電壓調(diào)整裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施方式涉及一種設(shè)置于電網(wǎng)中的電壓調(diào)整裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力電網(wǎng)中，需要使需求方的受電點電壓保持一定。但是，由于電網(wǎng)阻抗而會產(chǎn) 生電壓變動。通常會與離變電所的距離成比例地發(fā)生由電網(wǎng)阻抗導(dǎo)致的電壓降，因此，電網(wǎng) 電壓會下降。另一方面，還被報告有如下現(xiàn)象：在夜間等電力需求低的情況下，因與電網(wǎng)連 接的進相電容器而電網(wǎng)電壓上升。
[0003] 另外，近年來引入了許多太陽能發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電等分布式電源，通過對電網(wǎng)實施 逆潮流，也會產(chǎn)生電壓上升或較快周期的電壓變動。為了對這些電壓變動進行補償，使用了 電壓調(diào)整裝置。
[0004] 圖12中示出現(xiàn)有的電壓調(diào)整裝置。該裝置叫做UPFC(Unified Power Flow Controller :統(tǒng)一潮流控制器），不僅能夠抑制電壓變動，還能夠控制電力潮流。在圖12中 具有：串聯(lián)變壓器T1，其一次繞組與電源P和負載R之間的電網(wǎng)串聯(lián)連接；和并聯(lián)變壓器 T2,其一次繞組與電網(wǎng)并聯(lián)連接，在各個變壓器T1、T2的二次繞組上連接有交直流轉(zhuǎn)換器I 的交流端子。
[0005] 兩個交直流轉(zhuǎn)換器I的直流端子經(jīng)由電容器相連接，構(gòu)成所謂的BTB (Back to Back:背靠背）結(jié)構(gòu)。在此，設(shè)補償電壓為Vc，電網(wǎng)電壓為Vs，電網(wǎng)負載容量為Ps時，交直 流轉(zhuǎn)換器I的輸出Pc如下。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本特開2003 - 70251號公報
[0010] 但是，如上所述的現(xiàn)有的電壓調(diào)整裝置的交直流轉(zhuǎn)換器必須設(shè)為由補償電壓和電 網(wǎng)線間電壓、電網(wǎng)負載容量所規(guī)定的容量。因此，隨著交直流轉(zhuǎn)換器的輸出增加，會導(dǎo)致電 壓調(diào)整裝置的損耗增加、大型化、復(fù)雜化和高成本化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的實施方式是為了解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)問題而提出的，其目的在于， 在與電網(wǎng)串聯(lián)連接的電壓調(diào)整裝置中降低其交直流轉(zhuǎn)換器的輸出。
[0012] 本發(fā)明的實施方式的電壓調(diào)整裝置是為了達到如上所述的目的而提出的，其特征 在于，具有：第二串聯(lián)變壓器，該第二串聯(lián)變壓器的一次側(cè)與第一串聯(lián)變壓器的二次側(cè)和并 聯(lián)變壓器的二次側(cè)串聯(lián)連接，所述第一串聯(lián)變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)串聯(lián)連接，所述并聯(lián)變 壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)并聯(lián)連接；以及交直流轉(zhuǎn)換器，該交直流轉(zhuǎn)換器的交流側(cè)與所述第二 串聯(lián)變壓器的二次側(cè)連接。
【附圖說明】
[0013] 圖1是示出第一實施方式的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0014] 圖2是示出第一實施方式的第一交直流轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖3是示出第二實施方式的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖4是示出第二實施方式的極性反轉(zhuǎn)開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖5是第二實施方式的極性反轉(zhuǎn)開關(guān)和并聯(lián)變壓器的接線圖。
[0018] 圖6是示出第三實施方式的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖7是示出第四實施方式的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖8是示出補償電壓與轉(zhuǎn)換器輸出之間的關(guān)系的說明圖
[0021] 圖9是示出第五實施方式的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖10是示出第五實施方式的短路開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖11是示出第六實施方式的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖12是示出現(xiàn)有的電壓調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0025] [第一實施方式]
[0026] (結(jié)構(gòu)）
[0027] 參照圖1和圖2,對本實施方式的結(jié)構(gòu)進行說明。本實施方式中的電壓調(diào)整裝置 100是相對于連接在電源11與負載12之間的第一串聯(lián)變壓器13以及并聯(lián)變壓器14進行 連接的裝置，具有第二串聯(lián)變壓器21和第一交直流轉(zhuǎn)換器22。
[0028] 電源11是三相交流的電網(wǎng)電源。作為電源11，例如適用三相或者單相50Hz或 60Hz的商業(yè)電源。負載12是設(shè)置在需求方的、消耗來自與電源11連接的電網(wǎng)的電力的裝 置。
[0029] 第一串聯(lián)變壓器13是與電網(wǎng)串聯(lián)連接的變壓器。即，第一串聯(lián)變壓器13的一次 側(cè)串聯(lián)連接在電源11與負載12之間。并聯(lián)變壓器14是與電網(wǎng)并聯(lián)連接的變壓器。即，并 聯(lián)變壓器14的一次側(cè)并聯(lián)連接在電源11與負載12之間。
[0030] 第二串聯(lián)變壓器21是將一次側(cè)串聯(lián)連接在第一串聯(lián)變壓器13的二次側(cè)與并聯(lián)變 壓器14的二次側(cè)之間的變壓器。第一交直流轉(zhuǎn)換器22是將交流端子22a與第二串聯(lián)變壓 器21的二次側(cè)連接的交直流轉(zhuǎn)換器。
[0031] 在圖2中，作為第一交直流轉(zhuǎn)換器22,示出了三相交直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)例。第 一交直流轉(zhuǎn)換器22具有連接在交流端子22a與直流端子22b之間的開關(guān)元件22c、反向并 聯(lián)二極管22d、電容器22e。
[0032] 開關(guān)元件22c是具有自消弧能力的半導(dǎo)體器件。例如，作為開關(guān)元件22c，可以使 用IGBT或MOSFET、GTO等。反向并聯(lián)二極管22d是與開關(guān)元件22c并聯(lián)連接，并且使開關(guān) 切換剛之后的電感器的電流回流的二極管。
[0033] 對各個相的每一相至少設(shè)置一對開關(guān)元件22c，在各相中的一對開關(guān)元件22c之 間連接有交流端子22a。各相中的開關(guān)元件22c的相反端連接在直流端子22b上。
[0034] 電容器22e是與直流端子22b并聯(lián)連接的蓄電元件。電容器22e為了得到第一交 直流轉(zhuǎn)換器22的輸出而需要維持一定的電荷，即電能。有從電網(wǎng)取得所需能量的方法和從 外部取得所需能量的方法。在本實施方式中不限定于特定的方法。
[0035] [作用效果]
[0036] 具有如上所述結(jié)構(gòu)的本實施方式的作用效果如下。第一交直流轉(zhuǎn)換器22按照來 自控制裝置等的補償電壓的指令值來切換開關(guān)元件22c，從而輸出電壓。
[0037] 在此，設(shè)補償電壓為Vc，并聯(lián)變壓器14的輸出電壓為Vtr，電網(wǎng)線間電壓為Vs，電 網(wǎng)負載容量為Ps時，第一交直流轉(zhuǎn)換器22輸出的電壓優(yōu)選為Vc - Vtr。因此，第一交直流 轉(zhuǎn)換器22的輸出Pc如下表不。
[0039] 例如，若設(shè)定為Vtr = Vc/2,則第一交直流轉(zhuǎn)換器22的輸出Pc如下所示。
[0041] 從而，根據(jù)本實施方式，與現(xiàn)有方法相比，能夠使第一交直流轉(zhuǎn)換器22的輸出減 半。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓調(diào)整裝置100的低損耗化、小型化、簡單化、低成本化。
[0042] 此外，在本實施方式中，與現(xiàn)有方法相比，追加了第二串聯(lián)變壓器21。但是，高壓電 源11與第二串聯(lián)變壓器21相絕緣。因此，作為第二串聯(lián)變壓器21，可以使用耐壓比較低的 變壓器，因此抑制了高成本化、大型化。
[0043] [第二實施方式]
[0044] (結(jié)構(gòu)）
[0045] 利用圖3、圖4、圖5,對本實施方式的結(jié)構(gòu)進行說明。本實施方式基本上是與上述 第一實施方式同樣的結(jié)構(gòu)。但是，在本實施方式中，如圖3所示地設(shè)置有極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30。 極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30是使端子間的電壓極性反轉(zhuǎn)的開關(guān)。
[0046] 極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30串聯(lián)連接在第二串聯(lián)變壓器21的一次側(cè)與并聯(lián)變壓器14的二 次側(cè)之間。該極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30由半導(dǎo)體器件構(gòu)成。
[0047] 參照圖4說明這種極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30的一例。圖4示出一個相上的電路結(jié)構(gòu)。在交 流端子（1)與交流端子（2)之間具有橋接的交流開關(guān)（a)~（d)。將各交流開關(guān)（a)~（b) 連接成：開關(guān)元件和反向并聯(lián)二極管并聯(lián)連接而成的部分形成為電流方向相反的一對。
[0048] 圖4中是使用IGBT作為交流開關(guān)（a)~（d)的開關(guān)元件的例子。但是，其他的自 消弧型半導(dǎo)體器件也能適用。此外，反向并聯(lián)地連接有晶閘管的交流開關(guān)或者其他種類的 半導(dǎo)體器件也能實現(xiàn)。
[0049] 此外，圖5中示出極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30和并聯(lián)變壓器14的接線圖。在圖5中，使用二 次側(cè)開放的V型接線變壓器作為并聯(lián)變壓器14。在該例子中，在并聯(lián)變壓器14的二次側(cè)連 接有2個極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30。
[0050] [作用效果]
[0051] 如上所述的本實施方式的作用效果如下所述。其中，基本的作用效果與上述的第 一實施方式同樣。
[0052] 首先，對極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30的極性反轉(zhuǎn)動作進行說明。當(dāng)接通交流開關(guān)（a)和交流 開關(guān)（d)并斷開交流開關(guān)（b)和交流開關(guān)（c)時，交流端子（1)和交流端子（2)的電壓極 性相同。當(dāng)斷開交流開關(guān)（a)和交流開關(guān)（d)并接通交流開關(guān)（b)和交流開關(guān)（c)時，交 流端子（1)和交流端子（2)的電壓極性反轉(zhuǎn)。
[0053] 在第一實施方式中，并聯(lián)變壓器14的輸出電壓僅為+Vtr。另一方面，在本實施方 式的情況下，通過組合并聯(lián)變壓器14和極性反轉(zhuǎn)開關(guān)30,輸出電壓變?yōu)橥罺tr。在補償電 壓為一 Vc的情況下