[发明专利]一种电压源型调节装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力电子变换器，特别涉及一种电压源型调节装置及其控制方法。

背景技术

电压源型调节装置串联于电源与负荷之间，正常时，装置处于旁路备用状态，当电源电压出现异常时，可以立即投入运行，输出补偿电压，维持负荷电压处于正常范围，该装置可以在电网短时电压异常的情况下，保证负荷连续运行，避免异常停电。专利CN103457283B中介绍了该装置典型的组成及工作原理，受电力电子器件电压与电流应力限制，电压源型调节装置单个逆变器的容量有限，而补偿对象负荷存在电压高，电流大的情况，因此需要考虑如何使逆变器便于扩容。

由于装置串联于电网与负荷之间，因此装置本身的可靠性非常重要，仅仅依靠固态开关很难保证可靠性，专利CN103457283B中也包含了机械式断路器，但机械式断路器的合闸速度很慢，当固态开关失效后，此时去合机械断路器，机械断路器完全闭合需要几十ms，而有些敏感负荷在5ms的时间内即会停止工作，尤其是对高压、大容量负荷，一般会包含较大数量的功率半导体器件，一旦有个别功率半导体器件发生故障，会导致装置故障，甚至会导致负荷失电，在实际应用中有必要考虑电压源型调节装置的可靠性问题。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电压源型调节装置及其控制方法，其既能实现使装置便于扩容，又具备高可靠性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电压源型调节装置，包括断路器、至少两组补偿单元，以及与补偿单元数量一致的快速机械开关，所述快速机械开关与补偿单元一一对应并联连接，所有补偿单元串联连接后与断路器并联连接，断路器的一端与电源侧连接，另一端与负荷侧连接；其中，补偿单元包括储能单元、功率变换单元、滤波隔离单元、及固态开关单元，所述功率变换单元由功率半导体器件构成，用于将直流电变换为交流电，功率变换单元的直流端与储能单元连接，交流端与滤波隔离单元的原边连接；滤波隔离单元的副边与固态开关单元连接；所述固态开关单元包含有功率半导体器件。

上述功率变换单元由四组带反并联二极管的功率半导体器件构成，第一功率半导体器件与第二功率半导体器件同向串联构成第一桥臂，第三功率半导体器件与第四功率半导体器件同向串联构成第二桥臂，第一桥臂与第二桥臂同向并联；第一、三功率半导体器件的源极定义为直流正端，第二、四功率半导体器件的漏极定义为直流负端，第一桥臂中点与第二桥臂的中点定义为交流端。

上述固态开关单元包括第五、第六功率半导体器件和第一、第二二极管，其中，第五功率半导体器件与第一二极管反向并联；第六功率半导体器件与第二二极管反向并联；所述两个并联支路再反向串联连接。

上述固态开关单元中的功率半导体器件采用全控型功率半导体器件。

上述固态开关单元包括反向并联连接的两组半控型功率半导体器件。

上述滤波隔离单元包括电阻、电容以及隔离变压器，电阻与电容构成阻容串联连接，隔离变压器的原边分别与功率变换单元的两个交流端连接，隔离变压器的副边与阻容串联连接并联连接，所述隔离变压器的副边还连接固态开关单元。

上述滤波隔离单元包括电阻、电容以及电感，电阻与电容构成阻容串联连接，电感一端与功率变换单元的一个交流端连接，另一端与阻容串联连接的其中一端相连接，阻容串联连接的另外一端与功率变换单元的另一个交流端连接，且阻容串联连接的两端还连接固态开关单元。

一种电压源型调节装置的控制方法，当检测到电源电压下降时，包含如下步骤：

步骤1，同时分断所有补偿单元中所述固态开关单元中的功率半导体器件；

步骤2，补偿单元中功率变换单元中的功率半导体器件开始工作；

步骤3，控制补偿单元中功率变换单元输出电压的幅值与相位，使负荷侧电压维持在正常范围；且使每个补偿单元输出交流电压的幅值相等、相位一致；

步骤4，当检测到电源电压恢复正常时，所有功率变换单元中的功率半导体器件停止工作，进入闭锁状态；同时开通所有固态开关单元中的功率半导体器件。

一种电压源型调节装置的控制方法，当检测到任意一个补偿单元发生故障时，包括如下步骤：

步骤1，关断发生故障的补偿单元中的所有功率半导体器件；

步骤2，闭合与发生故障的补偿单元并联的快速机械开关；

步骤3，设置发生故障的补偿单元为禁止投入运行：当检测到电源电压下降时，补偿单元不做任何操作。

一种电压源型调节装置的控制方法，当装置所有补偿单元均发生故障或需要对设备进行检修时，包括如下步骤：