专利名称：带有电流共享静态开关的动态串联电压补偿器的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流电(AC)电力系统和电力转换系统的领域，特别地，涉及用于在向一个负载提供电力的一个电力线路中补偿电压骤降情况的一个系统。
背景技术：
在一个电力系统中，一般是由一个发电机产生电力，并且通过一个传输和配电网络输送到客户地点，在该处所述电力被馈送入负载。通常，被供给的电力应该符合一些要求。这些要求包括所述电压应该是正弦曲线的，根据不同的国家，所述频率应该是50或60Hz，并且，所述电压的振幅应该是额定值，偏差应该在正常的规定之内。
所述电力供应的电压背离于所述要求的偏差会导致所述负载的运行故障。特别地，一个这样的偏差，就是电压骤降，经常会导致设备故障，以及大型生产厂，或其他工业和商业系统的停工。电压骤降是电力供应的电压的一个突然的、瞬间的减少，典型地，由电力系统的故障引起。电压骤降还可能由所述电力系统上的一个负载引起，该负载从所述电力系统上提取一个高电流，在所述电力系统的阻抗上产生电压下降。这个电压下降，以一个电压骤降出现在负载上。在一个三相电力系统中，虽然，所述电压骤降的持续时间基本上相同，但是所述电压骤降的量级，一般在三相的每一个电压都不同。
一些电力转换和控制方法或电压补偿器被研制出来，以补偿电压骤降。Gyugyi等人的美国专利号5,329,222公开了一种用于补偿电压骤降的技术。这个专利描述了一个装置和方法，用一个串联输入电压，来补偿市电线路暂态，该串联输入电压由带有普通直流(DC)总线的一个三相逆变器生成，并通过一个耦合输入变压器与所述三相电力线路耦合。然而，如果应用在一个低电压电力系统中，使用所述带有普通直流总线的三相逆变器和输入变压器就不合适了。这是因为所述耦合输入变压器的费用高，而且所述输入变压器很沉重，并且其占用面积很大。而且，所述输入变压器可能有内在的阻抗，这会在正常工作中，导致在所述输入变压器上的额外的电压下降。这个电压下降可以进行克服，即，通过设定所述逆变器来输出一个电压以补偿在正常工作期间的电压下降，但是，这导致所公开的装置的工作效率下降。
Cheng等人的美国专利号5,883,796公开了补偿电压骤降的另一个技术。这个专利描述了一个装置和方法，使用带有普通DC总线的一个三相逆变器和一个耦合输入变压器来修复电压骤降。因此，这个设备和方法与在美国专利号5,329,222中描述的具有相似的局限性，因为高的工作效率和在所述输入变压器上的低的电压下降，不能同时得到。
SP System的国际申请公开号PCT/SG00/00057公开了另一种补偿电压骤降的技术。其公开了一种装置和方法，适用于在低电压电力系统，补偿电压骤降。在这种方法中，独立的逆变器被直接连接到负载的电力线路的每一相上。由于不使用耦合输入变压器，所以，所述补偿器的费用，重量和占用面积都可以减到最小。
Divan等人的美国专利号6,118,676公开了补偿电压骤降的另一个技术。这个专利描述了装置和方法，使用源自于在所述电压骤降过程中所述电力线路的剩余电压的能量来补偿电压骤降。然而，当在所述电压骤降过程中，所述电力线路的剩余电压的能量很低，或者所述电压骤降的深度高，这个方法很难得到足够的能量来实现所述补偿。而且，在电压骤降和骤降恢复中，暂态电流可能从所述电力供应中提取。这个专利的所述电力转换方法使用半桥逆变器，对于相同量的输出电压，半桥逆变器需要比全桥逆变器更高的DC总线电压。
除了上述的电压补偿器，不间断电源(UPS)被用于补偿电压骤降和电压暂态，电压骤升和下降。但是，UPS通常包括更多的转换设备，昂贵的控制器和巨大的能量存储单元，使得UPS更加昂贵。这样的UPS具有进一步的局限性，在于它一般工作效率更低。
因此，当前技术没有能够提供一个轻的，便宜的和高效率的设备来补偿可能造成工业和商业系统故障或关闭的电压骤降。
发明内容
本发明的一个目的是基本上克服，或至少改善，现有设备的一个或多个缺点。
根据本发明的一个方面，提供一种动态串联电压补偿器，用来在一个交流电电力系统中补偿电压骤降，所述动态串联电压补偿器包括一个能量存储单元，用于以直流电压的形式存储能量；一个电流共享静态开关，被连接在所述动态串联电压补偿器的输入和输出终端之间，用于有选择地连接所述输入和输出终端；一个串联输入逆变器，与所述电流共享静态开关并联连接，用来转换来自于所述能量存储单元的所述直流电压到交流电压；以及一个系统控制器，用来检测在所述输入终端上的电压骤降，控制所述电流共享静态开关和所述串联输入逆变器，其中，没有检测到电压骤降时，所述系统控制器控制所述电流共享静态开关为导电状态，持续一个电流周期的至少一部分，并控制所述串联输入逆变器传导一部分所述电流到所述输出终端，并且一旦所述系统控制器检测到一个电压骤降，所述系统控制器控制所述电流共享静态开关为非导电状态，并控制所述串联输入逆变器在所述输入和输出终端之间输入一个电压信号，以补偿所述电压骤降。
优选地，所述电流共享静态开关包括反平行连接的晶闸管；以及一个晶闸管驱动电路，用来从所述系统控制器接收一个控制信号，用来向所述反平行连接的晶闸管提供放电信号以响应所述控制信号，其中，没有检测到电压骤降时，所述系统控制器控制所述晶闸管驱动电路在流经所述电流共享静态开关的电流交零之后的一段预定时间之后，提供所述放电信号。
优选地，所述串联输入逆变器包括转换设备的一个全电桥，并且当所述电流共享静态开关被控制为导电时，所述转换设备被转换使得在所述输入和输出终端之间不输入任何电压信号。
本发明的实施例将结合附图进行详细说明，其中图1显示了带有一个电流共享静态开关的一个动态串联电压补偿器的单相实施例和所述动态串联电压补偿器在一个应用电路中的连接方式的示意框图；图2显示了所述的动态串联电压补偿器的详细示意图；图3显示了所述动态串联电压补偿器的一个系统控制器的详细示意图；图4显示了带有电流共享静态开关的一个动态串联电压补偿器的三相实施例的示意框图；图5A显示了所述AC电源的一个典型的电压骤降的示波图；图5B显示了在图5A所示的电压骤降期间，所述单相动态串联电压补偿器的输出电压的示波图；图6A显示了来自于三相AC电源的一个典型的电压骤降的示波图；图6B显示了在图6A所示的电压骤降期间，所述的三相动态串联电压补偿器的输出电压的示波图。
具体实施例方式
在任何一个或多个附图中提到的特征，具有相同附图标记的，在描述中就具有相同的功能或操作，除非出现相反的意图。
图1显示了一个动态串联电压补偿器100的单相实施例的示意图，所述补偿器100被连接在一个AC电源105和一个AC负载106之间。所述动态串联电压补偿器100可以补偿所述AC电源105的供应电压的电压骤降。一个典型的电压骤降的波形121也被显示出。所述动态串联电压补偿器100也可以在多相系统中使用来补偿这样一个多相系统的各个供应相的供应电压的电压骤降。所述动态串联电压补偿器100的三相实施例被显示，并且结合图4进行描述。
参考图1，该优选实施例的所述动态串联电压补偿器100包括一个电流共享静态开关101，一个串联输入逆变器102，一个系统控制器103，用来控制所述电流共享静态开关101和所述串联输入逆变器102，以及一个能量存储单元104，该单元用来向所述串联输入逆变器102以直流(DC)电压的形式提供能量。所述能量存储单元104可以由一个超高电容，一个飞轮系统，一个电池或其他任何能够以DC电压的形式提供能量的装置构成。
所述的电流共享静态开关101与所述的串联输入逆变器102并联地连接，并且它们都分别通过电线107和108连接在所述AC电源105和负载106之间。一条中线109充当了回路。所述能量存储单元104通过电线116和117向所述串联输入逆变器102提供DC电压。所述系统控制器103以及能量存储单元104也连接到所述中线109，从那里获得一个参考电压。
所述系统控制器103从电线107得到向所述动态串联电压补偿器100的一个输入电压信号；从电线108得到所述动态电压补偿器100的一个输出电压信号；通过所述电流的信号线115，得到一个电流信号，其通过所述电流共享静态开关101被一个电流传感器118测量；通过所述电流的信号线120，得到一个电流信号，其通过所述串联输入逆变器102，被一个电流传感器119测量；并且，通过信号线110和信号线111，得到串联输入逆变器102的DC总线电压。所述系统控制器103，通过控制线114，控制所述电流共享静态开关101，通过控制线112和113控制所述串联输入逆变器102。
在正常工作情况下，即，当所述电源105在预定的界限内提供一个电压时，所述系统控制器103控制所述电流共享静态开关101和所述串联输入逆变器102，使得到所述负载106的电流被所述电流共享静态开关101和所述串联输入逆变器102共享。在下文中，正常工作情况也指所述电流共享模式。
当所述系统控制器103检测到来自于所述AC电源105的电压骤降超过所述预定界限，这通过测量线路107上的电压进行检测，所述系统控制器103控制所述电流共享静态开关101打开，并且所述串联输入逆变器102，在终端107和108之间输入能量，使得处于或接近于所述额定电压水平的AC电源被提供到负载106。这样，所述动态串联电压补偿器100，以及特别是所述串联输入逆变器102，就在电线107和108之间输入电压，使得所述负载106接收一个没有骤降的电源供应，如波形122所示。
图2显示了比图1更详细的动态串联电压补偿器100的示意图，并结合图2进行描述。特别地，更详细地示出了所述电流共享静态开关101和所述串联输入逆变器102。还显示了所述系统控制器103和所述能量存储单元104的连接。
所述电流共享静态开关101包括反平行连接的晶闸管210和211，以及一个晶闸管驱动电路212。所述晶闸管驱动电路212，通过控制线114从控制器103接收一个控制信号。当控制线114上的所述控制信号是“高”，所述晶闸管驱动电路212向晶闸管210和211提供开始放电信号，使得当各自合适的电压极性被施加时，晶闸管210和211中的每一个成为导电的。相反，当控制线114上的所述控制信号是“低”，所述晶闸管驱动电路212不向晶闸管210和211提供开始放电信号，当通过晶闸管210和211的各自的电流到达“0”时，所述的晶闸管210和211形成一个断开的电路。
所述串联输入逆变器102包括一个转换设备200的全桥，桥驱动单元205和206，一个转换谐波滤波器，以及DC总线电容器209，其在DC供应电压之上被连接，通过线路116和117，由所述能量存储单元104供给。转换设备200的全桥包括4个带有被反平行连接的续流二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)201，202，203和204。所述转换谐波滤波器，包括串联的电感器208和电容器207，并且被连接在转换设备200的全桥的输出终端之间，所述电感器208被连接在正的输出终端“+”，所述电容器207被连接在负的输出终端“-”。所述电感器208和所述电容器207之间的连接点，被连接到电线108，来构成所述串联输入逆变器的输出终端，而转换设备200的全桥的负的输出终端，被连接到电线107，构成所述串联输入逆变器的输入终端。
所述串联输入逆变器102，在控制线112和113上，从所述系统控制器103接收控制信号。当控制线112上的所述控制信号是“高”，IGBT203处于导电模式，并且，由于控制线112上的所述控制信号被桥驱动单元206逆转，所以ICBT204处于断开模式，并且反之亦然。相似地，当控制线113上的所述控制信号是“高”，IGBT201处于导电模式，并且，由于控制线113上的所述控制信号被桥驱动单元205逆转，所以ICBT202处于断开模式，并且反之亦然。
所述系统控制器103，通过连接到线路116和117的线路110和111，测量由所述能量存储单元104提供到所述串联输入逆变器102的所述DC总线电压。
图3是所述动态串联电压补偿器100的所述系统控制器103的一个更详细的示意图。虽然图3的所述示意图，显示了所述系统控制器103的一个数字电路实施例，所述系统控制器103还可以以一个模拟电路或以数字电路和模拟电路组合的形式实现。
如结合图1和图2描述的，所述系统控制器103接收5个输入，它们是从电线107得到的，到所述动态电压补偿器100的所述输入电压信号；从电线108得到的，所述动态电压补偿器100的所述输出电压信号；
通过所述电流共享静态开关101，被电流传感器118测量的，并通过信号线115被提供的所述电流；通过所述串联输入逆变器102，被电流传感器119测量的，并通过信号线120被提供给所述系统控制器103的所述电流；以及所述串联输入逆变器102的所述DC总线电压，它是通过信号线110和信号线111接收的电压的差异，该电压通过传递通过信号线110和信号线111，并且通过一个差分衰减电路306接收的电压而得到。
这些输入中的每一个是模拟的形式，分别通过模拟数字(A/D)转换器301、302、305和304，被转换到数字形式。另外，到所述动态串联电压补偿器100的所述输入电压信号的数字信号，被数字滤波器307进行预处理。
所述系统控制器103的输出有对IGBT201和IGBT202的控制信号，通过控制线113输出，有对IGBT203和IGBT204的控制信号，通过控制线112输出，有对所述电流共享静态开关101的所述晶闸管驱动电路212的控制信号，通过控制线114输出。所述中线109被连接到所述系统控制器103的内部接地，在图3中以327指示出。一个过流检测部件314，接收通过所述电流共享静态开关101的所述电流的数字形式作为输入，并接收通过所述串联输入逆变器102的所述电流的数字形式作为输入，并且确定过流情况是否存在。当所述过流检测部件314，确定通过所述电流共享静态开关101(图2)的所述电流，或者通过所述串联输入逆变器102的所述电流，是否高于转换设备200的全桥的所述IGBT的容量时，所述过流检测部件314，通过信号线360，输出一个“低”信号。信号线360上的信号通常是“高”。信号线360上的“低”信号，通过与非门321，保持所述电流共享静态开关101的“开”状态或开启它；通过与门324a和324b，向控制线112和113馈送一个“低”信号，来关闭IGBT201和IGBT203，开启IGBT202和IGBT204。因此，在这种过流情况下，当所述串联输入逆变器102不在电线107和电线108之间输入任何能量时，所述电流共享静态开关101被强行进入导电模式。所述动态串联电压补偿器100，在所述过流情况下，不补偿电压骤降。
在操作中，到所述动态串联电压补偿器100的所述输入电压的被滤波的数字信号，被送到一个参考表格更新部件308。所述参考表格更新部件308，被信号线345上的信号控制。当信号线345上的信号是“低”时，这是在正常工作情况或电流共享模式，所述参考表格更新部件308连续地更新一个参考信号表格，它存储着电线107上的输入电压的数字表示。当信号线345上的信号是“高”时，这是在检测到一个电压骤降的情况，所述参考表格更新部件308冻结所述可用的参考信号表。所述参考表格更新部件308生成一个参考信号，该信号通过信号线362，被馈送入骤降检测部件309，用来检测电压骤降情况，还通过信号线341，被馈送到减法器310和311，用来生成一个输入电压信号。
减法器310计算信号线341上的参考信号和通过信号线340的电线107上的输入电压的被滤波的数字信号之间的差异。减法器311计算信号线341上的参考信号和信号线342上的输出电压的数字信号之间的差异，然后就通过脉冲输入(PI)控制312进行调整。由加法器313计算的，减法器310和PI控制312的输出的和，就被作为输入提供到脉冲宽度调制(PWM)发生器318。而且，所述PWM发生器318使用从A/D转换器304来的，所述串联输入逆变器102的所述DC总线电压，以在信号线343和信号线344上，生成PWM转换信号。
所述骤降检测部件309，接收以下信号作为输入通过信号线340，接收电线107上的所述输入电压的被滤波的数字信号，接收来自于所述参考表格更新部件308的所述参考信号，通过信号线342，接收电线108上的所述输出电压的所述数字信号，经由信号线346，接收流经所述电流共享静态开关101的电流的数字形式；并且从这些输入确定是否发生了电压骤降，应该应用哪种强制整流，以及所述的强制整流是否完成。所述的骤降检测部件309生成一个导通角控制信号作为输出，在信号线353上，通过与非门326和与非门321，提供给所述电流共享静态开关101，还生成一个两位的信号作为输出，通过信号线351和352，提供给部件315。在优选实施例中，所述骤降检测部件309，只有当来自于所述参考表格更新部件308的所述参考信号的瞬时值比存储的峰值高出30％时，才确定是否发生了电压骤降。
在一个预定的延迟消失在所述电流的每一个零交叉之后，线路353上的所述导通角控制信号被设为“高”。在所述电流的下一个零交叉之前，所述导通角控制信号又被设为“低”。当所述电流共享静态开关的所述导通角被设定为180电相角时，在所述电流的每一个零交叉之后的所述延迟被设为零。在这种情况下，信号线353上的所述导通角控制信号总是设为“高”。
部件315将从所述骤降检测部件309接收的所述两位信号解码成四个信号，被提供到信号线350，349，348和347上。当所述两位信号是“00”，在信号线350上的信号被设为“高”；其他三个信号被设为“低”。当所述两位信号是“01”，在信号线349上的信号被设为“高”；其他三个信号被设为“低”。当所述两位信号是“10”，在信号线348上的信号被设为“高”；其他三个信号被设为“低”。最后，当所述两位信号是“11”，在信号线347上的信号被设为“高”；其他三个信号被设为“低”。
当被信号线362提供的所述参考信号和被信号线340提供的所述输入电压的被滤波的数字信号之间的差异大于一个预先的设定，并且通过所述电流共享静态开关101的所述电流的数字形式为负时，骤降检测部件309生成所述的两位信号“00”。所述两位信号“00”表明需要一个正的强制整流(正FC)。
当被信号线362提供的所述参考信号和被信号线340提供的所述输入电压的被滤波的数字信号之间的差异大于一个预先的设定，并且通过所述电流共享静态开关101的所述电流的数字形式为正时，骤降检测部件309生成所述的两位信号“01”。所述两位信号“01”表明需要一个负的强制整流(负FC)。
当被信号线362提供的所述参考信号和被信号线340提供的所述输入电压的被滤波的数字信号之间的差异大于所述预先的设定，并且检测到通过所述电流共享静态开关101的所述电流的数字形式的零交叉时，所述骤降检测部件309生成所述的两位信号“11”。所述两位信号“11”表明强制整流已经完成，以及串联电压输入可以开始。这个状态一般地跟着上述生成两位信号“00”或“01”的两个状态。
在正常工作中，即，当被信号线362提供的所述参考信号和被信号线340提供的所述输入电压的被滤波的数字信号之间的差异小于所述预先的设定，骤降检测部件309生成所述的两位信号“10”，表明不需要骤降补偿，并被称为触发态。在信号线348上的信号被设为“高”；其他三个信号被部件315设为“低”，使得或门316的输出为“低”。在这个情况下，信号线345上的所述信号还是“低”，并且所述的参考表更新部件308连续地更新一个参考信号表格。或门316的输出，在被与线路353上的所述导通角控制信号一起馈送入所述与门326之前，被反相门325反相。在这种正常工作情况下，被信号线361提供的所述反相门325的输出是“高”。不是过流的情况下，线路114上的所述信号的状态将是信号线353上的所述导通角信号的状态。这样，在不是过流的情况下，当电流的相位角在所述导通角之内(信号线353上的信号为“高”)，控制线114上被强制为“高”，并且所述晶闸管驱动电路212向晶闸管210和211提供放电信号。
当信号线350，349或347上任何一个信号是高时，这发生在骤降检测部件309检测到一个电压骤降，并分别生成所述两位信号“00”，“01”或“11”，或门316的所述输出是“高”，信号线361上的信号是“低”。在不是过流的情况下，当检测到一个电压骤降时，控制线114被强制为“低”，而与信号线353上的所述导通角控制信号的所述状态无关，并且所述晶闸管驱动电路212不向晶闸管210和211提供放电信号。并且，信号线345上的所述信号是“高”，并且所述参考表更新部件308冻结所述可用的参考信号表。
因此，由上可知，当检测到一个电压骤降并且通过所述电流共享静态开关101的电流交零，所述电流共享静态开关101被关闭。当检测到一个过流情况；或当不需要骤降补偿以及电流的所述相位在所述导通相位角之内时，所述电流共享静态开关101被开启或保持开启状态。在电流共享模式，只有当电流的所述相位在所述导通相位角之内时，所述电流共享静态开关101被开启。
如上所述，当需要正的强制整流并且所述两位信号是“00”时，信号线350上的所述信号被设为“高”。在或门322之后，信号线358上的信号也是“高”。在不是过流的情况下，与门324a的所述输出是“高”，这使得控制线112是“高”，并且IGBT203被开启，而IGBT204被关闭。信号线347和348上的信号为“低”时，分别由信号线354，356和367提供的与门319，320a和320b上的所述输出为“低”，并且信号线349上的信号也是“低”时，被信号线359提供的或门323的所述输出也是“低”。与门324b的所述输出是“低”，这使得控制线113为“低”，并且IGBT202被开启，而IGBT201被关闭。
相似地，当需要负的强制整流以及所述两位信号是“01”时，信号线349上的所述信号被设为“高”，导致或门323之后的信号线359上的所述信号为“高”。在不是过流的情况下，与门324b的所述输出是“高”，这导致控制线113为“高”，并且IGBT201被开启，而IGBT202被关闭。信号线347和348上的信号为“低”时，与门320a和319上的所述输出为“低”，并且信号线350上的信号是“低”时，或门322之后的，线路358上的所述信号也是“低”。线路112上的所述信号被与门324a强制为“低”，并且IGBT204被开启，而IGBT203被关闭。
在所述负的或正的强制整流之后(分别对应于两位信号“00”和“01”)，当检测到通过所述电流共享静态开关101的所述电流的所述数字形式的零交叉时，对于骤降补偿的所述两位信号是“11”。信号线347上的所述信号被设为“高”，部件315上的其他3个输出信号被设为低。信号线343和344上的，由PWM发生器318生成的所述PWM转换信号被分别转换到控制线112和113。转换设备200(图2)的所述全桥的所述IGBT201，202，203和204被所述PWM转换信号控制，来生成一个PWM输出，这个输出在被电感器208和电容器207提供所述滤波之后，形成一个需要的正弦信号，该信号使得线路108上的所述动态电压补偿器的所述输出电压不受骤降影响。
最后，当不需要骤降补偿时，所述触发状态，所述两位信号是“10”，以及信号线348上的所述信号被设为“高”。信号线348上的所述信号为“高”，由部件317提供作为与门319的输入的一个触发信号时，由信号线354提供的与门319的所述输出是所述触发信号的状态。或门322和323的所述输出也和所述触发信号触发。在不是过流的情况下，与门324a和324b的所述输出也触发，它反过来触发控制线112和113。当部件317的所述触发信号是“高”时，IGBT201和203被开启，而IGBT202和204被关闭。当部件317的所述触发信号转换到“低”，IGBT201和203被关闭，而IGBT202和204被开启。在所述触发状态，转换设备200的所述全电桥的所述输出终端“+”和“-”被同时从负的直流总线221转换到正的直流总线220，或者被同时从正的直流总线220转换到负的直流总线221。这些触发状态不会导致输入终端107和输出终端108之间的任何紊乱。在触发状态，在所述电流的每一个零交叉之后，并且在线路353上的所述导通角控制信号被设为“高”之前，所述电流共享静态开关101是不导电的，并且所述负载电流流经所述逆变器102，其处于短路模式。当在所述预定的延迟之后，线路353上的所述导通角控制信号被设为“高”，所述电流共享静态开关101是导电的，并且所述负载电流流经所述电流共享静态开关101。
一般地，电力补偿设备几个月甚至于几年都在未检测到电压骤降的情况下工作。所述动态串联电压补偿器100检验了所述电流共享静态开关101和串联输入逆变器102的转换设备201，202，203和204在没有电压骤降期间的转换功能。特别地，所述电流共享静态开关101的所述转换功能通过所述导通角控制被检验，而所述转换设备201，202，203和204的所述转换功能通过所述触发转换被检验。所述触发转换的频率被部件317的所述信号的所述频率控制，其根据每隔多久需要检验所述转换设备201，202，203和204的所述转换功能而被确定。在一个优选的实施例中，所述触发频率是0.1Hz。
图4是一个示意框图，显示了具有一个电流共享静态开关的一个动态电压补偿器的三相实施例。实际上，图2中的具有电流共享静态开关的所述动态电压补偿器的三相实施例，被结合起来构成所述三相动态电压补偿器。在图4中，没有显示出b相和c相的控制线，信号线，所述能量存储单元和串联输入逆变器。虽然在所述动态串联电压补偿器的所述三相实施例中可以使用三个独立的系统控制器，典型地，单一一个控制器被用来控制所述三个串联输入逆变器，并且所述三个电流共享静态开关使用结合图3描述的原理。
图5A显示了线路107上的来自于所述AC电源105(图1)的一个典型的电压骤降的示波图501。图5B显示了，在图5A显示的电压骤降期间，线108上的所述单相动态串联电压补偿器100的所述输出电压的示波图502。图6A显示了来自于一个三相AC电源105的一个典型的电压骤降的示波图601，以及图6B显示了，在图6A显示的电压骤降期间，所述三相动态串联电压补偿器(图4)的所述输出电压的示波图602。在所述输入电压501和602出现的所述电压骤降被补偿，使得所述输出电压502和602不受骤降影响。
本发明的所述实施例有很多优点。一个优点是在所述电流共享模式或当从所述AC电源105没有电流骤降时，所述负载电流被所述电流共享静态开关101和所述串联输入逆变器102共享。由于所述负载电流的主要部分流经所述电流共享静态开关101，开关101在导电模式的电压下降非常小(小于1V)，因此在所述动态串联电压补偿器100的所述输入和所述输出之间，没有明显的电压下降。
本发明的所述实施例的另一个优点是，在所述电流共享模式或当从所述AC电源105没有电压骤降时，只有一小部分的负载电流流经所述逆变器102，使得所述逆变器102和所述滤波器(图2所示的电容器207和电感器208)可以保持较小的尺寸。
本发明的所述实施例的一个进一步的优点是，在所述电流共享模式或当从所述AC电源105没有电压骤降时，所述逆变器102和所述电流共享静态开关101的所述转换设备201，202，203，204，210和211的所述转换功能通过触发转换和导通角控制连续地检验。
以上只描述了本发明的一些实施例，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以做修改和/或改动，所述实施例是描述性的，没有限制性。
权利要求
1.一个动态串联电压补偿器，用于在交流电电力系统中补偿电压骤降，所述动态串联电压补偿器包括一个能量存储单元，用来以直流电压的形式存储能量；一个电流共享静态开关，连接在所述动态电压补偿器的输入和输出终端之间，用来选择连接所述输入和输出终端；一个串联输入逆变器，与所述电流共享静态开关并联连接，用来转换来自于所述能量存储单元的所述直流电压到交流电压；以及一个系统控制器，用来检测在所述输入终端上的电压骤降和控制所述电流共享静态开关和所述串联输入逆变器，其中，没有检测到电压骤降时，所述系统控制器控制所述电流共享静态开关为导电状态，持续一个电流周期的至少一部分，并控制所述串联输入逆变器传导一部分所述电流到所述输出终端，并且一旦所述系统控制器检测到一个电压骤降，所述系统控制器控制所述电流共享静态开关为非导电状态，并控制所述串联输入逆变器在所述输入和输出终端之间输入一个电压信号，以补偿所述电压骤降。
2.根据权利要求1所述的动态串联电压补偿器，其中，没有检测到电压骤降时，所述系统控制器控制所述电流共享静态开关为非导电状态，持续一个预定的时间，在流经所述电流共享静态开关的电流交零之后，并在之后控制其为导电的，直到流经所述电流共享静态开关的所述电流再次交零。
3.根据权利要求1所述的动态串联电压补偿器，其中所述电流共享静态开关包括反平行连接的晶闸管；以及一个晶闸管驱动电路，用来从所述系统控制器接收一个控制信号，用来向所述反平行连接的晶闸管提供放电信号以响应所述控制信号，其中，没有检测到电压骤降时，所述系统控制器控制所述晶闸管驱动电路在流经所述电流共享静态开关的电流交零之后的一段预定时间之后，提供所述放电信号。
4.根据权利要求3所述的动态串联电压补偿器，其中，由所述串联输入逆变器提供到所述输出终端的所述电流的所述部分，通过控制所述预定的时间来控制。
5.根据权利要求1所述的动态串联电压补偿器，其中，所述串联输入逆变器包括转换设备的一个全电桥。
6.根据权利要求5所述的动态串联电压补偿器，其中，当所述电流共享静态开关被控制为导电时，所述转换设备被转换使得在所述输入和输出终端之间不输入任何电压信号。
7.根据权利要求5所述的动态串联电压补偿器，其中，所述全电桥包括4个具有反平行连接的续流二极管的绝缘栅双极型晶体管。
8.根据权利要求5所述的动态串联电压补偿器，其中，所述串联输入逆变器进一步包括一个低通滤波器，所述低通滤波器包括一个电容器和一个电感器。
9.根据权利要求1所述的动态串联电压补偿器，其中，所述系统控制器包括一个参考信号表，该表用来存储代表没有检测到电压骤降时的所述输入终端上的电压的值，所述系统控制器使用所述参考信号表中的所述值来检测所述电压骤降并控制由所述串联输入逆变器输入的所述电压信号。
10.根据权利要求9所述的动态串联电压补偿器，其中，当所述输入终端上的电压和所述参考信号表中存储的一个对应值之间的差异超过一个预定值时，所述系统控制器检测到电压骤降。
11.根据权利要求10所述的动态串联电压补偿器，其中，只有当所述参考信号表中的所述对应值超过存储在所述参考信号表中的峰值30％时，所述系统控制器才执行电压骤降检测。
12.根据权利要求9所述的动态串联电压补偿器，其中，当检测到电压骤降时，所述参考信号表被冻结。
13.根据权利要求9所述的动态串联电压补偿器，其中，所述输入终端上的电压和所述参考信号表中存储的一个对应值之间的至少一个差异被用于生成一个脉冲宽度调制控制信号到所述串联输入逆变器。
14.根据权利要求13所述的动态串联电压补偿器，其中，所述输入终端上的电压和所述对应值之间的一个差异被进一步用于生成所述脉冲宽度调制控制信号。
15.根据权利要求1所述的动态串联电压补偿器，其中，所述系统控制器进一步监控流经所述串联输入逆变器的电流和流经所述电流共享静态开关的电流，来检测一个过流状态。
16.根据权利要求15所述的动态串联电压补偿器，其中，所述系统控制器一检测到流经所述电流共享静态开关的所述电流或流经所述串联输入逆变器的所述电流中的至少一个高于所述串联输入逆变器的转换设备的容量时，所述系统控制器控制所述电流共享静态开关为导电的，持续一个完整的电流周期。
17.根据权利要求1所述的动态串联电压补偿器，其中，所述能量存储单元包括一个或多个超高电容，一个储能系统和一个电池单元。
全文摘要
本发明描述了用于在电力线路中补偿电压骤降的一个动态串联电压补偿器(100)。其包括一电流共享静态开关(101)，一串联输入逆变器(102)，一能量存储单元(104)和一系统控制器(103)。所述电流共享静态开关(101)包括一对反平行晶闸管(210)和(211)。所述串联输入逆变器包括4个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(201，202，203和204)，它们构成了转换设备200的一个全电桥。所述系统控制器(103)监控所述输入电压来确定是否需要电压补偿，并监控所述输出来确定需要补偿多少。在电力线路正常工作情况下，即，当不需要电压补偿时，通过控制晶闸管(210)和(211)的所述导通角，所述负载电流在所述电流共享静态开关(101)和所述串联输入逆变器(102)之间共享。当所述电流共享静态开关(101)是导电的，所述逆变器(102)也被控制做触发转换，使得不执行电压补偿。所述串联输入逆变器(102)的所述触发转换和电流共享静态开关(101)的导通角控制用来检验所述逆变器(102)和所述电流共享静态开关(101)的转换设备的功能。当电力线路中有电压骤降时，所述电流共享静态开关(101)立刻就被触发关闭，并且所述逆变器(102)进行所述补偿。所述补偿器(100)具有非常高的工作效率。由于在电力线路正常工作情况下，很少量的电流流经所述逆变器(102)，所述转换设备(201)，(202)，(203)和(204)以及所述逆变器(102)的所述滤波器(207)和(208)可以为低损耗。这样，就公开了一个高效率的，重量轻的和体积小的动态串联电压补偿器。
文档编号H02J3/00GK1625824SQ02828878
公开日2005年6月8日 申请日期2002年5月2日 优先权日2002年5月2日
发明者李宏群, 许伯健, 苏寿昌 申请人:Sp系统公司