專利名稱：一種三相三線制混合型統一電網電能質量調節器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，屬于電氣自動化設備技術領域。
背景技術：
目前電網中各種電力電子裝置的大量應用很大程度上提高了電能的利用率，但是隨之而來的是這些電力電子裝置所導致的諧波和無功電流對電網產生嚴重的污染，影響電網的電能質量。隨著電力電子裝置的日益普及和發展，電網中的諧波以及造成的危害日益嚴重，引起了世界各國的普遍重視。有源電力濾波器(Active Power Filter，以下簡稱APF)，因其具有良好的諧波補償效果正逐漸被廣泛應用。APF根據系統結構的不同可分為串聯型、并聯型兩類。不同類型的APF對同一諧波源的補償特性不盡相同。現已有研究證實并聯型APF適合補償直流側電感濾波的整流電路，即電流型諧波源；串聯型APF適合補償直流側電容濾波的整流電路，即電壓型諧波源。針對兩種有源電力濾波器或多或少都具有一定局限性這一情況，出現了串并聯有源電力濾波器。它將并聯型有源電力濾波器與串聯型有源電力濾波器結合起來，既能補償電流諧波，也能補償電壓諧波。如果控制得當，該結構還能有效補償電網諧波電壓及電網波動，使負載側的供電質量得到顯著提高。由于其功能豐富，因此被稱為統一電能質量調節器(Unified Power Quality Controller,以下簡稱UPQC),圖1所示為已有的三相三線制統一電能質量調節器的電路原理圖。近年來，雖有大量學者從事UPQC的研究，且已取得了顯著效果，但當前的UPQC在以下幾方面依舊存在問題1、并聯部分基本上都采用變流器串聯輸出電感結構，此結構僅適用于電網電壓等級較低的情況。若在中高壓環境下運行必須增添耦合變壓器，這意味著成本、體積大幅度地提高。使得系統不論從經濟上還是性能上考慮，性價比都大打折扣。2、采用上文所述的結構，并聯部分若想達到較好的補償效果，需要較高的母線電壓，意味著IGBT的耐壓等級及容量急劇增加。

發明內容
本發明的目的是提出一種三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，改變已有電能質量調節器的結構，使并聯部分的有源濾波器先與一個無源濾波器串聯然后再并網，這樣能夠省去傳統結構中的耦合變壓器同時還降低了變流器和直流母線的容量。本發明提出的三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，包括串聯補償模塊和并聯補償模塊，所述的串聯補償模塊與電網相連，所述的并聯補償模塊與電網負載相連，串聯補償模塊與并聯補償模塊通過直流母線相連；所述的串聯補償模塊，包括一個三相變流器、一個三相變壓器、三個濾波電抗器、三個濾波電容支路和三組反并聯晶閘管；所述的三相變流器的直流端與直流母線并聯，三相變流器的交流端分別與所述的三個濾波電抗器的一端相連，三個濾波電抗器的另一端分別與所述的三相變壓器原邊的輸入端相連，三相變壓器原邊的輸出端相互連接在一起，三相變壓器副邊的輸入端接入電網，三相變壓器副邊的輸出端連接負載；所述的三個濾波電容支路分別由一個濾波電容器構成，三個濾波電容支路的一端分別與變壓器原邊輸入端相連，三個濾波電容支路的另一端連接到一起；所述的三組反并聯晶閘管分別與所述的三相變壓器副邊的輸入端和輸出端相并聯；所述的并聯補償模塊，包括一個三相變流器、三個濾波電抗器、三個濾波電容器、一個三相接觸器和兩組反并聯晶閘管；所述的三相接觸器的三組常開觸點的一端分別與三相變流器的交流端相連，三相接觸器的三組常開觸點的另一端分別連接到所述的三個濾波電抗器的一端，三個濾波電抗器的另一端分別連接到三個濾波電容器的一端，三個濾波電抗器中的任意兩個濾波電抗器的該端同時分別與所述的兩組反并聯晶閘管的一端相連，三個濾波電抗器中的另一個濾波電抗器的該端用引出導線引出，三個濾波電容器的另一端作為并聯補償模塊的輸出端與負載相連，兩組反并聯晶閘管的另一端相互連接后與引出導線相連。本發明提出的三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，其優點是1、本發明的電能質量調節器，由于在并聯補償模塊中加入了濾波電容，使補償模塊中的三相變流器只需提供諧波電壓，大大降低了三相變流器的容量，有利于節約設備成本，提高工作效率；且無需耦合變壓器，即可在中壓環境中投入運行。2、本發明的電能質量調節器，由于在并聯補償模塊中加入了濾波電容，在對電網補償諧波的同時，還可為負載提供一定的無功電流。3、本發明的電能質量調節器，可以實現濾波控制，與現有UPQC相比，不論是針對電壓源型負載還是電流源型負載都具有更好的諧波補償效果。4.本發明提供的統一電能質量調節器，具有傳統統一電能質量調節器的所有功能，并且補償效果更好、性價比更高、應用范圍更廣。


圖1為已有的統一電能質量調節器的電路原理圖。圖2為本發明提出的統一電網電能質量調節器的電路原理圖。圖3為利用本發明電能質量調節器對電流源型負載進行諧波補償后的電網電流波形。圖4為利用本發明電能質量調節器對電壓源型負載進行諧波補償后的電網電流波形。圖5為利用本發明電能質量調節器對電網電壓凹陷進行補償后的負載電壓波形。圖6為利用本發明電能質量調節器對電網諧波電壓進行補償后的負載電壓波形。
具體實施例方式本發明提出的三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，其電路原理圖如圖2所示，包括串聯補償模塊和并聯補償模塊，所述的串聯補償模塊與電網相連，所述的并聯補償模塊與電網負載相連，串聯補償模塊與并聯補償模塊通過直流母線相連。
上述串聯補償模塊，包括一個三相變流器1、一個三相變壓器2、三個濾波電抗器Lfla/Lflb/Lfl。、三個濾波電容支路Cfla/Cflb/Cfl。和三組反并聯晶閘管Sla/Slb/Sle。三相變流器I的直流端與直流母線Cde并聯，三相變流器I的交流端分別與所述的三個濾波電抗器Lfla/Lflb/Lflc的一端相連，三個濾波電抗器Lfla/Lflb/Lfl。的另一端分別與所述的三相變壓器2原邊的輸入端Ta+/Tb+/T。+相連，三相變壓器原邊的輸出端ta-/tb-/t。-相互連接在一起，三相變壓器2副邊的輸入端Ta+/Tb+/T。+接入電網，三相變壓器2副邊的輸出端Ta_/Tb_/IV連接負載；所述的三個濾波電容支路Cfla/Cflb/Cfl。分別由一個濾波電容器構成，三個濾波電容支路Cfla/Cflb/Cfl。的一端分別與變壓器2原邊輸入端Ta+/Tb+/T。+相連，三個濾波電容支路Cfla/Cflb/Cflc的另一端連接到一起；所述的三組反并聯晶閘管Sla/slb/sle分別與所述的三相變壓器2副邊的輸入端Ta+/Tb+/T。+和輸出端Ta_/Tb_/IV相并聯；所述的并聯補償模塊，包括一個三相變流器3、三個濾波電抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。、三個濾波電容器Cf2a/Cf2b/Cf2。、一個三相接觸器K和兩組反并聯晶閘管S2a/S2。；所述的三相接觸器K的三組常開觸點Ka/Kb/K。的一端分別與三相變流器3的交流端相連，三相接觸器K的三組常開觸點Ka/Kb/K。的另一端分別連接到所述的三個濾波電抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。的一端，三個濾波電抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。的另一端分別連接到三個濾波電容器Cf2a/Cf2b/Cf2。的一端，三個濾波電抗器中Lf2a/Lf2b/Lf2。的任意兩個濾波電抗器的該端同時分別與所述的兩組反并聯晶閘管S2a/S2。的一端相連，三個濾波電抗器Lf2a/Lf2b/Lf2。中的另一個濾波電抗器的該端用引出導線引出，三個濾波電容器Cf2a/Cf2b/Cf2。的另一端作為并聯補償模塊的輸出端與負載相連，兩組反并聯晶閘管S2a/S2。的另一端相互連接后與引出導線相連。圖3—圖6給出了采用本發明提出的統一電能質量調節器工作時的波形圖。在此，負載為三相不控整流器帶電阻負荷或三相不控整流器帶電阻、電容并聯負荷。工作時的電網、負載參數如下表所示表I系統參數
權利要求
1.一種三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，其特征在于該電能質量調節器包括串聯補償模塊和并聯補償模塊，所述的串聯補償模塊與電網相連，所述的并聯補償模塊與電網負載相連，串聯補償模塊與并聯補償模塊通過直流母線相連； 所述的串聯補償模塊，包括一個三相變流器、一個三相變壓器、三個濾波電抗器、三個濾波電容支路和三組反并聯晶閘管；所述的三相變流器的直流端與直流母線并聯，三相變流器的交流端分別與所述的三個濾波電抗器的一端相連，三個濾波電抗器的另一端分別與所述的三相變壓器原邊的輸入端相連，三相變壓器原邊的輸出端相互連接在一起，三相變壓器副邊的輸入端接入電網，三相變壓器副邊的輸出端連接負載；所述的三個濾波電容支路分別由一個濾波電容器構成，三個濾波電容支路的一端分別與變壓器原邊輸入端相連，三個濾波電容支路的另一端連接到一起；所述的三組反并聯晶閘管分別與所述的三相變壓器副邊的輸入端和輸出端相并聯； 所述的并聯補償模塊，包括一個三相變流器、三個濾波電抗器、三個濾波電容器、一個三相接觸器和兩組反并聯晶閘管；所述的三相接觸器的三組常開觸點的一端分別與三相變流器的交流端相連，三相接觸器的三組常開觸點的另一端分別連接到所述的三個濾波電抗器的一端，三個濾波電抗器的另一端分別連接到三個濾波電容器的一端，三個濾波電抗器中的任意兩個濾波電抗器的該端同時分別與所述的兩組反并聯晶閘管的一端相連，三個濾波電抗器中的另一個濾波電抗器的該端用引出導線引出，三個濾波電容器的另一端作為并聯補償模塊的輸出端與負載相連，兩組反并聯晶閘管的另一端相互連接后與引出導線相連。
全文摘要
本發明涉及一種三相三線制混合型統一電網電能質量調節器，屬于電氣自動化設備技術領域。包括串聯補償模塊和并聯補償模塊，所述的串聯補償模塊與電網相連，所述的并聯補償模塊與電網負載相連，串聯補償模塊與并聯補償模塊通過直流母線相連。本發明的電能質量調節器，在并聯補償模塊中加入了濾波電容，使補償模塊中的三相變流器只需提供諧波電壓，降低了三相變流器的容量，有利于節約設備成本，提高工作效率；且無需耦合變壓器，即可在中壓環境中投入運行；在并聯補償模塊中加入了濾波電容，在對電網補償諧波的同時，還可為負載提供一定的無功電流；并且補償效果好、性價比高、應用范圍廣。
文檔編號H02J3/01GK103066599SQ20121054145
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優先權日2012年12月13日
發明者耿華, 朱天博, 楊耕, 喬正盛, 杜小剛 申請人:清華大學