一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器，为了解决现有技术中的有源钳位逆变器导致其系统容量降低的问题，对现有的动态电压恢复器逆变单元的改进，在提高动态电压恢复器逆变单元系统容量的同时，简化了控制算法，该动态电压恢复器在逆变单元输出三相五电平时，整流侧只需一个整流单元和变压器，经济效益高，逆变单元采用的有源中点钳位逆变器在比传统的二极管钳位逆变器系统容量提高20%的同时，中性点控制算法更加简单。本发明专利技术在减少整流单元个数，简化整流单元设计与控制与中性点控制算法的复杂程度的同时，提高了逆变单元系统容量，提升了动态电压恢复器的动态性能与经济效益。压恢复器的动态性能与经济效益。压恢复器的动态性能与经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器


[0001]本专利技术涉及10kV电力设备
，具体涉及一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器。

技术介绍

[0002]随着我国经济的不断发展，电力用户对10kV配电网电压质量要求越来越高，改善配电网电压质量已经成为供电部门研究的重要课题。动态电压补偿恢复器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)是一种串联在电网和负载间的电能质量治理装置，可以看成一个幅值、相位可控的电压源，以动态响应速度快、运行效率高等特点，成为目前治理配电网电能质量的重要手段之一。
[0003]为了减少DVR输出补偿电压中的谐波分量，提高装置的补偿范围，目前DVR装置一般都会采用多电平结构。传统的基于多电平技术的动态电压恢复器主要有基于级联多电平、基于MMC和基于二极管钳位多电平这三种，基于级联多电平逆变器的DVR，逆变单元每增加两个电平就需要相应的增加一个整流单元，以及相应的添加变压器绕组数、基于MMC的DVR需要对子模块中的电容电压进行平衡控制，算法复杂、基于二极管钳位多电平逆变器的DVR虽然三相五电平逆变器同样只需要一个整流单元，但是二极管钳位多电平逆变器系统容量比有源钳位逆变器低20％左右，且采用不可控二极管作为续流回路，中性点电位容易发生偏移。
[0004]例如，在中国专利文件上公开的“一种双向功率流高频隔离有源钳位逆变器的控制方法”，通过对变压器原边H桥电路的调制、副边周波变换器的调制和副边有源钳位电路的调制，解决了此类逆变器固有的电压过冲和振荡的问题，能够实现所有开关的零电压开断，进一步提高了工作效率，减小了电磁干扰。但是却导致系统容量降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有技术中的有源钳位逆变器导致其系统容量降低的问题，对现有的动态电压恢复器逆变单元的改进，在提高动态电压恢复器逆变单元系统容量的同时，简化了控制算法，该动态电压恢复器在逆变单元输出三相五电平时，整流侧只需一个整流单元和变压器，经济效益高，逆变单元采用的有源中点钳位逆变器在比传统的二极管钳位逆变器系统容量提高20％的同时，中性点控制算法更加简单。
[0006]本专利技术一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器，包括：用于将电网电压降低后输出至软起滤波单元的变压器；将所述变压器输出的交流电进行滤波后输出至整流单元的软起滤波单元；将所述软起滤波单元输出的交流电转换为直流电输出至三相有源中点钳位五电平逆变器的整流单元；将所述整流单元输出的直流电转换为交流电产生补偿电压输出至电网的三相有源中点钳位五电平逆变器。该动态电压恢复器在逆变单元输出三相五电平时，整流侧只需
一个整流单元和变压器，经济效益高，逆变单元采用的有源中点钳位逆变器在比传统的二极管钳位逆变器系统容量提高20％的同时，中性点控制算法更加简单。整流单元采用SPWM调制方法；三相有源中点钳位五电平逆变器采用SVPWM调制方法。
[0007]作为优选，还包括储能单元：用于接收所述整流单元输出的直流电，为所述三相有源中点钳位五电平逆变器提供能量。
[0008]作为优选，还包括：LCL滤波单元：用于为所述三相有源中点钳位五电平逆变器输出的补偿电压滤波后输出至耦合变压器；耦合变压器：将经过LCL滤波单元滤波后的电压变换为与电网电压同一电压等级的交流电后并网输出。
[0009]作为优选，所述三相有源中点钳位五电平逆变器包括三相桥臂，每相桥臂包括12个IGBT。
[0010]作为优选，所述耦合变压器的高压侧还并联有旁路断路器。
[0011]作为优选，所述储能单元包括两个串联的电容。
[0012]作为优选，所述三相有源中点钳位五电平逆变器的每相桥臂还包括悬浮电容C3。
[0013]有益效果：1、经济效益高：逆变侧采用三相有源中点钳位五电平逆变器，一个两电容串联直流储能单元即可为三相有源中点钳位五电平逆变器供电，所以只需一个三相半桥全控整流单元给两电容串联直流侧储能单元提供能量，整个动态电压恢复装置就能正常工作，相比传统级联型多电平与二极管箝位多电平动态电压恢复装置，本专利技术需要的整流单元少，串联储能电容少，经济效益高。
[0014]2、动态性能好：由于直流侧只需一个整流单元，储能单元只有两电容串联，整流控制算法大为简便，直流侧电压响应速度与稳定性更好。动态电压恢复装置逆变侧发出的补偿电压受直流电压的影响，直流侧电压越稳定，逆变侧发出的补偿电压波形也就越稳定。
附图说明
[0015]图1是本专利技术一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器的电路结构示意图；图2是本专利技术一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器的三相有源中点钳位五电平逆变器的一相桥臂的电路结构示意图；图中，1.变压器；2.软起滤波单元；3.整流单元；4.储能单元；5.三相有源中点钳位五电平逆变器；6.LCL滤波单元；7.耦合变压器；8.旁路断路器；9.IGBT；10.三相有源中点钳位五电平逆变器单相桥臂。
具体实施方式
[0016]如图1～2所示，本专利技术的基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器包括10kV/380V变压器1、软起滤波单元2、整流单元3、储能单元4、逆变单元5、LCL滤波单元6、耦合变压器7及旁路断路器8。整流单元3为三相半桥整流器，通过连接在一起的10kV/380V变压器1和软起滤波单元2从10kV配网中吸取电能，并将吸收的电能在整流侧算法的控制下，通过SPWM调制控制IGBT模块输出直流电压，给储能单元4充电；其中，软起滤波单元2为软启
动电路与滤波器串联结构，软启动电路电阻串联继电器再与继电器并联而成，通过在启动回路中接入电阻减少装置启动时流入储能电容中的电流峰值，启动过程完成后继电器切入无电阻回路，装置正常工作，该电路可以实现装置的平滑启动，避免启动过流跳闸，起到保护装置电路的作用；整流侧滤波器为单电感滤波器，起到滤除整流单元与电网之间交换电流谐波的作用。储能单元4为两电容串联结构，为逆变单元发出补偿电压提供能量。逆变单元为有源中点钳位五电平逆变器5，在控制器的控制下将储能电容上的直流电压逆变成幅值为当前10kV配网电压与标准电压差值的补偿电压，该补偿电压相位为当前配网电压相位，补偿电压进过逆变单元测LCL滤波单元6滤波后，通过耦合变压器7耦合到10kV配网。耦合变压器7为带10kV绝缘的单相变压器，耦合变压器7与旁路断路器8并联，两者配合控制动态电压恢复器的投切。
[0017]图2是本专利技术中储能单元和逆变单元结构示意图，其中逆变单元以单相有源中点钳位五电平逆变器为例介绍逆变单元结构。如图2所示，本专利技术中的有源中点钳位五电平逆变器上下母线侧均含有一个电容器C1、C2，两个电容器为三相桥臂所共用，桥臂内含有一个悬浮电容C3以及12个IGBT开关管，分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，其中S1、S2、S3、S4均为两个IGBT开关管串联组成，所需导通与关断的触发信号相同，所以采用相同的标号。12个I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器，其特征在于，包括：变压器：用于将电网电压降低后输出至软起滤波单元；软起滤波单元：将所述变压器输出的交流电进行滤波后输出至整流单元；整流单元：将所述软起滤波单元输出的交流电转换为直流电输出至三相有源中点钳位五电平逆变器；三相有源中点钳位五电平逆变器：将所述整流单元输出的直流电转换为交流电产生补偿电压输出至电网。2.根据权利要求1所述的一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器，其特征在于，还包括储能单元：用于接收所述整流单元输出的直流电，为所述三相有源中点钳位五电平逆变器提供能量。3.根据权利要求1或2所述的一种基于有源中点钳位五电平逆变器的动态电压恢复器，其特征在于，还包括：LCL滤波单元：用于为所述三相有源中点钳位五电平逆变器输...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏飞，周一飞，倪京浙，储中华，王建明，姚狄，沈桔，华晶晶，陈吉，潘金佳，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，
类型：发明
国别省市：