动态电压校正装置、校正方法及负载短路故障的隔离方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种动态电压校正装置，包括由L、S5、S6、C1、C2构成的第一变换器，由D1、D2、S1、S2、S3、S4构成的第二变换器，由Lf、Cf构成的LC滤波器以及双向开关；端子a和端子b为交流输入端，连接交流电源；端子c和端子d为交流输出端，连接交流负载。当交流电源的电压幅值跌落或者升高超出正常范围时，双向开关断开，该装置由交流输入端电压与第二变换器的输出电压叠加后经LC滤波器滤波将交流输出端电压幅值校正至正常范围；当负载发生短路故障时，该装置可限制负载短路电流，交流电源不受负载短路影响；该动态电压校正装置无变压器、无外部供电，具有体积重量小、结构简洁、输出波形质量高的优点。

【技术实现步骤摘要】
动态电压校正装置、校正方法及负载短路故障的隔离方法
本专利技术涉及一种动态电压校正装置，属于电能质量控制领域。
技术介绍
在交流电网供电方式下公共连接点电压会不可避免地出现电压幅值暂降或暂升扰动，对电压敏感的负载通常需要在接入端串联相应功率等级的电压校正装置将供电电压矫正到正常电压范围。传统的用于校正电压的动态电压恢复器（DynamicVoltageRestorer）采用串联变压器将补偿的电压串入供电端以稳定供电电压。为减小装置体积重量，无变压器的动态电压恢复器将补偿变换器的输出端电容直接串入供电端，但该方案仍需要隔离的供电电源对装置进行供电。专利200880021386.7中提出的动态电压暂降校正（DynamicSagCorrector）装置利用电网电压自供电，拓扑结构简洁。通过设计该装置中的输入端或输出端变压器匝比，一方面可匹配宽输入电压范围的电压暂降补偿，另一方面可使其中的逆变部分具有较高调制比，补偿的电压波形质量较高。但是该装置仍采用变压器结构，并且无法实现电网电压暂升情况下的校正。有文献研究了上述动态电压暂降校正装置在电网电压暂升情况下的电压校正问题，主要解决电网电压暂升补偿下能量倒灌导致的该装置直流母线电压上升问题。采用零有功功率补偿的方案可使补偿电压的相位与负载电流垂直以实现零能量倒灌，但补偿后的端口电压相位随电网电压跌落深度变化，难以实现实时的零有功功率补偿。有文献研究了上述动态电压暂降校正装置在无变压器条件下提高补偿电压的波形质量。采用在该装置的直流母线上直接串接可控功率开关的方案可降低直流母线电压，通过提高直流电压利用率的方式提高补偿电压的波形质量，但因添加可控功率开关后整流部分输出电流为基波频率的窄脉冲，给电网侧注入较大的电流谐波。由于该方法中的直流母线电流必须断续，如电路中存在电感则可控功率开关将被过压击穿，电路工作的安全性差。在交流电网供电方式下单个设备发生故障，如负载瞬时短路，会影响公共连接点电压，对同网受电的其他敏感设备造成影响。现有研究采用固态限流器解决负载瞬时短路时的短路电流限制，减小负载短路故障对公共连接点影响。固态限流器通过负载短路瞬间在负载接入端串入较大感值的电感以限制负载短路电流和维持公共连接点电压。该设备的工作可靠性较高，但是具有设备体积重量较大的缺点。因而，存在这样一种动态电压校正器的需求，在该装置可实现电网电压暂降和暂升的校正，可在无变压器条件下提高补偿电压的波形质量，同时还可兼顾负载短路故障隔离的功能。
技术实现思路
所要解决的技术问题：本专利技术旨在提出一种动态电压校正装置，该装置可应用于电网供电下对敏感负载进行动态电压校正和负载短路故障隔离。技术方案：为了实现以上功能，本专利技术提供了一种动态电压校正装置，其特征在于：该动态电压校正装置设有交流输入端和交流输出端，所述交流输入端包括第一交流输入端a和第二交流输入端b，所述交流输出端包括第一交流输出端c和第二交流输出端d；所述装置包括第一变换器1、第二变换器2、LC滤波器3以及双向开关VS；所述第一变换器1的输入端连接交流输入端a和b，其输出端作为第二变换器2的输入端连接第二变换器2，第二变换器2的输出端连接LC滤波器3和第一交流输入端a，所述LC滤波器3连接交流输出端c和d；所述交流输入端a和b电压与第二变换器2的输出电压叠加后经LC滤波器滤波3滤波得到交流输出端c和d的电压；所述双向开关VS一端连接第一交流输入端a，另一端连接第一交流输出端c，双向开关VS在装置工作时断开，在装置退出工作时闭合。所述第一变换器1具体包括电感器L、第五晶体管S5、第六晶体管S6、第一电容器C1以及第二电容器C2；所述第五晶体管S5和第六晶体管S6同向串联连接，第一电容器C1和第二电容器C2同向串联连接；第一交流输入端a与电容器的连接点即中点相连，并且连接第一电容器C1的负极和第二电容器C2的正极；第五晶体管S5的集电极连接第一电容器C1的正极，第六晶体管S6的发射极连接第二电容器C2的负极；第二交流输入端b经电感器L连接到第六晶体管S6的集电极。所述第二变换器2具体为一个二极管箝位型三电平拓扑结构，包括两个二极管D1、D2和四个晶体管S1、S2、S3、S4；所述二极管D1、D2同向串联，晶体管S1、S2、S3、S4同向串联；第一交流输入端a连接第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极，第一二极管D1的负极连接第一晶体管S1的发射极和第二晶体管S2的集电极，第二二极管D2的正极连接第三晶体管S3的发射极和第四晶体管S4的集电极；所述第二变换器2输入直流电压连接在第一电容器C1和第二电容器C2上，第一电容器C1的正极连接第一晶体管S1的集电极，第二电容器C2的负极连接第四晶体管S4的发射极；所述第二变换器2第一输出端与LC滤波器3相连接，其第二输出端连接于第一交流输入端a。所述晶体管均并联一个反向二极管或寄生一个反向并联的体二极管。所述LC滤波器3包括连接于第二变换器2第一输出端与第一交流输出端c之间的滤波电感器Lf，连接于第一交流输出端c与第二交流输出端d之间的滤波电容器Cf，第二交流输入端b与第二交流输出端d相连。一种动态电压校正方法，其特征在于：当交流输入端电压幅值跌落或者升高超出正常范围时双向开关VS断开，所述第一变换器1将交流输入端的交流电压整流为直流电压并引出中点，通过调节第五晶体管S5和第六晶体管S6的开关逻辑控制第一电容器C1和第二电容器C2两端的直流电压；所述第二变换器2将包含中点的直流电压逆变为三电平交流脉冲电压，通过调节第二变换器2的晶体管S1、S2、S3和S4的开关逻辑控制三电平交流脉冲电压的基波幅值和相位，从而校正交流输出端电压；该三电平交流脉冲电压与交流输入端a和b电压叠加后经LC滤波器3滤波得到交流输出端c和d的电压。一种负载短路故障的隔离措施，其特征在于：当交流输出端负载发生短路故障时双向开关VS断开，通过调节第一变换器1的第五晶体管S5和第六晶体管S6的开关逻辑控制第一电容器C1和第二电容器C2两端的直流电压，通过调节第二变换器2的晶体管S1、S2、S3和S4的开关逻辑限制短路电流；负载短路故障期间交流输入端电压不受负载短路故障干扰，当负载短路故障消失后该装置恢复动态电压校正功能。有益效果：从上述的技术方案可以看出，本专利技术提供的动态电压校正装置与现有技术相比具有如下益效果：1、本装置无变压器结构，拓扑简洁，在进行动态电压校正功能时无需外部电源供给。2、第一变换器可实现双向功率流动，在电网电压暂降情况下，第一变换器将补偿能量从交流电网传输至直流母线；在电网电压暂升情况下，第一变换器将倒灌至直流母线上的能量回馈到交流电网，保持直流母线电压的稳定。3、第二变换器采用的三电平半桥拓扑一方面降低了功率器件的电压应力，另一方面提高了校正电压的波形质量；在没有变压器结构的条件下，该拓扑提高了调制比。4、本装置实现了一机两用，在负载发生短路故障时迅速实现短路限流，不改变控制策略条件下自然实现故障隔离功能；负载短路故障期间交流电网电压不受影响。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1本专利技术提供的动态电压校正装置主电路图；图2本装置中第一变换器的控制原理框图；图3本装置中第二变换器的控制原理框图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态电压校正装置，其特征在于：该动态电压校正装置设有交流输入端（a，b）和交流输出端（c，d），所述交流输入端（a，b）包括第一交流输入端（a）和第二交流输入端（b），所述交流输出端（c，d）包括第一交流输出端（c）和第二交流输出端（d）；所述装置包括第一变换器（1）、第二变换器（2）、LC滤波器（3）以及双向开关（VS）；所述第一变换器（1）的输入端连接交流输入端（a，b），其输出端作为第二变换器（2）的输入端连接第二变换器（2），第二变换器（2）的输出端连接LC滤波器（3）和第一交流输入端（a），所述LC滤波器（3）连接交流输出端（c，d）；所述交流输入端（a，b）电压与第二变换器（2）的输出电压叠加后经LC滤波器滤波（3）滤波得到交流输出端（c，d）电压；所述双向开关（VS）一端连接第一交流输入端（a），另一端连接第一交流输出端（c），双向开关（VS）在装置工作时断开，在装置退出工作时闭合。

【技术特征摘要】
1.一种动态电压校正装置，其特征在于：该动态电压校正装置设有交流输入端（a，b）和交流输出端（c，d），所述交流输入端（a，b）包括第一交流输入端（a）和第二交流输入端（b），所述交流输出端（c，d）包括第一交流输出端（c）和第二交流输出端（d）；所述装置包括第一变换器（1）、第二变换器（2）、LC滤波器（3）以及双向开关（VS）；所述第一变换器（1）的输入端连接交流输入端（a，b），其输出端作为第二变换器（2）的输入端连接第二变换器（2），第二变换器（2）的输出端连接LC滤波器（3）和第一交流输入端（a），所述LC滤波器（3）连接交流输出端（c，d）；所述交流输入端（a，b）电压与第二变换器（2）的输出电压叠加后经LC滤波器（3）滤波得到交流输出端（c，d）电压；所述双向开关（VS）一端连接第一交流输入端（a），另一端连接第一交流输出端（c），双向开关（VS）在装置工作时断开，在装置退出工作时闭合；所述第一变换器（1）具体包括电感器L、第五晶体管S5、第六晶体管S6、第一电容器C1以及第二电容器C2；所述第五晶体管S5和第六晶体管S6同向串联连接，第一电容器C1和第二电容器C2同向串联连接；第一交流输入端（a）与电容器的连接点即中点相连，并且连接第一电容器C1的负极和第二电容器C2的正极；第五晶体管S5的集电极连接第一电容器C1的正极，第六晶体管S6的发射极连接第二电容器C2的负极；第二交流输入端（b）经电感器L连接到第六晶体管S6的集电极。2.根据权利要求1所述的一种动态电压校正装置，其特征在于：所述第二变换器（2）具体为一个二极管箝位型三电平拓扑结构，包括两个二极管D1、D2和四个晶体管S1、S2、S3、S4；所述二极管D1、D2同向串联，晶体管S1、S2、S3、S4同向串联；第一交流输入端（a）连接第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极，第一二极管D1的负极连接第一晶体管S1的发射极和第二晶体管S2的集电极，第二二极管D2的正极连接第三晶体管S3的发射极和第四晶体管S4的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹剑坤，谢少军，丁鹏岭，刘海春，陈文明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32