專利名稱：一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置的制作方法
一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置。背景技術(shù)：
目前，電力電子產(chǎn)業(yè)處于活躍的發(fā)展期，電力電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，在工礦企業(yè)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)工藝、減少環(huán)境污染方面發(fā)揮了巨大的作用。但是目前電力電子產(chǎn)品受到元器件、技術(shù)、生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)的制約，價格還是比較昂貴。
而且，現(xiàn)在工廠使用的電力電子產(chǎn)品種類越來越多，比如四象限變頻器、單相變頻器、軟啟動器、有源濾波器APF、靜止無功發(fā)生器SVG、直流電源、不間斷電源UPS、風(fēng)電并網(wǎng)變流器、光伏并網(wǎng)逆變器、動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR等設(shè)備不斷涌現(xiàn)，但是這些產(chǎn)品功能單一，只能實現(xiàn)獨自的功能。受到工廠自動化設(shè)備的更新?lián)Q代和產(chǎn)品線的調(diào)整等因素，很多比較昂貴的電力電子設(shè)備不得不面臨閑置的窘境。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)四象限三相變頻器、單相變頻器、軟啟動器、有源電力濾波器APF、靜止無功發(fā)生器SVG、直流電源、不間斷電源UPS、風(fēng)電并網(wǎng)變流器、光伏并網(wǎng)逆變器、動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR等功能中的兩種或兩種以上，使用靈活、方便，智能化和可靠性高，節(jié)約投資費用，減少設(shè)備的閑置和浪費的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，包括有控制系統(tǒng)、主回路系統(tǒng)和互感器霍爾傳感器模組；其中，
所述控制系統(tǒng)主要由中央處理器模塊、模擬量處理模塊、IGBT驅(qū)動模塊、開關(guān)量處理模塊和人機接口模塊組成，所述模擬量處理模塊、IGBT驅(qū)動模塊、開關(guān)量處理模塊和人機接口模塊均與所述中央處理器模塊導(dǎo)通連接；
所述主回路系統(tǒng)主要由前端串聯(lián)電抗器、前端逆變環(huán)節(jié)、前端軟充電環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、后端軟充電環(huán)節(jié)、后端逆變環(huán)節(jié)和后端串聯(lián)電抗器組成，并依次導(dǎo)通連接；
而且，所述IGBT驅(qū)動模塊的輸出端與所述前端逆變環(huán)節(jié)和后端逆變環(huán)節(jié)導(dǎo)通連接，所述開關(guān)量處理模塊的輸出端與所述前端串聯(lián)電抗器、前端軟充電環(huán)節(jié)、后端軟充電環(huán)節(jié)和后端串聯(lián)電抗器導(dǎo)通連接，所述前端串聯(lián)電抗器和后端串聯(lián)電抗器上還分別設(shè)有用于與外部電力設(shè)備連接實現(xiàn)不同功能的前端連接端口和后端連接端口，所述互感器霍爾傳感器模組兩端分別與所述模擬量處理模塊與所述主回路系統(tǒng)電連接。進(jìn)一步地，所述中央處理器模塊包括有依次導(dǎo)通連接的DSP處理芯片、FPGA邏輯芯片和FLASH存儲芯片，所述模擬量處理模塊包括有互感器模塊、AD處理模塊和霍爾模塊，所述互感器模塊和霍爾模塊與所述AD處理模塊導(dǎo)通連接，所述AD處理模塊與所述DSP處理芯片和FPGA邏輯芯片導(dǎo)通連接，所述開關(guān)量處理模塊和人機接口模塊分別與所述FPGA邏輯芯片和DSP處理芯片導(dǎo)通連接。進(jìn)一步地，所述前端串聯(lián)電抗器和后端串聯(lián)電抗器分別由相互導(dǎo)通連接的串聯(lián)電抗器LI和旁路接觸器KMl、串聯(lián)電抗器L2和旁路接觸器KM2組成，所述前端軟充電環(huán)節(jié)和后端軟充電環(huán)節(jié)分別由相互導(dǎo)通連接的軟充電電阻Rl和旁路接觸器KM3、軟充電電阻R2和旁路接觸器KM4組成，且所述開關(guān)量處理模塊的輸出端與所述旁路接觸器KMl KM4導(dǎo)通連接。進(jìn)一步地，所述前端逆變環(huán)節(jié)和后端逆變環(huán)節(jié)均由兩個以上半橋逆變器并聯(lián)而成，所述半橋逆變器的數(shù)量與所述串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中電抗器的數(shù)量一致，并一對一地導(dǎo)通連接。進(jìn)一步地，所述前端逆變環(huán)節(jié)和后端逆變環(huán)節(jié)分別有三個半橋逆變器Al A6和三個半橋逆變器BI B6并聯(lián)而成，所述串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中均由三個電抗器組成，并在前端和后端分別形成A C連接端口和X Z連接端口。進(jìn)一步地，所述中間直流環(huán)節(jié)是由至少一個電容和一個功率二極管組成，且相互并聯(lián)連接。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明上述技術(shù)方案，用戶只需修改參數(shù)和外圍接線，即可通過本發(fā)明所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)四象限三相變頻器、單相變頻器、軟啟動器、有源電力濾波器APF、靜止無功發(fā)生器SVG、直流電源、不間斷電源UPS、風(fēng)電并網(wǎng)變流器、光伏并網(wǎng)逆變器、動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR等功能中的兩種或兩種以上，將各種電力電子設(shè)備整合到一個平臺上，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、可靠性，而且能夠大大的節(jié)約用戶的投資，減少設(shè)備的閑置和浪費，也能夠在工廠的不同生產(chǎn)時期發(fā)揮不同的作用，同時本裝置還預(yù)留有外部接口，方便用戶根據(jù)生產(chǎn)廠家的推薦達(dá)到自行擴展容量的要求，打破了電氣生產(chǎn)廠家生產(chǎn)不同容量的設(shè)備滿足用戶單一需求的限制。

圖1是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意框 圖2是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)四象限三相變頻器功能的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)單相變頻器功能的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)電機軟啟動器功能的結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)有源電力濾波器和靜止無功發(fā)生器功能的結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)直流電源功能的結(jié)構(gòu)示意
圖7是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)不間斷電源功能的結(jié)構(gòu)示意 圖8和圖9是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)變流器功能的結(jié)構(gòu)不意 圖10和圖11是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器功能的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是本發(fā)明所述一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)電壓快速恢復(fù)器功能的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1至圖12中所示 本發(fā)明提供了一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，包括有控制系統(tǒng)1、主回路系統(tǒng)2和互感器霍爾傳感器模組3 ;所述控制系統(tǒng)I主要由中央處理器模塊11、模擬量處理模塊12、IGBT驅(qū)動模塊13、開關(guān)量處理模塊14和人機接口模塊15組成，所述模擬量處理模塊12、IGBT驅(qū)動模塊13、開關(guān)量處理模塊14和人機接口模塊15均與中央處理器模塊11導(dǎo)通連接；所述主回路系統(tǒng)2主要由前端串聯(lián)電抗器21、前端逆變環(huán)節(jié)22、前端軟充電環(huán)節(jié)23、中間直流環(huán)節(jié)24、后端軟充電環(huán)節(jié)25、后端逆變環(huán)節(jié)26和后端串聯(lián)電抗器27組成，并依次導(dǎo)通連接；而且，所述IGBT驅(qū)動模塊13 (如CONCEPT公司的2SD315驅(qū)動器)的輸出端與前端逆變環(huán)節(jié)22和后端逆變環(huán)節(jié)26導(dǎo)通連接，主要用于接收FPGA邏輯芯片112送來的驅(qū)動信號對前端逆變環(huán)節(jié)22和后端逆變環(huán)節(jié)26進(jìn)行驅(qū)動；所述開關(guān)量處理模塊14的輸出端與前端串聯(lián)電抗器21、前端軟充電環(huán)節(jié)23、后端軟充電環(huán)節(jié)25和后端串聯(lián)電抗器27導(dǎo)通連接，所述前端串聯(lián)電抗器21和后端串聯(lián)電抗器27上還分別設(shè)有用于與外部電力設(shè)備連接實現(xiàn)不同功能的前端連接端口 211和后端連接端口 271。具體結(jié)構(gòu)為所述中央處理器模塊11是控制系統(tǒng)I的核心，包括有依次導(dǎo)通連接的DSP處理芯片111 (如TI公司的TMS320F2812處理芯片)、FPGA邏輯芯片112 (如Altera公司的EP3C16Q240邏輯芯片)和FLASH存儲芯片113，主要用于模擬量和開關(guān)量的采集、運算處理并生成PWM控制信號、通訊等功能，外擴的FLASH存儲芯片113內(nèi)存儲相應(yīng)的處理程序；所述模擬量處理模塊12包括有互感器模塊121 (如LMZl-0. 5電流互感器和JDG4-0. 5電壓互感器)、AD處理模塊122(如HCPL7840隔離運放和AD7605轉(zhuǎn)換芯片)和霍爾模塊123 (如LT308_S6電流霍爾模塊和LV25-1000電壓霍爾)，所述互感器模塊121和霍爾模塊123與AD處理模塊122導(dǎo)通連接，所述AD處理模塊122與DSP處理芯片111和FPGA邏輯芯片112導(dǎo)通連接，所述開關(guān)量處理模塊14和人機接口模塊15分別與FPGA邏輯芯片112和DSP處理芯片111導(dǎo)通連接，開關(guān)量處理模塊14主要用于輸入和輸出的開關(guān)量信號的隔離處理，實現(xiàn)用戶控制信號的接受、設(shè)備狀態(tài)開關(guān)量的檢測、設(shè)備狀態(tài)的指示、接觸器的控制等功能，輸入采用光耦(如TLP521-4隔離光耦)隔離，輸出采用繼電器(如JHC-5F024A-2H繼電器)隔離，人機接口15主要實現(xiàn)用戶對設(shè)備的狀態(tài)查看、參數(shù)修改、故障指示、操作等功能；所述前端串聯(lián)電抗器21和后端串聯(lián)電抗器27分別由相互導(dǎo)通連接的串聯(lián)電抗器LI和旁路接觸器KM1、串聯(lián)電抗器L2和旁路接觸器KM2組成；所述前端逆變環(huán)節(jié)22和后端逆變環(huán)節(jié)26分別有三個半橋逆變器Al A6和三個半橋逆變器BI B6并聯(lián)而成，所述串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中均由三個電抗器組成，并在前端和后端分別形成A C連接端口和X Z連接端口，所述三個半橋逆變器Al A6和三個半橋逆變器BI B6分別與所述串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中的三個電抗器一對一地導(dǎo)通連接(當(dāng)然所述前端逆變環(huán)節(jié)22和后端逆變環(huán)節(jié)26也可由兩個以上半橋逆變器并聯(lián)而成，所述半橋逆變器的數(shù)量與串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中電抗器的數(shù)量一致，并一對一地導(dǎo)通連接。);所述前端軟充電環(huán)節(jié)23和后端軟充電環(huán)節(jié)25分別由相互導(dǎo)通連接的軟充電電阻Rl和旁路接觸器KM3、軟充電電阻R2和旁路接觸器KM4組成，且開關(guān)量處理模塊14的輸出端與旁路接觸器KMl KM4導(dǎo)通連接；所述中間直流環(huán)節(jié)24是由至少一個電容和一個功率二極管組成，且相互并聯(lián)連接。另外，所述互感器霍爾傳感器模組3兩端分別與模擬量處理模塊12與主回路系統(tǒng)2電連接，所述互感器霍爾傳感器模組3中的互感器主要用于采集前端串聯(lián)電抗器21和后端串聯(lián)電抗器27的前端和后端三相電壓、本電力電子裝置的前端和后端三相電流、網(wǎng)側(cè)三相電流等幾組信號，互感器霍爾傳感器模組3中的主要用于采集直流母線電壓，同時傳送給控制系統(tǒng)I從而實現(xiàn)對主回路系統(tǒng)2運行狀態(tài)的監(jiān)控。下面針對通過本發(fā)明所述的電力電子裝置實現(xiàn)各種功能進(jìn)行詳細(xì)說明。(I)四象限三相變頻器既可以用于普通的風(fēng)機、水泵類負(fù)載，又能滿足起重提升設(shè)備、需快速制動設(shè)備、長時重載電氣制動的場合。為了提高節(jié)電效果，減少制動過程的能 量損耗，將減速能量回收反饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的功效。如圖2所示，本裝置實現(xiàn)四象限三相變頻器功能時，A C連接端口連接三相電源電網(wǎng)41，X Z連接端口連接三相電機42 ;當(dāng)三相電機42工作在電動狀態(tài)的時候，控制系統(tǒng)I產(chǎn)生6路PWM控制信號(脈沖信號)并通過IGBT驅(qū)動模塊13控制前端逆變環(huán)節(jié)22中的三個半橋逆變器Al A6的6個IGBT的開通和關(guān)斷，IGBT的開通和關(guān)斷與輸入電抗器(是LI還是L2 )共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，這樣就消除了二極管整流橋產(chǎn)生的6K±1諧波，功率因數(shù)高達(dá)99%，消除了對電網(wǎng)的諧波污染。三相電機42工作在二、四象限時，中間直流環(huán)節(jié)24的母線電壓升高，三個半橋逆變器Al A6處于逆變狀態(tài)，將電能回饋回電網(wǎng)。(2)單相變頻器其應(yīng)用與四象限三相變頻器類似，區(qū)別僅在于如圖3所示，本裝置實現(xiàn)單相變頻器功能時，只是B、C連接端口連接三箱電源電網(wǎng)51，Y、Z連接端口連接三相電機52。(3)電機軟啟動器是采用電力電子技術(shù)、微處理技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的新型起動設(shè)備，能有效地限制交流異步電動機起動時的起動電流，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)機、水泵、輸送類及壓縮機等負(fù)載。如圖4所示，本裝置實現(xiàn)電機軟啟動器功能時，A C連接端口連接三相電源61，X Z連接端口連接三相異步電機62，同時在設(shè)置旁路接觸器63，該旁路接觸器63的前端和后端分別與連接在A C連接端口和X Z連接端口 ；該電機軟啟動器實際是用變頻器的方式將三相異步電機62運行到50Hz，再將旁路接觸器63吸合，轉(zhuǎn)到工頻運行狀態(tài)。(4)有源電力濾波器(APF)和靜止無功發(fā)生器(SVG):是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補償。如圖5如圖所示，本裝置實現(xiàn)APF和SVG功能時，A C連接端口和X Z連接端口均與三相電源電網(wǎng)71連接，APF和SVG采用相同的電路結(jié)構(gòu)，只是內(nèi)部算法的不同而使得本裝置處于補償諧波還是補償無功的狀態(tài)，具體為實現(xiàn)有源電力濾波器(APF)功能時，通過互感器模塊121中的電流互感器檢測負(fù)載電流，并通過DSP處理芯片111計算，提取出負(fù)載電流中的諧波成分，然后通過PWM信號發(fā)送給內(nèi)部IGBT，控制逆變器產(chǎn)生一個和負(fù)載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達(dá)到濾波的目的；實現(xiàn)靜止無功發(fā)生器(SVG)功能時經(jīng)過前端串聯(lián)電抗器21和后端串聯(lián)電抗器27并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)前端逆變環(huán)節(jié)22和后端逆變環(huán)節(jié)26交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制裝置輸出側(cè)即前后電抗器上流過的電流，迅速吸收或者發(fā)出所需的無功功率，實現(xiàn)快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的，不僅可以跟蹤沖擊型負(fù)載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進(jìn)行跟蹤補償。(5)直流電源是維持電路中形成穩(wěn)恒直流電源的裝置。直流電源系統(tǒng)適用于大型發(fā)電廠、水電廠、超高壓變電站、無人值守變電站作為控制、信號、保護、自動重合閘操作、事故照明、直流油泵，各種直流操作機構(gòu)的分合閘，二次回路的儀表，自動化裝置的控制交流不停電電源等用電裝置的直流供電電源。如圖6所示，本裝置實現(xiàn)直流電源功能時，A C連接端口和X Z連接端口均與三相電源81連接，M和N連接端口通過一接觸器82連接蓄電池83的正負(fù)極，蓄電池83充滿電后無需后備電源時斷開接觸器82，直流電源由中間直流環(huán)節(jié)24中的電容提供，當(dāng)前端電源失電時接觸器82閉合，由蓄電池83提供直流電源。同樣采用UPS的PWM整流方式，能夠很好的控制直流母線的電壓波動，保證提供的直流電源的穩(wěn)定以及蓄電池83的充電電壓和充電電流的穩(wěn)定，由于采用前端逆變環(huán)節(jié)22實現(xiàn)PWM整流實現(xiàn)對電池的充電，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生諧波污染。(6)不間斷電源(UPS):是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。當(dāng)市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷(事故停電)時，UPS立即將機內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)交流電。如圖7所示，本裝置實現(xiàn)UPS功能時，A C連接端口與三相電源電網(wǎng)91連接，X Z連接端口連接三相負(fù)載；M、N兩端子通過一接觸器92連接蓄電池93的正負(fù)極，蓄電池93充滿電后無需后備電源時斷開接觸器92，后端逆變通的直流電源由中間直流環(huán)節(jié)24中的電容提供，當(dāng)前端電源失電時接觸器92閉合，由蓄電池93提供直流電源供后端逆變環(huán)節(jié)26 ;另外，還可外接另一接觸器94，以該接觸器94決定是直接外部電源還是通過UPS提供穩(wěn)定干凈的電源，或者是選擇UPS處于在線式還是離線式兩種模式的切換。由于前端是采用PWM整流方式，能夠很好的控制直流母線的電壓波動，保證蓄電池93的充電電壓和充電電流的穩(wěn)定，減少了前端整流環(huán)節(jié)對電源的諧波污染。(7)風(fēng)電并網(wǎng)變流器是把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能并入電網(wǎng)的紐帶，既能對電網(wǎng)輸送風(fēng)力發(fā)電的有功分量，又能連結(jié)、調(diào)節(jié)電網(wǎng)端無功分量，起到無功補償?shù)淖饔?。風(fēng)力發(fā)電機分為異步雙饋和永磁直驅(qū)兩種，其對應(yīng)的風(fēng)電變流器也不盡相同。如圖8中所示，本裝置實現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)變流器功能時，對于永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機，A C連接端口與永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機101的輸出端連接，X Z連接端口連接三相電源電網(wǎng)102，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機101發(fā)出的電經(jīng)過本裝置前端的前端串聯(lián)電抗器21、前端逆變環(huán)節(jié)22和前端軟充電環(huán)節(jié)23的PWM整流及中間直流環(huán)節(jié)24中的電容濾波后，經(jīng)過后端軟充電環(huán)節(jié)25和后端逆變環(huán)節(jié)26逆變出PWM脈沖信號經(jīng)過后端串聯(lián)電抗器27實現(xiàn)并網(wǎng)。如圖9中所示，對于異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機，需要增加并網(wǎng)開關(guān)103，A C連接端口與異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機104的的轉(zhuǎn)子線圈連接，并網(wǎng)開關(guān)103的前端連接異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機104的定子線圈，并網(wǎng)開關(guān)103的后端連接三相電源電網(wǎng)105，X Z連接端口連接三相電源電網(wǎng)105，本裝置從后端逆變環(huán)節(jié)26獲得電源，從前端逆變環(huán)節(jié)22輸出三相電源提供異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機104的勵磁，通過本裝置調(diào)節(jié)勵磁電流幅值，可調(diào)節(jié)發(fā)出的有功功率、調(diào)節(jié)勵磁電流相位、可調(diào)節(jié)發(fā)出的無功功率、可實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立調(diào)節(jié)，達(dá)到改變功率角使異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機104穩(wěn)定運行的目的；所以可通過交流勵磁使異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機104吸收更多無功功率，參與電網(wǎng)的無功功率調(diào)節(jié)，解決電網(wǎng)電壓波動升高的弊病，從而提高電網(wǎng)運行效率、電能質(zhì)量與穩(wěn)定性；異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機104還可通過對轉(zhuǎn)子實施交流勵磁，精確地調(diào)節(jié)發(fā)電機定子輸出電壓，使其滿足并網(wǎng)要求，實現(xiàn)安全快速的“柔性”并網(wǎng)操作。(8)光伏并網(wǎng)逆變器是把太陽電池所輸出的直流電轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電再輸入電網(wǎng)的設(shè)備，是并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換與控制的核心。如圖10和圖11所示，本裝置實現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器功能時，本裝置可以直接接入三相電源電網(wǎng)106或者通過變壓器107接入三相電源電網(wǎng)106，即A C連接端口和X Z連接端口直接連接三相電源電網(wǎng)106三相電源，或者經(jīng)過兩個變壓器107 (TRl和TR2)連接三相電源電網(wǎng)106三相電源。本裝置通過前端逆變環(huán)節(jié)22和后端逆變環(huán)節(jié)26逆變輸出電壓到前端串聯(lián)電抗器21和后端串聯(lián)電抗器27中的串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2上，在串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2上產(chǎn)生電流流入三相電源電網(wǎng)106或經(jīng)過變壓器107流入三相電源電網(wǎng)106。(9)電壓快速恢復(fù)器(DVR):是一種串聯(lián)電壓補償裝置，除無功功率之外，有補償有功功率的能力，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生電壓暫降時，能在幾毫秒內(nèi)將用戶側(cè)電壓恢復(fù)到正常值；主要功能抑制動態(tài)和穩(wěn)態(tài)的電壓跌落、浪涌、閃變，具有良好的動態(tài)電壓補償能力，可以有效抑制諧波、三相不平衡，提高電能質(zhì)量；當(dāng)系統(tǒng)電壓受到干擾造成負(fù)荷側(cè)電壓短時跌落(幾個周波至幾十個周波)是造成敏感負(fù)荷、計算機設(shè)備故障的主要原因，而動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(DVR),在1-2毫秒之內(nèi)產(chǎn)生補償電壓，抵消系統(tǒng)電壓所受干擾，使負(fù)荷側(cè)電壓感受不到擾動，保證了敏感負(fù)荷、計算機負(fù)荷的安全可靠運行。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器響應(yīng)速度快，可以保證負(fù)荷側(cè)電壓波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦，消除電壓諧波和電壓波動與閃變對負(fù)載的影響。如圖12所示，本裝置實現(xiàn)電壓快速恢復(fù)器功能時，A C連接端口直接連接三相電源電網(wǎng)108，X Z連接端口增加耦合變壓器109和補償電容100連接三相電源電網(wǎng)108，耦合變壓器109的中性點與本裝置中間直流環(huán)節(jié)24的重點(Q連接端口)連接，前端逆變環(huán)節(jié)22主要提供母線直流電壓，后端逆變環(huán)節(jié)26根據(jù)電網(wǎng)的實際情況逆變出電壓通過耦合變壓器109耦合到三相電源電網(wǎng)108中，從而能夠補償和抑制電網(wǎng)電壓的驟升和驟降。這樣，用戶只需修改參數(shù)和外圍接線，即可通過本發(fā)明所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置實現(xiàn)四象限三相變頻器、單相變頻器、軟啟動器、有源電力濾波器APF、靜止無功發(fā)生器SVG、直流電源、不間斷電源UPS、風(fēng)電并網(wǎng)變流器、光伏并網(wǎng)逆變器、動態(tài)電壓恢復(fù)器DVR等功能中的兩種或兩種以上，將各種電力電子設(shè)備整合到一個平臺上，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、可靠性，而且能夠大大的節(jié)約用戶的投資，減少設(shè)備的閑置和浪費，也能夠在工廠的不同生產(chǎn)時期發(fā)揮不同的作用，同時本裝置還預(yù)留有外部接口，方便用戶根據(jù)生產(chǎn)廠家的推薦達(dá)到自行擴展容量的要求，打破了電氣生產(chǎn)廠家生產(chǎn)不同容量的設(shè)備滿足用戶單一需求的限制。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，其特征在于包括有控制系統(tǒng)(I)、主回路系統(tǒng)(2)和互感器霍爾傳感器模組(3);其中，所述控制系統(tǒng)(I)主要由中央處理器模塊(11 )、模擬量處理模塊(12)、IGBT驅(qū)動模塊 (13)、開關(guān)量處理模塊(14)和人機接口模塊(15)組成，所述模擬量處理模塊(12)、IGBT驅(qū)動模塊(13)、開關(guān)量處理模塊(14)和人機接口模塊(15)均與所述中央處理器模塊(11)導(dǎo)通連接；所述主回路系統(tǒng)(2)主要由前端串聯(lián)電抗器(21)、前端逆變環(huán)節(jié)(22)、前端軟充電環(huán)節(jié)(23)、中間直流環(huán)節(jié)(24)、后端軟充電環(huán)節(jié)(25)、后端逆變環(huán)節(jié)(26)和后端串聯(lián)電抗器 (27)組成，并依次導(dǎo)通連接；而且，所述IGBT驅(qū)動模塊(13)的輸出端與所述前端逆變環(huán)節(jié)(22)和后端逆變環(huán)節(jié) (26)導(dǎo)通連接，所述開關(guān)量處理模塊(14)的輸出端與所述前端串聯(lián)電抗器(21)、前端軟充電環(huán)節(jié)(23)、后端軟充電環(huán)節(jié)(25)和后端串聯(lián)電抗器(27)導(dǎo)通連接，所述前端串聯(lián)電抗器 (21)和后端串聯(lián)電抗器(27)上還分別設(shè)有用于與外部電力設(shè)備連接實現(xiàn)不同功能的前端連接端口(211)和后端連接端口(271)，所述互感器霍爾傳感器模組(3)兩端分別與所述模擬量處理模塊(12)與所述主回路系統(tǒng)(2)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，其特征在于所述中央處理器模塊(11)包括有依次導(dǎo)通連接的DSP處理芯片(111)、FPGA邏輯芯片(112)和FLASH存儲芯片(113)，所述模擬量處理模塊(12)包括有互感器模塊(121 )、AD處理模塊(122)和霍爾模塊(123)，所述互感器模塊(121)和霍爾模塊(123)與所述AD處理模塊(122)導(dǎo)通連接，所述AD處理模塊(122)與所述DSP處理芯片(111)和FPGA邏輯芯片(112)導(dǎo)通連接， 所述開關(guān)量處理模塊(14)和人機接口模塊(15 )分別與所述FPGA邏輯芯片(112 )和DSP處理芯片(111)導(dǎo)通連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，其特征在于所述前端串聯(lián)電抗器(21)和后端串聯(lián)電抗器(27)分別由相互導(dǎo)通連接的串聯(lián)電抗器LI和旁路接觸器KMl、串聯(lián)電抗器L2和旁路接觸器KM2組成，所述前端軟充電環(huán)節(jié)(23 )和后端軟充電環(huán)節(jié)(25)分別由相互導(dǎo)通連接的軟充電電阻Rl和旁路接觸器KM3、軟充電電阻R2和旁路接觸器KM4組成，且所述開關(guān)量處理模塊(14)的輸出端與所述旁路接觸器KMl KM4導(dǎo)通連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，其特征在于所述前端逆變環(huán)節(jié)(22)和后端逆變環(huán)節(jié)(26)均由兩個以上半橋逆變器并聯(lián)而成，所述半橋逆變器的數(shù)量與所述串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中電抗器的數(shù)量一致，并一對一地導(dǎo)通連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，其特征在于所述前端逆變環(huán)節(jié)(22)和后端逆變環(huán)節(jié)(26)分別有三個半橋逆變器Al A6和三個半橋逆變器BI B6并聯(lián)而成，所述串聯(lián)電抗器LI和串聯(lián)電抗器L2中均由三個電抗器組成，并在前端和后端分別形成A C連接端口和X Z連接端口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，其特征在于所述中間直流環(huán)節(jié)(24)是由至少一個電容和一個功率二極管組成，且相互并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通用的智能電網(wǎng)電力電子裝置，包括控制系統(tǒng)、主回路系統(tǒng)和互感器霍爾傳感器模組，所述控制系統(tǒng)的IGBT驅(qū)動模塊與主回路系統(tǒng)的前端逆變環(huán)節(jié)和后端逆變環(huán)節(jié)連接，控制系統(tǒng)的開關(guān)量處理模塊與主回路系統(tǒng)的前端串聯(lián)電抗器、前端軟充電環(huán)節(jié)、后端軟充電環(huán)節(jié)和后端串聯(lián)電抗器連接，前端串聯(lián)電抗器和后端串聯(lián)電抗器上還分別設(shè)有用于與外部電力設(shè)備連接實現(xiàn)不同功能的前端連接端口和后端連接端口，互感器霍爾傳感器模組兩端分別與模擬量處理模塊與主回路系統(tǒng)電連接。這樣用戶只需修改參數(shù)和外圍接線，即可通過本裝置實現(xiàn)兩種或兩種以上電力電子裝置的功能，使用靈活、方便，智能化和可靠性高，節(jié)約投資費用，減少設(shè)備的閑置和浪費。
文檔編號H02J3/18GK103023344SQ201210569770
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者韋延清, 灑國棟, 黃明星, 陳峻嶺, 戴先兵, 馬劍青, 李 杰, 蘇春苑, 向增, 余懷林, 黃超憲, 李忠懷, 陳誠 申請人:珠海萬力達(dá)電氣股份有限公司