一种三电平拓扑制造技术

本申请涉及一种三电平拓扑

【技术实现步骤摘要】
一种三电平拓扑、无风机、低噪音静止无功发生器模块


[0001]本申请涉及无功功率补偿
，尤其是涉及一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块
。

技术介绍

[0002]随着变压器
、
整流装置
、
弧焊以及异步电动机等设备在生产生活中的逐步使用，大量的无功在电网中流动，对电网而言，会导致电网负荷增大，输电线路发热增加，损耗增大，同时降低电网功率因数，大量的无功在电网中流动还会使得电力设备的发热量增加，降低设备的使用寿命，增加设备的维护次数，导致直接的经济损失
。
针对电网系统中的无功，国家供电规则规定，无功电力必须就地平衡，并且无功功率因数不达标甚至会被处以罚款
。
[0003]静止无功发生器是一种用于电力系统中无功补偿的设备
。
它可以通过控制电流和电压的相位差来产生无功电流，从而实现电力系统的无功补偿和电网的稳定
。
相比于传统的无功补偿设备，如电容器和电感器，就静止无功发生器具有响应速度快
、
精度高
、
可靠性强等优点，被广泛应用于电力系统中
。
但是目前现有的静止无功发生器均为适用于工业生产场所的高电压
、
大容量
、
多风机
、
高噪声的大型模块或者大功率整柜形式，针对更靠近生活区域的商超以及小区等场所则没有适合的产品，后者对电压要求较低，对噪声的控制要求更高，对容量的需求更低，大容量反而造成了容量冗余
、
成本增加的问题，另外大型的模块还会占据更多的安装空间
。
[0004]目前市面上针对商场等生活区所安装的静止无功发生器多数采用了大容量降容使用的替代方案，最小容量也达到了
30Kvar。
有些小容量的产品为了降低产品成本多使用两电平控制的方案，反而会造成更多的功率器件如
IGBT
等开通
/
关断损耗，产生更大的发热量，这不仅容易导致静止无功发生器模块过热停机等故障，甚至还容易出现导热功率半导体器件发生热失效的现象
。

技术实现思路

[0005]为了改善相关技术中的静止无功发生器采用的控制方案不仅容易导致静止无功发生器模块过热停机等故障，而且还容易出现导热功率半导体器件发生热失效的现象，本申请提供一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块
。
[0006]本申请提供的一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块采用如下的技术方案：一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，包括中空的壳体以及设置于所述壳体内，且用于实现无功补偿的功能机构，所述功能机构与负载并联入电网，所述功能机构包括：直流模块，所述直流模块用于储存电能，以令功能机构正常工作；转接控制模块，所述转接控制模块与直流模块电性连接，用于采集电网中电流信息，从而输出转接控制信号；
逆变模块：所述逆变模块与所述直流模块
、
转接控制模块以及电网电性连接，所述逆变模块接收并响应于来自所述转接控制模块输出的转接控制信号，从而调整输出电压波形，所述逆变模块采用三电平逆变器
。
[0007]通过采用上述技术方案，使用本申请中的静止无功发生器时，刚开机时，设备自然整流，电网中的电能通过逆变模块后输入进直流模块
。
此时，直流模块被充电，直流模块得以储存电能
。
启动设备时，转接控模块采集电网中电流信号，从而得到电网中无功信息，以此确定当前的无功需求
。
转接控制模块确定当前的无功需求后，转接控制模块生成转接控制信号，并将转接控制信号发送至逆变模块
。
逆变模块接受并响应于来自转接控制模块的转接控制信号后，转接控制模块通过转接控制信号控制逆变模块的输出电压，调整输出逆变模块的输出电压幅值和相位差，使其与电网电压保持一定的相位差和幅值关系，从而实现无功功率的补偿
。
[0008]在二电平逆变器中，直流母线电压仅有一个
IGBT
承担，每个桥臂的
IGBT
所承受的电压直接为直流侧输入电压
。
而由于本申请中逆变模块采用的是三电平逆变器，在三电平逆变器中，直流母线电压
U
由两个
IGBT
分担，每个桥臂上的
IGBT
所承受的电压为直流侧输入电压的一半，因此，三电平逆变器中
IGBT
的导通和关断结束时承受的电压为两电平的一半，这便使得三电平逆变器的
IGBT
开关损耗比两电平控制的开关损耗要小，以此使得发热量得以减小，从而使得静止无功发生器模块不易出现过热停机等故障，导热功率半导体器件也不易发生热失效的现象
。
[0009]另外，相较于二电平逆变控制只能输出高点平与低电平两个电平，本申请采用的三电平逆变器能够输出高电平
、
零电平以及低电平，由此产生的多层阶梯式输出电压经过调制后更接近电网基波的正弦曲线，还能减少谐波，提高电网质量，同时对开关半导体器件的开关损耗降低更明显
。
[0010]优选的，所述转接控制模块包括电流互感器
CT
以及与电流互感器
CT
电性连接的控制单元，电流互感器
CT
用于采集电网中电流信息，并向控制单元输出采样信号，所述控制单元响应于采样信号以控制三电平逆变器工作
。
[0011]通过采用上述技术方案，在电力系统中，采用电流互感器（
Current Transformer
，
CT
）可以实现对电网中无功信息的采集
。CT
的一侧绕制在电网导线上，通过电感耦合原理，从而采集电网中电流信息
。
电流互感器
CT
采集电网中电流信息后生成采样信号，并将采样信号发送至控制单元，控制单元响应于采样信号以控制三电平逆变器的输出电压
。
[0012]优选的，所述转接控制模块还包括设置于电流互感器
CT
与所述控制单元之间的信号转接单元，所述信号转接单元与所述电流互感器
CT、
控制单元以及三电平逆变器电性连接，所述信号转接单元对进入控制单元的信号进行调制处理，同时对控制单元输出的信号进行调解，从而控制三电平逆变器工作
。
[0013]通过采用上述技术方案，利用在电流互感器
CT
与控制单元之间设置信号转接单元，信号转接单元对进入控制单元的信号进行调制处理，同时对控制单元输出的信号进行调节，从而控制三电平逆变器工作
。
[0014]优选的，所述三电平逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，其特征在于，包括中空的壳体（1）以及设置于所述壳体（1）内，且用于实现无功补偿的功能机构（2），所述功能机构（2）与负载（3）并联入电网（4），所述功能机构（2）包括：直流模块（
21
），所述直流模块（
21
）用于储存电能，以令功能机构（2）正常工作；转接控制模块（
24
），所述转接控制模块（
24
）与直流模块（
21
）电性连接，用于采集电网（4）中电流信息，从而输出转接控制信号；逆变模块（
22
）：所述逆变模块（
22
）与所述直流模块（
21
）
、
转接控制模块（
24
）以及电网（4）电性连接，所述逆变模块（
22
）接收并响应于来自所述转接控制模块（
24
）输出的转接控制信号，从而调整输出电压波形，所述逆变模块（
22
）采用三电平逆变器
。2.
根据权利要求1所述的一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，其特征在于，所述转接控制模块（
24
）包括电流互感器
CT
（
241
）以及与电流互感器
CT
（
241
）电性连接的控制单元（
243
），电流互感器
CT
（
241
）用于采集电网（4）中电流信息，并向控制单元（
243
）输出采样信号，所述控制单元（
243
）响应于采样信号以控制三电平逆变器工作
。3.
根据权利要求2所述的一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，其特征在于，所述转接控制模块（
24
）还包括设置于电流互感器
CT
（
241
）与所述控制单元（
243
）之间的信号转接单元（
242
），所述信号转接单元（
242
）与所述电流互感器
CT
（
241
）
、
控制单元（
243
）以及三电平逆变器电性连接，所述信号转接单元（
242
）对进入控制单元（
243
）的信号进行调制处理，同时对控制单元（
243
）输出的信号进行调解，从而控制三电平逆变器工作
。4.
根据权利要求1所述的一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，其特征在于，所述三电平逆变器与电网（4）之间还设置有
LCL
滤波模块（
23
），所述
LCL
滤波模块（
23
）的一端与三电平逆变器电性连接，所述
LCL
滤波模块（
23
）的另一端与电网（4）电性连接
。5.
根据权利要求4所述的一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，其特征在于，所述三电平逆变器包括三个相同的开关单元（
221
），所述
LCL
滤波模块（
23
）采用三阶
LCL
滤波器，三阶
LCL
滤波器包括三个相同的
LCL
滤波单元（
231
），三个所述开关单元（
221
）的直流侧均与直流模块（
21
）电性连接，三个所述开关单元（
221
）的交流侧与三个所述
LCL
滤波单元（
231
）的一端一一对应电性连接，三个所述
LCL
滤波单元（
231
）的另一端与电网（4）三相电一一对应电性连接，三阶
LCL
滤波器滤除三电平逆变器输出的电压波形中的谐波电流
。6.
根据权利要求5所述的一种三电平拓扑
、
无风机
、
低噪音静止无功发生器模块，其特征在于，所述开关单元（
221
）包括依次串联的第一
IGBT
开关
Q1、
第二
IGBT
开关
Q2、
第三
IGBT
开关
Q3
以及第四
IGBT
开关
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昱，王旭，杨凯，
申请(专利权)人：西安科湃电气有限公司，
类型：发明
国别省市：