一种电压源型调节装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开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。此种装置既能实现使装置便于扩容，又具备高可靠性。本发明专利技术还公开一种电压源型调节装置的控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种电压源型调节装置及其控制方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的，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，本专利技术的解决方案是：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：步骤1，关断所有补偿单元中的功率半导体器件；步骤2，闭合所有快速机械开关；步骤3，闭合断路器；步骤4，分开所有快速机械开关；步骤5，设置电压源型调节装置为禁止投入运行，检测到电源电压下降时，装置不做任何操作。采用上述方案后，本专利技术通过补偿单元串联的方式，提高设备容量，便于扩容，多个补偿单元还可以互为冗余，极大地提高电压源型调节装置的可靠性。本专利技术具有如下有益效果：(1)每个补偿单元输出串联连接，可平分补偿电压，当有N个补偿单元时，每个补偿单元仅需承担1/N的电压，有利于装置进行扩容，每个单元均配有隔离变压器，可有效隔离各个补偿单元，避免功率半导体器件发生故障时，影响其他补偿单元；同时隔离变压器可以通过合理设计变比，调节原副边承受的电压、电流应力。(2)本专利技术中每个补偿单元均并联快速机械开关，当检测到补偿单元发生故障时，可立即闭合快速机械开关，快速机械开关具备快速合闸的能力，可在5ms内实现快速合闸，不影响其他补偿单元的正常工作，极大的提高了设备的可靠性，在设计时，可依照“N-1”原则，进行冗余配置(3)本专利技术还配置了断路器，断路器闭合时间在几十ms，可作为整个装置的后备保护，在设备需要检修时，可闭合断路器，保证负荷正常工作。附图说明图1是本专利技术装置的电路图；图2是本专利技术装置中固态开关单元的第一实施例电路图；图3是本专利技术装置中固态开关单元的第二实施例电路图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案及有益效果进行详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种电压源型调节装置，包括断路器3、至少两组补偿单元1，以及与补偿单元数量一致的快速机械开关2，所述快速机械开关2与补偿单元1一一对应并联连接，所有补偿单元1串联连接后与断路器3并联连接，断路器3的一端与电源侧连接，另一端与负荷侧连接；其中，补偿单元1包括储能单元4、功率变换单元5、滤波隔离单元6、固态开关单元7，所述功率变换单元5由功率半导体器件构成，可采用全控型功率半导体器件，可将直流电变换为交流电，功率变换单元5的直流端与储能单元4连接，交流端与滤波隔离单元6的原边连接；滤波隔离单元6的副边与固态开关单元7连接。所述功率变换单元5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S1与第二功率半导体器件S2同向串联构成第一桥臂，第三功率半导体器件S3与第四功率半导体器件S4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。所述快速机械开关2可在5ms内闭合回路。如图2所示，是本专利技术中固态开关单元7的第一种实施电路图，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压源型调节装置，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种电压源型调节装置，其特征在于：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。2.如权利要求1所述的一种电压源型调节装置，其特征在于：所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。3.如权利要求1所述的一种电压源型调节装置，其特征在于：所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。4.如权利要求3所述的一种电压源型调节装置，其特征在于：所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。5.如权利要求1所述的一种电压源型调节装置，其特征在于：所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。6.如权利要求1所述的一种电压源型调节装置，其特征在于：所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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪德，连建阳，王宇，谢晔源，祁琦，刘为群，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32