无串联变压器级联多电平动态电压调节器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无串联变压器级联多电平动态电压调节器，涉及电力系统中的调压设备，包含有并联连接的逆变器、滤波电容Cr和旁路开关K，所述逆变器由多个级联的H桥逆变单元组成，所述H桥逆变单元上均并联有幅值相等的直流电容C，所述逆变器的两侧输出端分别连接有滤波电抗Lr。本实用新型专利技术安装在供电系统10kV或400V母线上，对该母线所供负荷均能实现调节，当电压跌落发生时，可以在毫秒级内将电压跌落补偿成正常值，对变频器、智能型断路器均适用，应用无局限性，且不存在误动作等因素，故障率极低。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统中的调压设备，具体地说是一种无串联变压器级联多电平动态电压调节器。
技术介绍
在各种电能质量问题当中，电压暂降是发生概率最高的电能质量问题。近年来，由于高科技经济的发展，敏感负荷也逐渐增加，由电压暂降发生的机率远高于断电发生的机率。调查显示在所有配电系统事故中，电压暂降占了 70% -80%;而在输电系统事故中，电压暂降所占的比例超过了 96%。目前在欧美各国对电压暂降的关注程度比其它有关电能质量问题的关注程度要大得多，其中一个重要的因素是在电能质量的诸多原因中，由电压暂降引起的用户投诉占整个电能质量问题的80%以上，而由谐波、闪变、开关操作过电压等引起的电能质量问题投诉不到20%。引起电压暂降最常见的原因有如下几种1)线路发生短路故障引起的电压暂降，当线路中出现短路故障时，电流急剧增大， 在公共电压连接点就会产生电压暂降。暂降的大小由短路故障类型和故障点距离决定，而持续时间则取决于保护的类型。2)大型感应电动机起动引起的电压暂降，感应电动机起动时，其起动电流接近稳态运行时的5-10倍，这一大电流流经线路时，就会引起电压的突然下降。3)变压器励磁涌流引起的电压暂降，变压器在稳态运行时，空载励磁电流是额定电流的2-10%。但在空载接通电源的瞬间，磁通可能超过正常时的两倍，由于铁心饱和，励磁电流很大，超过稳态励磁电流的几十倍乃至百余倍，可达额定电流的3-5倍。这样也会引起线路的电压暂降。4)雷击引起电压暂降，因雷击引起的电压暂降次数在有的地方占总次数的一半以上。其它的如自动重合闸、开关操作、电容器组的投切以及他们的组合都会引起电压暂降。在工程中通常用两个变量来描述电压暂降暂降幅度(Sag Magnitude)和持续时间(Duration Time)，暂降幅度10%-90%，持续时间0. 5个周波到lmin。很多电压暂降发生时我们是感觉不到的，大多数机器仍在工作，而有些机器却突然间停机了，这样的事故虽然不是特别多，但平均起来每个月都会发生几次，就是这样的情况每年造成的直接和间接经济损失就难以估量。电压暂降造成的危害与设备自身的特性以及用户的要求密切相关。对广泛应用于配电网的调速电机，当电压低于70 %，持续时间超过6个周波时，电机将被迫切除，而对于一些精细加工中的电机，当电压低于90%、持续时间超过3个周波时，电机就会跳闸而退出运行。对可编程控制器(PLC)，当电压低于81%时，PLC停止工作； 一些I/O设备，当电压低于90%、持续时间仅几个周波，就会被切除；对于广泛应用于日常工作和家庭中的计算机，当电压低于60%、持续时间超过几个周波时，计算机工作将受到影响，如数据丢失。半导体行业，对生产工艺、环境(如温度、空气清洁度等)等要求很高，而且半导体工厂是一个相互关联的系统，任何一个环节出现问题，整条工艺生产线都要停下来。例如冷却机因电压暂降停下来，温度达不到生产要求，其他工艺也会因连锁故障停下来。正在加工的产品只能报废，而重新启动生产、恢复常态需要较长的时间(至少半个小时)。汽车制造行业对温度、湿度、进出气压力及工艺自身要求都很高，且这些因素是相互关联的， 一旦烘干炉(控制温度)停机，整条生产线都要停下来，正在电泳喷漆和烘干的车身报废， 重新启动恢复正常需要1 2个小时。轮胎制造行业，例如为硫化工艺提供蒸汽的锅炉一旦因电能质量问题发生停机，就会导致硫化工艺的产品全部报废，重新启动恢复的时间在半个小时以上。治金、化工业，在生产过程中电压暂降造成设备停机，对设备、人身造成很大危险，可能导致恶性事故发生，而重新启动达到生产所需的条件，又需要较长的时间，经济损失巨大。电压暂降可通过减少线路发生故障的频率、快速线路保护的应用或在用户侧安装一些定制电力技术的装置来解决。目前，有若干个产品可用来减少电压跌落的影响1)变压器分接头调节器，该产品由于受变压器分接头的调节范围限制，仅在一定程度上减轻电压跌落的影响，且调节时间较长。幻磁谐振变压器CVT (Constant Voltage Transformer)，当电源电压的幅值改变时，CVT能给负载提供定值电压。在电压跌落下降到正常值的60%时则不能平稳地提供电压支撑，且体积比标准变压器稍大，容量通常在20kVA以下。3)不间断电源UPS (Uninterruptable Power Supply)，在减少电压跌落和电压中断影响的装置中，UPS是使用较广的设备，当电源发生电压跌落或电压中断时，由UPS供电， 提供给用户合格的电压。UPS的缺点是大容量受限制，运行维护费用高，且故障时不能有效识别是断电还是电压暂降，这对用电设备及系统造成很大危害。4)防晃电接触器，其工作原理是在控制电压突然跌落到非正常工作电压时，欠压信号传输到永磁接触器的控制电路中，控制系统对信号立即做出分析，是需要延时还是常规工作。目前该产品存在如下缺点a、安装部位多，用量十分大，设备自身故障点增多，导致系统防晃电效果不稳定，且防晃电接触器自身维护量很大；b、应用局限性大，防晃电接触器不能应用于变频器、智能型断路器等；C、防晃电接触器的延时功能主要是利用延时继电器来完成的，延时继电器发生故障时不能保证设备正常运行，有时发生负载事故。
技术实现思路
为解决上述存在的技术问题，本技术提供一种无串联变压器级联多电平动态电压调节器，安装在供电系统IOkV或400V母线上，对该母线所供负荷均能实现调节，当电压跌落发生时，可以在毫秒级内将电压跌落补偿成正常值，对变频器、智能型断路器均适用，应用无局限性，且不存在误动作等因素，故障率极低。为达到上述目的，本技术采用的技术方案如下包含有并联连接的逆变器、滤波电容Cr和旁路开关K，所述逆变器由多个级联的H 桥逆变单元组成，所述H桥逆变单元上均并联有幅值相等的直流电容C，所述逆变器的两侧输出端分别连接有滤波电抗Lr。本技术的有益效果如下1)本技术是一种静态串联补偿器，适用于复杂的现代化生产线或生产线中的敏感环节，为系统多重冗余保护，结构简单，故障环节少，可靠性高；2)本技术的适配性强，过载能力强，可串联在生产线上的任何重要负荷输入侧，且适应任何容性负载和感性负载，容量匹配与负载一致；3)本技术运行损耗小，在不发生电压跌落时，采用电子旁路工作方式，运行效率由此得到提高，一般大于98% ；4)本技术中不含大容量储能元件，因此体积相对较小，并且寿命长、免维护；5)本技术还能够应用远程监测手段，实现对整个系统的电能质量的监测。附图说明图1为本技术主回路拓扑单线示意图；图2为本技术注入电压指令生成框图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术进行详细描述在以下论述中，本技术简称DVR.。目前动态电压调节器的主电路结构有所不同，不同的主电路结构会有不同的补偿效果和性价比。可用在高压大容量领域的实用拓扑结构为三电平结构和多电平结构。在相同基波输出下，三电平结构与传统二电平结构相比，具有开关频率低、元件应力小、开关损耗低、输出谐波小的优点；缺点是在实际应用上，单个开关器件仍然要承受较大电压应力，器件参数选择余地较小，在线处理电容电压不平衡、窄脉冲消除等问题使得控制变得很复杂；同时，系统的冗余设计、容量扩展困难。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无串联变压器级联多电平动态电压调节器，其特征在于，包含有并联连接的逆变器（１）、滤波电容Ｃｒ和旁路开关Ｋ，所述逆变器（１）由多个级联的Ｈ桥逆变单元（２）组成，所述Ｈ桥逆变单元（２）上均并联有幅值相等的直流电容Ｃ，所述逆变器（１）的两侧输出端分别连接有滤波电抗Ｌｒ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华锋，李锋，
申请(专利权)人：朱华锋，
类型：实用新型
国别省市：37