[发明专利]动态电压补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统及电力电子技术领域，具体的说是一种动态电压补偿器。 

背景技术

理想的供电电压是纯正的正弦波，具有标称的电压幅值和频率。但由于电网设备的故障或非线性和冲击性负载的增长，电网电压的幅值和频率往往会发生偏离。当电网电压的幅值和频率偏离标称值一定的范围时，会给敏感性用户产生影响和伤害，这就产生了电能质量的问题，这些问题包括：电压不平衡、过电压、欠电压、电压跌落、电压聚升、供电中断、电压瞬变、电压切痕、电压波动和电压闪变。前三种是稳态电能质量问题，后几种是动态电能质量问题。美国在90年代通过300多个电能质量观测器观测电能质量数据，大量统计数据表明：高达92％的扰动事件是电压跌落，它们的持续时间大多不超过2秒钟。持续时间在2秒钟到10分钟之间的电压中断仅占4％，其余的电能质量问题占余下的4％。由此可知，给敏感负载用户造成巨大经济损失的主要原因是动态电能质量问题，解决电能质量问题就落实在治理动态电压问题上。当前最佳解决电能质量问题的方法是在负载用户侧安装电压补偿装置，它包括不间断电源UPS(Uninterruptible Power Supply)和动态电压补偿器DVR(Dynamics Voltage Restorer)。在解决电能质量问题，UPS是使用最广泛的装置。当电网供电发生故障时，UPS能够提供几十分钟甚至几小时的正常电压，保护负载正常运行，不受电网电压中断或跌落的影响。因此，UPS既能解决稳态电能质量问题，又能解决动态电能质量问题。但由于UPS采用大量的电池储能，成本相当高，效率只有92％左右，不利于大量使用。UPS一般用于对关键负载进行电压保护和补偿。而DVR由于只解决动态电能质量问题，只需要对电压跌落和瞬变进行短时补偿，储能部分只需采用电解电容，即可满足要求。这样，DVR的生产成本和维护成本就很低。并且DVR的工作效率高达99％，非常有利于大量使用。 

DVR是一种串联型电能质量补偿装置，采用基于电力电子器件的PWM逆变结构。目前在低压等级的DVR装置中，大多采用无串联变压器的拓扑结构。这种无串联变压器DVR结构的整流器采用二极管整流。这种结构的DVR只能补偿动态电压。因此，现阶段还未出现既能补偿跌幅较深的动态电压，以及补偿稳态电压，成本又较低的DVR。 

发明内容

本发明的目的是在于提供一种用于解决动态电压和稳态电压质量问题的串联动态电压补偿器及其工作方法，本发明的创新点在于不使用PWM整流器和串联变压器的情况下，增加补偿电压的时间。 

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：动态电压补偿器的电子元器件包括双向可控硅、倍压整流器、直流存储单元、半桥逆变器、输出滤波器和升压充电器，其中双向可控硅串联于电网与负载之间；倍压整流器输入端与电网连接，其输出端连接直流储能单元的正负两极；直流储能单元的中间节点通过开关连接电网的输入端；半桥逆变器与直流储能单元并联；半桥逆变器中间节点与直流储能单元的中间节点之间连接一个输出滤波器，滤波器的中间节点通过一个开关和负载相连；升压充电器输入端与电网相连。 

进一步的双向可控硅由两个可控硅反向并联组成； 

倍压整流器是由两个二极管串联组成，两个二极管的中间点接电网的中线端； 

半桥逆变器是由两个功率开关器件组成， 

输出滤波器由一个电感和一个电容组成， 

直流储能单元由两个电容串联而成，中间点通过开关连接电网的输入端，电网电压的正负半周分别给直流储能单元的两个电容充电，直到直流储能单元的母线电压为电网峰值电压的两倍为止，升压充电器输入端与电网相连，输出端分别连接直流储能单元的电容。 

采用这样的结构，当电网电压正常时，电网通过双向可控硅为负载提供正常稳定的电压。当电网电压跌落或瞬变时，双向可控硅被反压强制关断，负载电压由电网电压和逆变器产生的补偿电压叠加供给，直流储能单元的电压一直保持这一电压值， 

当电网电压跌落或瞬变，直流储能单元为负载提供补偿电压。逆变器依据电网电压跌落的情况，产生补偿电压，如果直流储能单元的母线电压一直高于某一值，升压充电器不工作。当检测到储能电容C1或C2的电压低于某一值，则升压充电器给C1或C2充电，以保持C1或C2的电压为一恒定值。这样就可以延长DVR补偿电压的时间，不但解决了动态电压跌落问题，而且还能补偿电压深度跌落问题以及稳态电压问题。 

进一步的直流储能单元中串联的两个电容为大容量储能电容。 

进一步的输出滤波器是一个低通滤波器，用于滤除逆变器产生的高频信号。