一种串联有源交流电压质量调节器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种串联有源交流电压质量调节器及控制方法，其中充电及储能装置由可控硅Ｖ１的阳极与可控硅Ｖ２的阴极相连后再与隔离变压器２的一个输出端相连；可控硅Ｖ３的阳极与可控硅Ｖ４的阴极相连后再与隔离变压器２的另一个输出端相连；可控硅Ｖ１的阴极与可控硅Ｖ３的阴极相并联后再与电容器Ｃ的正极相连；可控硅Ｖ２的阳极与可控硅Ｖ４的阳极相并联后再与电容器Ｃ的负极相连组成。本发明专利技术可自适应调整逆变器直流侧电压。可以对配电系统中的交流电源进行稳压和滤波，提高交流电源的供电电压质量，即使在供电电压频率波动的情况下，该有源交流电压质量控制器也具有较高的稳压能力和滤波性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电工
，特别涉及一种可自适应调整直流侧电压的串联有源交流电压质量调节器及控制方法。
技术介绍
随着现代科学技术的发展，一方面，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，人们对电能质量及可靠性的要求越来越高；另一方面，造成电能质量问题的因素不断增长，上述问题的矛盾愈来愈突出。电能质量问题大多可以归结为电压质量问题，特别是公共结点的电压质量问题。电网电压存在的各种干扰，如电压升高、跌落、瞬变、谐波等，将导致一些重要负载或对电压质量敏感设备的正常使用、性能降低、寿命缩短，还会造成一些生产设备无法正常运行、甚至损坏，严重的电压质量问题还有可能造成重大事故。目前，解决电压质量问题的一个传统技术方法是采用交流稳压电源装置。交流稳压电源在工矿企业、国防科研、医疗设备、家用电器等许多方面得到了广泛应用。经过多年发展，交流稳压电源已成为电源技术的一个重要分支。但是现有的各种交流稳压电源还存在着明显的不足。参数稳压器，它是根据稳压变压器原理构成的。优点稳压范围宽，具有一定的滤波能力；电路简单，可靠性高。缺点负载适应性差、对频率变化敏感、体积大。大功率补偿型稳压器，它主要由补偿变压器及检测控制电路等组成，没有滤波能力。净化型交流稳压器是利用可控硅移相形成可变电感，与主回路其它电感电容一起对正弦能量的储存与释放进行再分配，实现稳压、校正波形和抗干扰的功能。优点效率高、动态响应快、抗干扰能力强，有一定滤波能力。缺点对频率变化很敏感，负载适应能力差。总结上述各种交流稳压电源的特点，它们的稳压性能都是非常好的，其性能基本上都是由无源参数的调整实现的，因而它们的滤波能力是非常有限的。而且无源参数对频率非常敏感，这就导致上述各种交流稳压电源在电网频率波动的情况下，稳压性能变差且很容易与电网发生谐振，不能正常工作。电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置、设备等非线性负荷得到广泛的应用，电网中的电压谐波含量越来越高，对电压质量影响日益严重，上述各种交流稳压电源已不能满足目前各种对电压质量敏感负荷的需求。为此，人们提出了许多利用电力电子技术实现的电压质量控制装置。对于敏感负荷端，解决电压质量问题的一种直接有效措施是在电网和敏感负荷之间加装串联有源电压质量调节器，通过向电网注入补偿电压来保证敏感用户端的电压质量。由于串联装置只需要补偿系统电压的畸变和与额定值相差部分，而大部分能量还是直接由电网提供给负载，所以，通常它们具有更高的效率。目前与此相类似的装置有串联有源电力滤波器、动态电压恢复器及统一电能质量调节器等。串联有源电压质量调节器可以针对负荷侧电压与额定值偏差较大(过压或欠压)、电压波形严重畸变、供电频率出现偏差时用来保证敏感用户侧的供电电压质量，并且能够抑制电网振荡，是一种非常理想的电压质量控制装置。但是，现有串联有源交流电压质量调节器对直流储能电容器电压有的不控制、有的将其控制为恒定值，不能自动跟随电网电压与额定输出电压之差变化，并通常按最恶劣运行工况——最大缺损电压设计直流侧电压值。而电网处于最恶劣工况的时间概率相对比较小。当系统缺损电压较小时，逆变装置所需输出的补偿电压也较小，逆变器的占空比较小，逆变器的损耗高，其工作效率也就很低。甚至当系统缺损电压为零时，逆变装置也在较高的直流电压下工作，这是非常不合理的。另一方面，直流侧电压较高、逆变器占空比较小时，逆变器工作的死区影响更加严重，进而将影响串联有源交流电压质量调节器的补偿性能。对于低压配电系统的缓变或稳态电压质量问题，直流侧电压不控制或保持恒定，不能自动跟随电网电压与额定输出电压之差变化是目前串联有源电压质量调节器长期运行工作效率还不够高的主要原因之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术不足，提出，能够提高其工作效率和补偿性能。本专利技术的技术方案是这样实现的一个与电源连接的隔离变压器，隔离变压器的一端与充电及储能装置相连；充电及储能装置与逆变装置的一端相连，逆变装置的另一端与输出滤波装置相连；输出滤波装置一端与逆变装置相连，另一端与电源和负载相连；旁路开关一端与电源相连，另一端与负载相连；控制系统分别与电源、充电及储能装置、逆变装置、输出滤波装置、旁路开关、负载各个部分相连。充电及储能装置由可控硅V1、可控硅V2、可控硅V3、可控硅V4和储能器C组成，充电及储能装置的可控硅V1的阳极与可控硅V2的阴极相连后再与隔离变压器的一个输出端h相连；可控硅V3的阳极与可控硅V4的阴极相连后再与隔离变压器的另一个输出端g相连；可控硅V1的阴极与可控硅V3的阴极相并联后再与电容器C的正极相连；可控硅V2的阳极与可控硅V4的阳极相并联后再与电容器C的负极相连。所述的充电及储能装置可控硅V1的阳极与二极管VD1的阴极相连后再与单相变压器的输出端相连；可控硅V2的阳极与二极管VD2的阴极相连后再与单相变压器的另一个输出端相连；可控硅V1的阴极与可控硅V2的阴极相并联后再与电容器C的正极相连；二极管VD1的阳极与二极管VD2的阳极相并联后再与电容器C的负极相连。所述的充电及储能装置可控硅V1的阳极与可控硅V2的阴极相连后再与单相变压器的一个输出端相连；二极管VD1的阳极与二极管VD2的阴极相连后再与单相变压器的另一个输出端相连；可控硅V1的阴极与二极管VD1的阴极相并联后再与电容器C的正极相连；可控硅V2的阳极与二极管VD2的阳极相并联后再与电容器C的负极相连。所述的充电及储能装置可控硅V0的阳极与可控硅V9的阴极相连后再与三相变压器的一个输出端相连；可控硅V1的阳极与可控硅V2的阴极相连后再与三相变压器的一个输出端相连；可控硅V3的阳极与可控硅V4的阴极相连后再三相变压器的另一个输出端相连；可控硅V0的阴极与可控硅V1的阴极和可控硅V3的阴极相并联后再与电容器C的正极相连；可控硅V9的阳极与可控硅V2的阳极和可控硅V4的阳极相并联后再与电容器C的负极相连。一种串联有源交流电压质量调节器的控制方法，当电源的电压高于负载所需额定电压时，关闭可控硅V1、可控硅V2、可控硅V3和可控硅V4，此时，储能电容C上的电压由逆变装置根据移相控制器和电源的电压VS形成的电压指令Vref对全控型电力电子器件绝缘栅双极晶体管V5、V6、V7、V8的导通和关断进行脉冲宽度调制控制；当电源的电压低于负载所需额定电压时，通过充电回路控制器对充电及储能装置的可控硅V1、V2、V3和V4触发导通角的控制当电容C上的电压高于设定直流电压时，减少触发导通角；当电容C上的电压低于设定直流电压时，增加触发导通角；当电源的电压低于负载所需额定电压，而负载的功率因数小于时，若电源所能提供的最大有功功率大于负载所需的有功功率和装置本身的各种损耗时，关闭可控硅V1、可控硅V2、可控硅V3和可控硅V4，这时由逆变装置根据移相控制器和电源的电压VS形成的电压指令Vref进行脉冲宽度调制控制，提高电源侧的功率因数，对储能电容C充电，对储能电容C补充有功功率维持逆变装置所需直流电压。本专利技术提出可控充电回路的串联有源交流电压质量调节器拓扑结构及其控制方法，可自适应调整逆变器直流侧电压。该拓扑结构配合所专利技术的控制方法可以对配电系统中的交流电源进行稳压和滤波，提高交流电源的供电电压质量。即使在供电电压频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联有源交流电压质量调节器，包括，一个与电源（１）连接的隔离变压器（２），隔离变压器（２）的一绕组与充电及储能装置（３）相连；充电及储能装置（３）与逆变装置（４）的一端相连，逆变装置（４）的另一端与输出滤波装置（５）相连；输出滤波装置（５）一端与逆变装置（４）相连，另一端与电源（１）和负载（７）相连；旁路开关（６）一端与电源（１）相连，另一端与负载（７）相连；控制系统（８）分别与电源（１）、充电及储能装置（３）、逆变装置（４）、输出滤波装置（５）、旁路开关（６）、负载（７）各个部分相连，其特征在于，所述的充电及储能装置（３）由可控硅（Ｖ１）、可控硅（Ｖ２）、可控硅（Ｖ３）、可控硅（Ｖ４）和储能器（Ｃ）组成，充电及储能装置（３）的可控硅（Ｖ１）的阳极与可控硅（Ｖ２）的阴极相连后再与隔离变压器（２）的一个输出端相连；可控硅（Ｖ３）的阳极与可控硅（Ｖ４）的阴极相连后再与隔离变压器（２）的另一个输出端相连；可控硅（Ｖ１）的阴极与可控硅（Ｖ３）的阴极相并联后再与电容器（Ｃ）的正极相连；可控硅（Ｖ２）的阳极与可控硅（Ｖ４）的阳极相并联后再与电容器（Ｃ）的负极相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖国春，王兆安，卓放，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]