[发明专利]一种带旁路开关的三相统一电能质量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能质量控制装置,确切地说公开了一种带旁路开关的三相统一电能质量控制装置。

背景技术

电能质量问题可分为两大类：1、电压质量问题，指供电的可靠性以及供电电压的幅值、波形、频率的好坏等；2、电流质量问题，指负荷电流中的无功、谐波及负序分量的大小，这两个问题都是电力系统所关注的。这两类问题可以利用相应的电力电子装置来解决，如动态电压补偿器可以解决电压质量问题，有源电力滤波器可以解决电流质量问题。

统一电能质量控制器（UPQC）结合了动态电压补偿器和有源电力滤波器两者的功能，可以同时保证负荷侧的电压质量和系统侧的电流质量。UPQC通常由三个基本单元组成：串联单元、并联单元和直流储能单元。其中串联单元作电压补偿之用，以解决电压质量问题，相当于一台动态电压补偿器；并联单元用作电流补偿，来解决电流质量问题，相当于一台有源电力滤波器；直流储能单元由直流电容器构成，为串联和并联单元所共用，向它们提供稳定的直流电压。由于直流电容为串并联两单元所共用，在传统的UPQC拓扑中，为防止交流短路、直流电容直通等故障，交直流之间必须采取一定的电气隔离，通常采用在串联和并联两侧分别加装变压器的方法来实现隔离。变压器的接入不仅提供了有效的隔离作用，还可以扩大装置的容量，使器件的选择更加灵活。但变压器的引入同时也会带来诸如成本、体积、损耗、非线性、浪涌等不利因素。因此，在电压等级较低或开关器件的容量足够的情况下引入变压器的缺陷将远远大于所带来的优势。

本发明属于三相统一电能质量控制装置，它采取跨相结构的设计，从而避免了短路问题，无需额外的隔离变压器，既能解决负荷引起的谐波问题、不平衡问题、功率因数低等问题，又能解决电源侧的跌落浪涌等问题，旁路开关为安装、维护等提供了方便，增加了装置的可靠性，无需大容量的储能，单相跌落100%时也能补偿。既能应用于三相三线系统，又能应用于三相四线系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需采取隔离措施的一种带旁路开关的三相统一电能质量控制装置，以实现传统三相UPQC所具有的各项电压补偿和电流补偿功能。该装置主要包括：旁路开关、三个全桥单元构成；其特征在于：

所述的旁路开关包括：

旁路开关，并接在电源与负荷之间；

电源侧隔离开关，串接在电源与下述全桥单元之间；

负荷侧隔离开关，串接在负荷与下述全桥单元之间。

所述的三个全桥单元，每个全桥单元包括：1个并联单元和1个串联单元及一个储能单元，串联单元直接与电源相串，并联单元在负荷侧结成三角形结构，所述的并联单元，包括一个由两个正向串联的开关管组成的逆变桥和一个滤波电感，该滤波电感的一端接所述两个开关管的串接点，另一端接负荷侧隔离开关的输入端，所述逆变桥输出的脉宽调制电压波用来控制流过上述滤波电感的电流，使之能够补偿负荷电流中的无功、谐波和负序分量并维持直流母线电压的恒定。

所述的串联单元，包括由另外两个正向串联的开关管组成的逆变桥、由滤波电容和另一滤波电感组成的低通滤波器以及旁路晶闸管，该滤波电感的一端接所述串联单元中逆变桥的两个开关管之间的串接点，所述串联单元中的滤波电容和滤波电感的串接点接电源侧隔离开关的输出端，该串接点同时接所述旁路晶闸管的一端，该旁路晶闸管的另一端与上述滤波电容的另一端一起接于负荷侧隔离开关的输入端，所述串联单元的逆变桥产生合适的脉宽调制电压波来补偿电源电压的跌落、浪涌、谐波和负序成分，所述串联单元中的低通滤波器用来滤除脉宽调制电压波中的开关谐波分量，所述旁路晶闸管在电源电压正常时导通，电源电压由它直接提供给负荷，在出现电压质量问题时关断。

所述的储能单元，由两组直流电容正向串联组成，所述两组直流电容的串接点接于所述旁路晶闸管的负荷端，所述储能单元同时并接了串联单元逆变桥、并联单元逆变桥的两端，该储能单元为所述串联单元和并联单元提供稳定的直流电压。

所述的一种带旁路开关的三相统一电能质量控制装置，其中组成并联单元和串联单元的开关管为绝缘栅双极性晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换向晶闸管中的任何一种。

本发明提出的一种带旁路开关的三相统一电能质量控制装置，具有下面的优点：

1、隔离开关为安装、维护带来了方便；

2、与传统的UPQC相比，没有引入变压器或其他隔离环节，避免了变压器带来的诸多不利因素，且结构简单，成本较低；

3、储能电容为串并联单元所共用，既保证了两单元之间的能量流动，同时又不会发生电容直通、交流短路等故障；