一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種擾動發(fā)生裝置，具體涉及一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置。該裝置采用三相結(jié)構(gòu)，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側(cè)接入交流電網(wǎng)，所述功率變換模塊的逆變側(cè)與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網(wǎng)側(cè)。本實用新型不僅解決了電力電子裝置電壓等級和容量的限制，而且使得電壓擾動發(fā)生裝置與電流擾動發(fā)生裝置統(tǒng)一為同一個裝置。
【專利說明】一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種擾動發(fā)生裝置，具體涉及一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)上需要模擬電網(wǎng)電壓和電流的各種故障，以測試電網(wǎng)串補和并補設備的性能，以及其他工業(yè)設備對電網(wǎng)故障的抗擾性。
[0003]電壓擾動裝置的基本原理是將電力電子設備作為電壓源，串聯(lián)在電網(wǎng)與負載之間，模擬電網(wǎng)電壓波動、閃變、不對稱、暫升、暫降等電網(wǎng)故障，用于測試串聯(lián)補償設備的性能、工業(yè)級產(chǎn)品對電壓的抗擾能力等；電流擾動裝置是將電力電子變換裝置等效為電流發(fā)生源，模擬電網(wǎng)的諧波電流、無功電力、沖擊電流、不平衡電流等電網(wǎng)電流故障，用于測試并聯(lián)補償設備的性能、工業(yè)級產(chǎn)品對電網(wǎng)電流的抗擾能力等。
[0004]典型的電壓擾動裝置如圖1所示，裝置一般包括整流側(cè)、直流側(cè)和逆變側(cè)。整流側(cè)并聯(lián)在電網(wǎng)上，用于吸收電網(wǎng)的有功電流，以支撐直流側(cè)的電壓，為逆變側(cè)提供所需的有功能量；逆變側(cè)直接串聯(lián)或通過變壓器串聯(lián)在電網(wǎng)上，向電網(wǎng)注入給定的電壓，以模擬電網(wǎng)各種電壓工況；直流側(cè)連接電流擾動裝置的兩個電力電子變換部分，起到能量交換通道的作用。
[0005]典型的電流擾動裝置如圖2所示，裝置同樣包括整流側(cè)、直流側(cè)和逆變側(cè)。整流側(cè)與直流側(cè)功能與電壓擾動裝置相同；逆變側(cè)直接并聯(lián)或通過變壓器并聯(lián)在電網(wǎng)上，向電網(wǎng)注入給定的電流，以模擬電網(wǎng)各種電流工況。
[0006]可見典型的電壓擾動發(fā)生裝置和電流擾動發(fā)生裝置在結(jié)構(gòu)上區(qū)別主要在于逆變側(cè)接入電網(wǎng)的方式:電壓擾動裝置是串聯(lián)入電網(wǎng)，電流擾動裝置是并聯(lián)入電網(wǎng)。
[0007]電壓和電流擾動發(fā)生裝置一般用于10kV、35kV及以上的電壓等級電網(wǎng)中；制造電網(wǎng)中的電壓電流故障所需要的擾動裝置容量一般為MW級及更高級別的。因此，此裝置多為聞壓大容量設備。
實用新型內(nèi)容
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置，將大容量電力電子功率變換模塊與電力電子拓撲變換功能模塊相結(jié)合，實現(xiàn)裝置電壓擾動發(fā)生功能與電流擾動發(fā)生功能的統(tǒng)一。
[0009]本實用新型的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0010]本實用新型提供一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置，其改進之處在于，所述裝置采用三相結(jié)構(gòu)，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側(cè)接入交流電網(wǎng)，所述功率變換模塊的逆變側(cè)與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網(wǎng)側(cè)。
[0011]進一步地，所述功率變換模塊包括整流側(cè)和逆變側(cè)，所述整流側(cè)采用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結(jié)構(gòu)，所述多繞組單相變壓器原邊通過并聯(lián)電抗器接入交流側(cè)電網(wǎng)，所述多繞組單相變壓器副邊的每個繞組依次與整流側(cè)單相H橋變換器的交流側(cè)連接；所述逆變側(cè)采用H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)，H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)單相H橋變換器與整流側(cè)的單相H橋變換器形成“背靠背”結(jié)構(gòu)，逆變側(cè)的每個單相H橋變換器通過LC濾波電路以及晶閘管單元接入電力電子拓撲變換模塊。
[0012]進一步地，所述H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)由串聯(lián)的單相H橋變換器組成，所述單相H橋變換器由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反并聯(lián)的二極管組成。
[0013]進一步地，所述整流側(cè)的單相H橋變換器與逆變側(cè)的單相H橋變換器之間并聯(lián)有電容器。
[0014]進一步地，所述裝置三相結(jié)構(gòu)的三個多繞組單相變壓器的原邊與電網(wǎng)的連接方式為星型連接。
[0015]進一步地，所述LC濾波電路由串聯(lián)的電容器和電抗器組成；所述晶閘管單元由反并聯(lián)的兩個晶閘管組成。
[0016]進一步地，所述電力電子拓撲變換模塊改變功率變換模塊的逆變側(cè)接入電網(wǎng)的方式，所述電力電子拓撲變換模塊包括三組三相晶閘管單元，其中一組三相晶閘管單元的兩端分別連接交流電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)，且逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器的輸入側(cè)接入交流側(cè)電網(wǎng)；另外一組三相晶閘管單元的兩端分別連接負載側(cè)和逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器的輸出側(cè)；第三組三相晶閘管單元與逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器的輸出側(cè)連接；
[0017]所述晶閘管單元由反并聯(lián)的兩個晶閘管組成。
[0018]進一步地，所述三組三相晶閘管單元分別為晶閘管單元TGl、TG2和TG3 ；
[0019]當裝置處于電壓擾動發(fā)生工況下時，晶閘管單元TGl關(guān)斷，TG2導通且TG3關(guān)斷，功率變換模塊的逆變側(cè)串聯(lián)于直流電網(wǎng)中，運行于電壓源狀態(tài)，注入電網(wǎng)擾動電壓；
[0020]當裝置處于電流擾動發(fā)生工況下時，晶閘管單元TGl導通，TG2關(guān)斷且TG3導通，裝置的逆變側(cè)并聯(lián)于電網(wǎng)中，運行于電流源狀態(tài)，注入電網(wǎng)擾動電流。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)比，本實用新型達到的有益效果是:
[0022]本實用新型提供的新型高壓大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置，通過所提出的高壓大容量電力電子拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電力擾動裝置電壓和容量擴展的模塊化、無串聯(lián)變壓器的結(jié)構(gòu)設計避免了傳統(tǒng)擾動裝置串聯(lián)變壓器的電壓損失和功率損耗；通過電力電子拓撲變換功能，將電壓擾動裝置和電流擾動裝置功能相綜合，實現(xiàn)了同套裝置功能的擴展，極大的節(jié)約了工業(yè)成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是典型的電壓擾動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是典型的電流擾動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本實用新型提供的高壓大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本實用新型提供的電力電子拓撲變換功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0027]下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0028]本實用新型提供的高壓大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，該裝置采用三相結(jié)構(gòu)，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側(cè)接入交流電網(wǎng)，所述功率變換模塊的逆變側(cè)與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網(wǎng)側(cè)。。
[0029]功率變換模塊包括整流側(cè)和逆變側(cè)，所述整流側(cè)采用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結(jié)構(gòu)，所述多繞組單相變壓器原邊通過并聯(lián)電抗器接入交流側(cè)電網(wǎng)，所述多繞組單相變壓器副邊的每個繞組依次與整流側(cè)單相H橋變換器的交流側(cè)連接；所述逆變側(cè)采用H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)，H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)單相H橋變換器與整流側(cè)的單相H橋變換器形成“背靠背”結(jié)構(gòu)，逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器通過LC濾波電路以及晶閘管單元接入電力電子拓撲變換模塊。
[0030]H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)由串聯(lián)的單相H橋變換器組成，所述單相H橋變換器由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反并聯(lián)的二極管組成。
[0031]整流側(cè)的單相H橋變換器與逆變側(cè)的單相H橋變換器之間并聯(lián)有電容器。裝置三相結(jié)構(gòu)的三個多繞組單相變壓器的原邊為星型連接。LC濾波電路由串聯(lián)的電容器和電抗器組成；所述晶閘管單元由反并聯(lián)的兩個晶閘管組成。
[0032]對于裝置整流側(cè)，等效于每個H橋獨立運行于整流工況，單獨支持直流側(cè)電壓，不會相互影響，有利于直流側(cè)電壓的一致性；對于串聯(lián)側(cè)，級聯(lián)的H橋結(jié)構(gòu)利于電壓等級和容量的提高，并且由于不用考慮直流側(cè)均勻問題，逆變側(cè)的控制和調(diào)制更加容易實現(xiàn)。由于并聯(lián)側(cè)降壓變壓器的隔離作用，使得直流側(cè)電位完全隔離，這就保證了逆變側(cè)非隔離方式直接接入電網(wǎng)的可行性。整個裝置在設計時，可通過選擇不同數(shù)量的背靠背H橋，實現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，以適應于不同的電壓等級和容量等級。
[0033]電力電子拓撲變換功能模塊的作用是改變逆變側(cè)接入電網(wǎng)的方式，本實用新型提供的電力電子拓撲變換功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示,包括三組三相晶閘管單元TG1、TG2、TG3。三相晶閘管單元TGl的兩端分別連接交流電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)，且逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器的輸入側(cè)接入交流側(cè)電網(wǎng)；三相晶閘管單元TG2的兩端分別連接負載側(cè)和逆變側(cè)的每個單相H橋級聯(lián)變換器的輸出側(cè)；三相晶閘管單元TG3與逆變側(cè)的每個H橋級聯(lián)變換器的輸出側(cè)連接；
[0034]晶閘管單元TG1、TG2和TG3均由反并聯(lián)的兩個晶閘管組成。
[0035]當要求裝置處于電壓擾動發(fā)生工況下時，控制TGl關(guān)斷，TG2導通，TG3關(guān)斷，裝置的逆變側(cè)便串聯(lián)于電網(wǎng)中，可運行于電壓源狀態(tài)，以注入電網(wǎng)擾動電壓；
[0036]當要求裝置處于電壓擾動發(fā)生工況下時，控制TGl導通，TG2關(guān)斷，TG3導通，裝置的逆變側(cè)便并聯(lián)于電網(wǎng)中，可運行于電流源狀態(tài)，以注入電網(wǎng)擾動電流。
[0037]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種大容量統(tǒng)一電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述裝置采用三相結(jié)構(gòu)，包括功率變換模塊和電力電子拓撲變換模塊，所述功率變換模塊的整流側(cè)接入交流電網(wǎng)，所述功率變換模塊的逆變側(cè)與所述電力電子拓撲變換模塊一端連接，所述電力電子拓撲變換模塊的另一端連接負載端的電網(wǎng)側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述功率變換模塊包括整流側(cè)和逆變側(cè)，所述整流側(cè)采用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結(jié)構(gòu)，所述多繞組單相變壓器原邊通過并聯(lián)電抗器接入交流側(cè)電網(wǎng)，所述多繞組單相變壓器副邊的每個繞組依次與整流側(cè)單相H橋變換器的交流側(cè)連接；所述逆變側(cè)采用H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)，H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)單相H橋變換器與整流側(cè)的單相H橋變換器形成“背靠背”結(jié)構(gòu)，逆變側(cè)的每個單相H橋變換器通過LC濾波電路以及晶閘管單元接入電力電子拓撲變換模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述H橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)由串聯(lián)的單相H橋變換器組成，所述單相H橋變換器由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反并聯(lián)的二極管組成。
4.如權(quán)利要求3所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述整流側(cè)的單相H橋變換器與逆變側(cè)的單相H橋變換器之間并聯(lián)有電容器。
5.如權(quán)利要求2所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述裝置三相結(jié)構(gòu)的三個多繞組單相變壓器的原邊與電網(wǎng)的連接方式為星型連接。
6.如權(quán)利要求2所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述LC濾波電路由串聯(lián)的電容器和電抗器組成；所述晶閘管單元由反并聯(lián)的兩個晶閘管組成。
7.如權(quán)利要求1所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述電力電子拓撲變換模塊改變功率變換模塊的逆變側(cè)接入電網(wǎng)的方式，所述電力電子拓撲變換模塊包括三組三相晶閘管單元，其中一組三相晶閘管單元的兩端分別連接交流電網(wǎng)側(cè)和負載側(cè)，且逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器的輸入側(cè)接入交流側(cè)電網(wǎng)；另外一組三相晶閘管單元的兩端分別連接負載側(cè)和逆變側(cè)的橋級聯(lián)變換器的輸出側(cè)；第三組三相晶閘管單元與逆變側(cè)的H橋級聯(lián)變換器的輸出側(cè)連接； 所述晶閘管單元由反并聯(lián)的兩個晶閘管組成。
8.如權(quán)利要求7所述的電力擾動發(fā)生裝置，其特征在于，所述三組三相晶閘管單元分別為晶閘管單元TG1、TG2和TG3 ； 當裝置處于電壓擾動發(fā)生工況下時，晶閘管單元TGl關(guān)斷，TG2導通且TG3關(guān)斷，功率變換模塊的逆變側(cè)串聯(lián)于直流電網(wǎng)中，運行于電壓源狀態(tài)，注入電網(wǎng)擾動電壓； 當裝置處于電流擾動發(fā)生工況下時，晶閘管單元TGl導通，TG2關(guān)斷且TG3導通，裝置的逆變側(cè)并聯(lián)于電網(wǎng)中，運行于電流源狀態(tài)，注入電網(wǎng)擾動電流。
【文檔編號】H02M5/257GK203690916SQ201320839560
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】張一博, 王藝璇, 訾振寧 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞科技有限公司