基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降的方法和装置。所述装置包括：超级电容、有源电力滤波器、电压暂降检测模块、双向晶闸管模块。该超级电容与有源电力滤波器直流侧相连，在电网正常时，利用有功控制功能为超级电容充电和恒压，开关K1处于旁路状态，双向晶闸管处于导通状态。当发生电压暂降时，检测装置发出并网换离网、禁止晶闸管使能指令。该有源电力滤波器接收指令，关断晶闸管，转为离网电压源模式，为负载提供短时供电。电网恢复正常后，电压暂降检测模块发出离网转并网指令，并发送电网幅值和相位，使能晶闸管开通，有源电力滤波器恢复并网模式。通过上述方式实现电压短时暂降治理，装置结构简单，体积小，成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降的方法和装置


[0001]本专利技术涉及电力
，涉及电压暂降保护的方面。

技术介绍

[0002]电压暂降是工厂供电常见的一种故障，起因是由于雷击、大型负荷投切、设备短路等事件引起的电压幅值短时大幅度变化。引起的后果通常包括设备功能失常，或在有限范围内运行，严重时设备无法工作。更为严重的是，工艺流程启动造成连带影响。电压暂降的评估取决于暂降幅值和持续时间。据美国电压暂降统计数据，暂降幅值至0.7pu
‑
0.9pu占比70％，持续时间不超过0.1s占60％，全年平均次数为56次。
[0003]针对电网暂降问题，主要解决方案为配置动态电压调节器，通过变压器耦合，串联于电网和负载之间，在并网模式下实时补偿电压缺失。整机拓扑采取了变压器和背靠背逆变器，补偿电压暂降深度从0.9pu到0.3pu，对持续时间无要求，此设备常应用于芯片制造行业。
[0004]传统设备存在的问题是其成本和售价居高不下。并且对于常见的非线性负载和三相不平衡负载，通过变压器补偿，损耗成倍增加。一般中小规模用电用户难以接受高售价和高损耗。有源电力滤波器，其专用于治理电网电流中谐波分量，是普遍使用的电能质量治理产品。本专利技术通过低成本方案改造，使其具备治理电压暂降的功能，对于工厂敏感负载供电，具有持续稳压改善产品质量的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种附带电网暂降整理的装置和方法，专用于治理电压暂降幅值0.9pu
‑/>0.7pu和持续时长小于0.1s的电网故障，体积小和成本低，适用场合广泛。
[0006]本专利技术提出基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降装置，包括：超级电容，连接于有源电力滤波器的直流侧，用于储备电压暂降输出的能量。
[0007]有源电力滤波器，日常工作于补无功或补偿谐波的工作状态，当电压发生暂降，通过无缝并网转离网技术，以电压源的方式，将直流侧超级电容能量转为负载供电，当电网恢复正常，再无缝切换到电网。
[0008]电压暂降检测装置，采样点安装于电网侧，通过检测电网电压幅值和相位，为有源电力滤波器提供电压切换指令和并离网切换指令；同时，具备检测超级电容状态，对过压和过温故障及时预警。
[0009]双向晶闸管模块，在电网和负载之间作为无缝并网转离网开关，并联于负载供电断路器，当设备投入运行后，断开负载供电断路器，晶闸管处于导通工作状态；当发生电压暂降，双向晶闸管模块被主动关断，由有源电力滤波器转换为离网工作模式，为负载供电。
[0010]通过对有源电力滤波器直流侧增加超级电容作为储能设备，电网和负载之间串联双向晶闸管作为并网转离网无缝切换开关，有源电力滤波器直接转换为电压源的方式进行
三相四线供电，此时，有源电力滤波器和电网处于并联关系。对负载供电的时长取决于超级电容的能量配置。因美国电压暂降统计数据，暂降幅值至0.7pu
‑
0.9pu占比70％，持续时间不超过0.1s占60％，全年平均次数为56 次。对于非必须增加串联式动态电压调节器的场合，但又有提升产品质量和改善供电质量的需求，此专利技术具有高性价比和高回报的意义。
[0011]对比常规补偿电压暂降的设备有两种，第一种为通过注入容性无功的方式，抬高末端电压；第二种为通过变压器耦合，补偿电网电压暂降部分。第一种方式，注入无功抬升电压，占用电网容量，易于电网发生振荡，不利于负载供电电压的稳定，第二种方式通过串联变压器补偿，设备造价高，需提供背靠背拓扑逆变器，且长时逆变工作，损耗大，而电网暂降次数少，时间为几十ms级别，仅需特定时间提供电压补偿。
[0012]本专利技术，在有源电力滤波器的基础上，直流侧增加储能装置，通过装置本体可实现充放电控制，在电网和负载之间增加双向晶闸管开关，用于电网暂降时断开电网连接，通过有源电力滤波器做电压源控制。整体方案增加器件为储能元件和开关元件，未涉及隔离变压器和充电逆变器，且日常工作于补偿电网无功和谐波状态，可根据电网补偿电流大小设定自行启停功能，电网暂降通过内部算法控制，无缝切换并网和离网状态，补偿时间短，整机利用率以及效率、成本，较传统方案有巨大优势，适合推广和生产。
[0013]本专利技术和现有技术比较有三大好处：第一、成本低。有源电力滤波器为普遍使用产品，适用场合丰富，均采用常规量产物料，具备成本优势；传统方案造价高出几倍，等同容量下使用了大功率变压器、两倍数量以上电力电子器件、两倍于本专利技术的占地面积，且原理上成本难以降低，未具备高性价比。
[0014]第二、响应快。本专利技术并离网无缝切换技术，采用对双向晶闸管进行反压关断技术，响应时间在1ms以内，并输出转为电压源模式，切换总时间在 3ms以内完成。传统技术需通过瞬时无功理论或者傅里叶变换提取负序分量和谐波分量，补偿全响应时长在10ms以上。
[0015]第三、损耗低。本专利技术在有源电力滤波器的基础上，增加电压补偿功能，日常补偿无功电流和谐波电流，具备节能的特性，且通过无缝并离网技术对电网电压暂降进行补偿，时间短，不增加用户额外成本。传统技术为长时补偿方案，持续运行，给用户带来2％
‑
3％的损耗，增加用户成本。
附图说明
[0016]下面结合附图及实施例对本专利技术进行进一步说明，附图中：图1是本专利技术基于超级电容的并联型有源电力滤波器补偿电压暂降电气原理图；图2是本专利技术的电压暂降检测装置功能图；图3是本专利技术的电压暂降检测的方法；图4是本专利技术的并网转离网切换流程图；图5是本专利技术的离网转并网切换流程图；图6是本专利技术的有源电力滤波器补偿状态下的算法结构；图7是本专利技术的有源电力滤波器关断晶闸管的算法结构；图8是本专利技术的有源电力滤波器离网运行的算法结构；图9是动态电压恢复器电气原理图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本专利技术，但不对本专利技术的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本专利技术的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]如图1所示，基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降，包括了电网暂降检测装置、双向晶闸管模块、有源电力滤波器、超级电容模组、开关K1、开关K2、电网电流采样、并离网切换控制、晶闸管控制。
[0019]所述电气原理图中，在有源电力滤波器治理无功和谐波的基础上，增加了电网暂降检测装置、双向晶闸管模块、超级电容模组、并离网切换控制、晶闸管控制。
[0020]针对有源电力滤波器常用功能，不做描述，算法框架参考图6。
[0021]开关K1为负载的供电断路器，在开关两侧并联了双向晶闸管模块，用于电压暂降时的快速开关切换，装置正常工作时，双向晶闸管导通为负载供电。开关K1的功能为旁路开关，当装置进行维护时，闭合开关K1为负载供电。
[0022]开关K2为有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降装置，其特征在于，包括：电压暂降检测装置、双向晶闸管模块、超级电容、有源电力滤波器、旁路开关K1，所述电压暂降检测装置，用于对电网暂降和恢复的检测，并具备使能和禁止双向晶闸管的功能，通过CAN通信和有源电力滤波器进行电网信息交互，完成并离网无缝切换指令，通过CAN通信对超级电容进行在线监测，所述双向晶闸管模块，用于电网暂降时刻快速断开负载和电网的连接，电压暂降装置禁止双向晶闸管驱动，有源电力滤波器输出反向电压快速关断晶闸管，实现ms级分断能力。2.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降装置，其特征在于电压暂降检测装置包括电压采样电路和CPU处理器。3.根据权利要求1所述的一种基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降装置，其特征在于电压暂降检测装置包括液晶屏。4.根据权利要求1和2所述的一种基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降装置，其特征在于该电压暂降检测装置具有电压暂降检测录波，计算暂降深度和持续时间的功能，并通过CAN通信请求有源电力滤波器记录负载供电电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢浩，任建功，朱辉，朱翌，
申请(专利权)人：苏州四方智电能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：