关、同步开关投切电容器方案结构简单但响应速度慢（15秒左右），调节有级，功率因数只能控制在0.95左右；静止无功发生器结构复杂、成本高、有严重谐波；都存在一定的弊端，已不能满足市场的需求。
技术实现要素：
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种采用igbt控制的无级可调调容装置，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种采用igbt控制的无级可调调容装置，包括滤波输入模块ui，所述滤波输入模块ui连接有滤波电路，所述滤波电路连接有s1-igbt开关模块，所述s1-igbt开关模块连接有电感l2，所述电感l2连接电力电容c2，所述电力电容c2与滤波电路连接，其中，所述s1-igbt开关模块与电力电容c2之间并联连接有s2-igbt续流模块。
进一步的，所述滤波电路包括电感l1，所述电感l1的左端连接滤波输入模块ui的上端，所述电感l1的右端分别连接电容c1的上端和s1-igbt开关模块的左端，所述电容c1的下端连接滤波输入模块ui的下端。
进一步的，所述s1-igbt开关模块包括晶体管igbt1，所述晶体管igbt1的集电极分别连接二极管vd1的负极、电容vc1的左端和电感l1的右端，所述晶体管igbt1的发射极分别连接晶体管igbt2的发射极、二极管vd1的正极、二极管vd2的正极、电容vc1的右端和电容vc2的左端，所述晶体管igbt2的集电极分别连接二极管vd2的负极、电容vc2的右端和电感l2的左端。
进一步的，所述s2-igbt续流模块包括晶体管igbt3，所述晶体管igbt3的集电极分别连接二极管vd3的负极、电容vc3的上端和电感l2的左端，所述晶体管igbt3的发射极分别连接晶体管igbt4的发射极、二极管vd3的正极、二极管vd4的正极、电容vc3的下端和电容vc4的上端，所述晶体管igbt4的集电极分别连接二极管vd4的负极、电容vc4的下端和电力电容c2的下端。
进一步的，所述电感l2的右端连接电力电容c2的上端，所述电力电容c2的下端连接电容c1的下端。
本发明的有益效果：本发明可根据功率因数pid反馈无级调节无功功率，达到功率因数恒定为1的目的，响应速度ms级；本发明还具有控制简单、体积小、重量轻、成本低以及无级调节的特点，同时能够适用于各种不同场合的实用性强的无功补偿装置，具有适用性强的优点；本装置内置无功功率计算电路，控制和显示电路，可多台并机扩容或和智能电容并机减低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置的工作原理图；
图2是根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置的逻辑脉冲图；
图3是根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置的控制时序图；
图4是根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置的三相系统下的原理图；
图5是根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置的三相四线系统下的原理图；
图6是根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置的实施方案原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例(包括用场效应管替代igbt)，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种采用igbt控制的无级可调调容装置，包括滤波输入模块ui，所述滤波输入模块ui连接有滤波电路，所述滤波电路连接有s1-igbt开关模块，所述s1-igbt开关模块连接有电感l2，所述电感l2连接电力电容c2，所述电力电容c2与滤波电路连接，其中，所述s1-igbt开关模块与电力电容c2之间并联连接有s2-igbt续流模块。
在一具体实施例中，所述滤波电路包括电感l1，所述电感l1的左端连接滤波输入模块ui的上端，所述电感l1的右端分别连接电容c1的上端和s1-igbt开关模块的左端，所述电容c1的下端连接滤波输入模块ui的下端。
在一具体实施例中，所述s1-igbt开关模块包括晶体管igbt1，所述晶体管igbt1的集电极分别连接二极管vd1的负极、电容vc1的左端和电感l1的右端，所述晶体管igbt1的发射极分别连接晶体管igbt2的发射极、二极管vd1的正极、二极管vd2的正极、电容vc1的右端和电容vc2的左端，所述晶体管igbt2的集电极分别连接二极管vd2的负极、电容vc2的右端和电感l2的左端。
在一具体实施例中，所述s2-igbt续流模块包括晶体管igbt3，所述晶体管igbt3的集电极分别连接二极管vd3的负极、电容vc3的上端和电感l2的左端，所述晶体管igbt3的发射极分别连接晶体管igbt4的发射极、二极管vd3的正极、二极管vd4的正极、电容vc3的下端和电容vc4的上端，所述晶体管igbt4的集电极分别连接二极管vd4的负极、电容vc4的下端和电力电容c2的下端。
在一具体实施例中，所述电感l2的右端连接电力电容c2的上端，所述电力电容c2的下端连接电容c1的下端。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，本发明包括：“l1、c1-输入lc滤波”“s1-igbt开关模块”、“s2-igbt续流模块”、“l2-输出滤波”、“c2-电力电容”；“l1、c1-输入lc滤波”，其电感l1可以抑制瞬间电流，对该装置的输入电流起到了很好的抑制保护作用，同时也起到了电网谐波的滤波作用，配合电容c1构成lc滤波电路，对进线端滤波；
本发明的s1-igbt开关模块和s2-igbt续流模块，s1为主开关，s2为续流开关；s1串联在电路中，起到主电路的开关通断作用；s2并联在主电路中，当s1关断时s2开通起到续流作用，通过交流斩波控制原理，改变释加在电容c2上的电压或电流，从而改变电容的容量。
本发明的“l2-输出滤波”串联在s1与c2之间，该电感可以很好滤除开关基波上的谐波，使最终加载到电容c2上的电压或电流为纯正的正弦波；本发明所述的“c2-电力电容”，该电容并接在输出电路中，其随着控制电压或电流的改变，从而改变电容器自身无功功率的多少。
无级可调电容器的原理：通过高频快速周期性的控制igbt（绝缘栅双极型晶体管）开通和关断，把连续的正弦输入电源“斩”成离散的片段并滤波后加载于电容上。单相无级可调调容的控制电路如图1所示：s1为主电路斩波开关，s2为续流开关，s1、s2的控制信号在开关时序上互补加死区，控制方式上采用非互补，通过改变igbt导通的占空比来调节输出电压或电流，从而改变电力电容c2的容值。
交流斩波电路是由单片机控制，根据pwm的频率和占空比来对输入电压斩波；交流斩波调容方式是非互补连续调节方式，其输入电流，输出电压谐波及其电网的影响比相控方式小的多；开关频率足够高时，只要选择合理的输入、输出滤波器，就可以将输入电压、输出电流中的谐波几乎完全滤除。
原理：单相交流斩波调容技术的工作原理采用4个全控器件igbt与电力电容串联，通过控制开关状态，使输出电压与占空比成正比，改变占空比就可以降低或升高输出电压幅值，从而达到升容降容的目的。
控制工作原理：如图1原理图所示，在一个周期内s1、s2互补导通，其逻辑脉冲图如图2所示，在在正半周期时，开关s1闭合时，igbt1导通vd2整流同步；s1断开s2接通时，igbt4续流导通vd3整流同步；在负半周期时原理同理。
在本发明中，时序控制图如图3所示，在第ⅰ区间内，ui>0,io>0，瞬时功率大于零po=ui*io>0,电源需要向电力电容c2存储无功能量，igbt1、igbt3斩波状态，在igbt1、igbt3关断的时刻，电感l2的续流和电容器c2的平波作用，使得二极管vd3和igbt4因承受正向电压处于导通状态。在此工作期间，igbt4、igbt2一直处于导通状态，为整个电路提供了很好的续流，并且igbt1和igbt4在换流工作的同时，不会出现同时导通或同时关断的时刻。在区间ⅱ中，此时电压ui>0,电流io<0,瞬时功率po=ui*io<0,电容需要向电源反馈无功能量，igbt1和igbt3交替导通，在此区间内igbt2一直有高电平的驱动信号，在igbt4关断时，igbt2由于受正向电压自然导通，igbt1受反向电压处于截止状态，电流经igbt2与二极管vd2向电力电容c2存储无功能量。在igbt3有正脉冲信号时，igbt3受正向电压自然导通，igbt4受反向电压处于截止状态，电流通过igbt3与二极管vd3续流，向电力电容c2存储无功能量。在整个工作模式中，igbt2一直有高电平驱动信号，所以在此区域内igbt2与二极管vd2的换流不存在断流状态。第ⅲ、ⅳ区间内，工作方式类似于第ⅰ、ⅱ区间，这里不再说明。
功率开关门极驱动状态如表1所示。
表中，“1”表示有驱动信号；“0”表示门极信号封锁；ug、us分别表示斩波开关与续流开关的驱动信号。
三相三线共补无级可调电力电容器装置主电路图如图4所示：电路里只用到4个igbt模块和6个二极管，使用电力电子器件少。igbt1、igbt2、igbt3的触发信号与igbt4互补，并设有死区时间；当igbt1～igbt3导通时，a相、b相正向电压通过igbt1、igbt2接入电力电容c，通过d3接到c相构成回路，电力电容c相当于与三相电源接通，此时电源需要向电容存储无功能量；igbt1～igbt3关断时，电力电容c与电源断开。igbt4和d4～d9所构成的电路起到续流的作用；igbt4此时开通，电力电容c的电流就通过这部分电路形成回路，电容需要向电源反馈无功能量；通过调整每个开关周期t内的开通时间，来调节输出电压；六个二极管的作用是防止续流igbt导通时输出端短路。
三相四线分补无级可调电力电容器装置主电路图如图5所示：电路里只用到6个igbt模块，使用电力电子器件少；igbt1、igbt2、igbt3的触发信号与igbt4igbt5igbt6互补，并设有死区时间；当igbt1导通时，a相正向电压通过igbt1、igbt4接入电力电容c1，当igbt2导通时，b相正向电压通过igbt2、igbt5接入电力电容c2，当igbt3导通时，c相正向电压通过igbt3、igbt6接入电力电容c3；igbt1～igbt3关断时，电力电容与电源断开，因此必须设计续流电路，igbt4、igbt5、igbt6所构成的电路起到续流的作用,通过调整每个开关周期t内的开通时间，来调节输出电压。
微机控制板输出的输出电压基准信号，此信号通过pid调节器与输出电压信号进行比较，最终产生的调节电屏与三角波进行比较，通过无功补偿器计算出需要补偿的容值，输出pwm驱动波形控制s1、s2的开关状态，从而改变加载在电容c2端电压或电流的大小，达到无级调容的目的。
系统原理图如图6所示：igbt控制的交流调容装置采用的是最新的单片机控制，以交流斩波器为主要电路部分，根据采样用的非互补斩控式交流调压调容工作原理的分析，控制电路采用的单周期闭环控制方式，基本功能是实现输出电压的pwm调节，进行电压、电流采样，过流保护等。滤波电路主要用于滤除谐波污染，得到几乎时正弦波的输出电压。
综上所述，本发明可根据功率因数pid反馈无级调节无功功率，达到功率因数恒定为1的目的，响应速度ms级；本发明还具有控制简单、体积小、重量轻、成本低以及无级调节的特点，同时能够适用于各种不同场合的无功补偿装置，具有适用性强的优点；本装置内置无功功率计算电路，控制和显示电路，可多台并机扩容或和智能电容并机减低成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。