专利名称：一种三相三线制混合型统一电网电能质量调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，属于电气自动化设备技术领域。
背景技术：
目前电网中各种电力电子装置的大量应用很大程度上提高了电能的利用率，但是随之而来的是这些电力电子装置所导致的谐波和无功电流对电网产生严重的污染，影响电网的电能质量。随着电力电子装置的日益普及和发展，电网中的谐波以及造成的危害日益严重，引起了世界各国的普遍重视。有源电力滤波器(Active Power Filter，以下简称APF)，因其具有良好的谐波补偿效果正逐渐被广泛应用。APF根据系统结构的不同可分为串联型、并联型两类。不同类型的APF对同一谐波源的补偿特性不尽相同。现已有研究证实并联型APF适合补偿直流侧电感滤波的整流电路，即电流型谐波源；串联型APF适合补偿直流侧电容滤波的整流电路，即电压型谐波源。针对两种有源电力滤波器或多或少都具有一定局限性这一情况，出现了串并联有源电力滤波器。它将并联型有源电力滤波器与串联型有源电力滤波器结合起来，既能补偿电流谐波，也能补偿电压谐波。如果控制得当，该结构还能有效补偿电网谐波电压及电网波动，使负载侧的供电质量得到显著提高。由于其功能丰富，因此被称为统一电能质量调节器(Unified Power Quality Controller,以下简称UPQC),图1所示为已有的三相三线制统一电能质量调节器的电路原理图。近年来，虽有大量学者从事UPQC的研究，且已取得了显著效果，但当前的UPQC在以下几方面依旧存在问题1、并联部分基本上都采用变流器串联输出电感结构，此结构仅适用于电网电压等级较低的情况。若在中高压环境下运行必须增添耦合变压器，这意味着成本、体积大幅度地提高。使得系统不论从经济上还是性能上考虑，性价比都大打折扣。2、采用上文所述的结构，并联部分若想达到较好的补偿效果，需要较高的母线电压，意味着IGBT的耐压等级及容量急剧增加。
发明内容
本发明的目的是提出一种三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，改变已有电能质量调节器的结构，使并联部分的有源滤波器先与一个无源滤波器串联然后再并网，这样能够省去传统结构中的耦合变压器同时还降低了变流器和直流母线的容量。本发明提出的三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，包括串联补偿模块和并联补偿模块，所述的串联补偿模块与电网相连，所述的并联补偿模块与电网负载相连，串联补偿模块与并联补偿模块通过直流母线相连；所述的串联补偿模块，包括一个三相变流器、一个三相变压器、三个滤波电抗器、三个滤波电容支路和三组反并联晶闸管；所述的三相变流器的直流端与直流母线并联，三相变流器的交流端分别与所述的三个滤波电抗器的一端相连，三个滤波电抗器的另一端分别与所述的三相变压器原边的输入端相连，三相变压器原边的输出端相互连接在一起，三相变压器副边的输入端接入电网，三相变压器副边的输出端连接负载；所述的三个滤波电容支路分别由一个滤波电容器构成，三个滤波电容支路的一端分别与变压器原边输入端相连，三个滤波电容支路的另一端连接到一起；所述的三组反并联晶闸管分别与所述的三相变压器副边的输入端和输出端相并联；所述的并联补偿模块，包括一个三相变流器、三个滤波电抗器、三个滤波电容器、一个三相接触器和两组反并联晶闸管；所述的三相接触器的三组常开触点的一端分别与三相变流器的交流端相连，三相接触器的三组常开触点的另一端分别连接到所述的三个滤波电抗器的一端，三个滤波电抗器的另一端分别连接到三个滤波电容器的一端，三个滤波电抗器中的任意两个滤波电抗器的该端同时分别与所述的两组反并联晶闸管的一端相连，三个滤波电抗器中的另一个滤波电抗器的该端用引出导线引出，三个滤波电容器的另一端作为并联补偿模块的输出端与负载相连，两组反并联晶闸管的另一端相互连接后与引出导线相连。本发明提出的三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，其优点是1、本发明的电能质量调节器，由于在并联补偿模块中加入了滤波电容，使补偿模块中的三相变流器只需提供谐波电压，大大降低了三相变流器的容量，有利于节约设备成本，提高工作效率；且无需耦合变压器，即可在中压环境中投入运行。2、本发明的电能质量调节器，由于在并联补偿模块中加入了滤波电容，在对电网补偿谐波的同时，还可为负载提供一定的无功电流。3、本发明的电能质量调节器，可以实现滤波控制，与现有UPQC相比，不论是针对电压源型负载还是电流源型负载都具有更好的谐波补偿效果。4.本发明提供的统一电能质量调节器，具有传统统一电能质量调节器的所有功能，并且补偿效果更好、性价比更高、应用范围更广。
图1为已有的统一电能质量调节器的电路原理图。图2为本发明提出的统一电网电能质量调节器的电路原理图。图3为利用本发明电能质量调节器对电流源型负载进行谐波补偿后的电网电流波形。图4为利用本发明电能质量调节器对电压源型负载进行谐波补偿后的电网电流波形。图5为利用本发明电能质量调节器对电网电压凹陷进行补偿后的负载电压波形。图6为利用本发明电能质量调节器对电网谐波电压进行补偿后的负载电压波形。
具体实施例方式本发明提出的三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，其电路原理图如图2所示，包括串联补偿模块和并联补偿模块，所述的串联补偿模块与电网相连，所述的并联补偿模块与电网负载相连，串联补偿模块与并联补偿模块通过直流母线相连。
上述串联补偿模块，包括一个三相变流器1、一个三相变压器2、三个滤波电抗器Lfla/Lflb/Lfl。、三个滤波电容支路Cfla/Cflb/Cfl。和三组反并联晶闸管Sla/Slb/Sle。三相变流器I的直流端与直流母线Cde并联，三相变流器I的交流端分别与所述的三个滤波电抗器Lfla/Lflb/Lflc的一端相连，三个滤波电抗器Lfla/Lflb/Lfl。的另一端分别与所述的三相变压器2原边的输入端Ta+/Tb+/T。+相连，三相变压器原边的输出端ta-/tb-/t。-相互连接在一起，三相变压器2副边的输入端Ta+/Tb+/T。+接入电网，三相变压器2副边的输出端Ta_/Tb_/IV连接负载；所述的三个滤波电容支路Cfla/Cflb/Cfl。分别由一个滤波电容器构成，三个滤波电容支路Cfla/Cflb/Cfl。的一端分别与变压器2原边输入端Ta+/Tb+/T。+相连，三个滤波电容支路Cfla/Cflb/Cflc的另一端连接到一起；所述的三组反并联晶闸管Sla/slb/sle分别与所述的三相变压器2副边的输入端Ta+/Tb+/T。+和输出端Ta_/Tb_/IV相并联；所述的并联补偿模块，包括一个三相变流器3、三个滤波电抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。、三个滤波电容器Cf2a/Cf2b/Cf2。、一个三相接触器K和两组反并联晶闸管S2a/S2。；所述的三相接触器K的三组常开触点Ka/Kb/K。的一端分别与三相变流器3的交流端相连，三相接触器K的三组常开触点Ka/Kb/K。的另一端分别连接到所述的三个滤波电抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。的一端，三个滤波电抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。的另一端分别连接到三个滤波电容器Cf2a/Cf2b/Cf2。的一端，三个滤波电抗器中Lf2a/Lf2b/Lf2。的任意两个滤波电抗器的该端同时分别与所述的两组反并联晶闸管S2a/S2。的一端相连，三个滤波电抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。中的另一个滤波电抗器的该端用引出导线引出，三个滤波电容器Cf2a/Cf2b/Cf2。的另一端作为并联补偿模块的输出端与负载相连，两组反并联晶闸管S2a/S2。的另一端相互连接后与引出导线相连。图3—图6给出了采用本发明提出的统一电能质量调节器工作时的波形图。在此，负载为三相不控整流器带电阻负荷或三相不控整流器带电阻、电容并联负荷。工作时的电网、负载参数如下表所示表I系统参数
权利要求
1.一种三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，其特征在于该电能质量调节器包括串联补偿模块和并联补偿模块，所述的串联补偿模块与电网相连，所述的并联补偿模块与电网负载相连，串联补偿模块与并联补偿模块通过直流母线相连； 所述的串联补偿模块，包括一个三相变流器、一个三相变压器、三个滤波电抗器、三个滤波电容支路和三组反并联晶闸管；所述的三相变流器的直流端与直流母线并联，三相变流器的交流端分别与所述的三个滤波电抗器的一端相连，三个滤波电抗器的另一端分别与所述的三相变压器原边的输入端相连，三相变压器原边的输出端相互连接在一起，三相变压器副边的输入端接入电网，三相变压器副边的输出端连接负载；所述的三个滤波电容支路分别由一个滤波电容器构成，三个滤波电容支路的一端分别与变压器原边输入端相连，三个滤波电容支路的另一端连接到一起；所述的三组反并联晶闸管分别与所述的三相变压器副边的输入端和输出端相并联； 所述的并联补偿模块，包括一个三相变流器、三个滤波电抗器、三个滤波电容器、一个三相接触器和两组反并联晶闸管；所述的三相接触器的三组常开触点的一端分别与三相变流器的交流端相连，三相接触器的三组常开触点的另一端分别连接到所述的三个滤波电抗器的一端，三个滤波电抗器的另一端分别连接到三个滤波电容器的一端，三个滤波电抗器中的任意两个滤波电抗器的该端同时分别与所述的两组反并联晶闸管的一端相连，三个滤波电抗器中的另一个滤波电抗器的该端用引出导线引出，三个滤波电容器的另一端作为并联补偿模块的输出端与负载相连，两组反并联晶闸管的另一端相互连接后与引出导线相连。
全文摘要
本发明涉及一种三相三线制混合型统一电网电能质量调节器，属于电气自动化设备技术领域。包括串联补偿模块和并联补偿模块，所述的串联补偿模块与电网相连，所述的并联补偿模块与电网负载相连，串联补偿模块与并联补偿模块通过直流母线相连。本发明的电能质量调节器，在并联补偿模块中加入了滤波电容，使补偿模块中的三相变流器只需提供谐波电压，降低了三相变流器的容量，有利于节约设备成本，提高工作效率；且无需耦合变压器，即可在中压环境中投入运行；在并联补偿模块中加入了滤波电容，在对电网补偿谐波的同时，还可为负载提供一定的无功电流；并且补偿效果好、性价比高、应用范围广。
文档编号H02J3/01GK103066599SQ20121054145
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者耿华, 朱天博, 杨耕, 乔正盛, 杜小刚 申请人:清华大学