一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，包括DSP單元、電子開關(guān)和補償拮抗單元，本裝置串聯(lián)在系統(tǒng)電源與敏感負荷之間。系統(tǒng)電源電壓正常時，裝置中的電子開關(guān)常閉，其接觸電阻接近于零，故裝置在線路中不會引起負載側(cè)電壓降低。補償拮抗單元由啟動單元、功率矩陣與逆變單元、儲能單元組成。DSP單元實時在線監(jiān)測系統(tǒng)電源，一旦監(jiān)測到電壓暫降或擾動，DSP單元發(fā)出指令，電子開關(guān)斷開，補償拮抗單元自動投入運行，電壓恢復(fù)常態(tài)，DSP單元指令電子開關(guān)閉合，補償拮抗單元退出運行。本裝置結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小，無需電池，可靠性好低維修，電能效率高于99％，電壓響應(yīng)快和補償時間<2毫秒，系統(tǒng)電源瞬間故障不會造成大面積停電。
【專利說明】一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，具體地說涉及一種串聯(lián)在系統(tǒng)電源與敏感負荷之間，能在系統(tǒng)電源發(fā)生電壓暫降或擾動事故時給予電壓補償?shù)难b置，屬于交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)的電路裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓暫降，又稱電壓驟降、電壓凹陷或電壓跌落，按照電氣與電子工程師協(xié)會IEEE的定義，是指工頻條件下電壓均方根值減小到0.1~0.9倍額定電壓之間、持續(xù)時間為0.5周波(以我國工頻50HZ算，I周波是20毫秒)至I分鐘的短時間電壓變動現(xiàn)象。電壓暫降的幅值、持續(xù)時間和相位跳變是標稱電壓暫降的最重要的三個特征量。
[0003]電壓暫降或電壓擾動對生產(chǎn)可造成嚴重影響，電壓暫降將使用電的設(shè)備停止工作，或引起所生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量下降。而電壓暫降或擾動影響的嚴重性則隨用電設(shè)備的特性而異。一般而言，工業(yè)過程設(shè)備對電壓暫降或擾動特別敏感，因為設(shè)備內(nèi)任何一個元件由于電源出現(xiàn)問題都會使整個流程停止運轉(zhuǎn)。這些工業(yè)設(shè)備涉及汽車、半導(dǎo)體、太陽能光伏、塑料、石化、紡織、光纖、飲料乳業(yè)、移動通信等領(lǐng)域，常受電壓暫降或擾動影響的重要設(shè)備有冷卻裝置控制、直流電機驅(qū)動、可編程邏輯控制器(PLC)、機械裝置、可調(diào)速驅(qū)動裝置等。
[0004]現(xiàn)有的幾種電壓暫降方案:
[0005]1.新建專用變電站:投資巨大，而且只能一定程度上改善電壓跌落，不能從根本上避免。
[0006]2.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。能適應(yīng)短時停電，用于小于80~IOOkW的小容量用戶；大容量時，投資大，占地大，損耗大，運行維護費用大，因此極少應(yīng)用。
[0007]3.靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)SSTS:靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)需具備快速斷開的能力；需特殊設(shè)計或爆炸式開關(guān)；無法速斷短路電流(取決于機械開關(guān)固有時間)>50ms ;需與機械開關(guān)配合，結(jié)構(gòu)及控制較為復(fù)雜；機械開關(guān)壽命短，不適合電源切換頻繁的用戶。
[0008]4.近些年出現(xiàn)了有采用串聯(lián)型、并聯(lián)型電壓暫降補償裝置解決電壓暫降、擾動等問題，但是在串聯(lián)型電壓暫降補償裝置接入電路后，電流在補償裝置上產(chǎn)生壓降，造成線路損耗，負載電壓降低，且補償裝置大部分處在待機狀態(tài)，使用效率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電路電壓暫降的不足，而提供一種無阻抗、低壓降、無電池、補償電壓時無移動機械零件、低維修需求的串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置。
[0010]為了達到上述的目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是:提供一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，串聯(lián)在系統(tǒng)電源與敏感負荷之間；所述的補償拮抗裝置包括DSP單元、電子開關(guān)和補償拮抗單元，所述的DSP單元、電子開關(guān)和補償拮抗單元三者并聯(lián)連接，DSP單元還分別與電子開關(guān)和補償拮抗單元連接；所述的補償拮抗單元由啟動單元、功率矩陣與逆變單元、儲能單元串接而成。
[0011]所述的補償拮抗單元的電路中，啟動單元一端接系統(tǒng)電源，另一端接功率矩陣和逆變單元，所述的功率矩陣和逆變單元由大功率IGBT及驅(qū)動控制器組成，所述的儲能單元由電容矩陣組成。
[0012]本實用新型的電壓補償拮抗裝置串聯(lián)在系統(tǒng)電源與敏感負荷之間。所述的電子開關(guān)在系統(tǒng)電源電壓正常時保持常閉，其阻抗接近于零；所述的DSP單元實時在線監(jiān)測系統(tǒng)電源電壓，當系統(tǒng)電源出現(xiàn)電壓暫降或擾動時，由DSP單元分別發(fā)出指令，電子開關(guān)斷開，補償拮抗單元自動投入運行；當系統(tǒng)電源電壓恢復(fù)正常時，電子開關(guān)閉合，補償拮抗單元自動退出運行。
[0013]本實用新型串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，所述的補償拮抗單元的電路中，啟動單元用于接入系統(tǒng)電源，起到給功率矩陣與逆變單元中功率矩陣充電的作用，建立直流電壓，啟動單元的動作由DSP單元控制；所述的功率矩陣和逆變單元由大功率IGBT及驅(qū)動控制器組成，每一個功率單元均可獨立運行，用于把接入的交流電能變成直流電能進行存儲，再通過逆變單元將直流電能轉(zhuǎn)換成以PWM波(占空比可變的脈沖波形)形式輸出的交流電能，根據(jù)系統(tǒng)要求保持裝置輸出口電壓穩(wěn)定；所述的補償拮抗單元中儲能單元采用了電容矩陣，從電網(wǎng)中吸取能量來產(chǎn)生必需的補償電壓。在電路系統(tǒng)正常時，從電路系統(tǒng)中輸入電能存儲起來，當系統(tǒng)電壓波動并達到設(shè)定保護定值時，由功率矩陣和逆變單元中的逆變模塊將存儲單元的直流電能轉(zhuǎn)換成工頻電能輸出，以達到電壓補償拮抗的目的。同時，由于裝置中沒有使用電池延遲電力保護時間，因此使用本裝置無需考慮電池維修和污染問題，是一種綠色環(huán)保的電壓補償拮抗裝置。
[0014]本實用新型串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，所說的DSP單元為通常所指的數(shù)字信號處理器控制單元，DSP單元對電壓暫降或擾動的檢測采用dqo變換方法，該方法是把abc坐標系變換到同步旋轉(zhuǎn)的dqo坐標系下，其變換矩陣是時變?nèi)蔷仃?，能用于任意非正弦、非對稱的三相電路。本實用新型串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置的電壓暫降或擾動補償控制是采用非線性的模糊控制，即采用跌落前電壓補償策略，將負荷側(cè)電壓恢復(fù)到跌落前水平，隨著儲能單元電壓降低，調(diào)制比上升到預(yù)定值時，補償拮抗單元采用漸進式相位旋轉(zhuǎn)方式過渡到最小能量補償?shù)姆绞?，而當補償?shù)膮⒖茧妷捍笥谘a償拮抗單元的額定電壓時，則過渡到同相位補償方式。
[0015]本串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置有標準型裝置和增強型裝置兩種，性能如下:
[0016]⑴、單相降至額定電壓0%的電壓暫降，裝置提供保護5秒鐘
[0017]兩相降至額定電壓30%的電壓暫降，裝置提供保護5秒鐘
[0018]三相降至額定電壓50%的電壓暫降，裝置提供保護5秒鐘
[0019]三相降至額定電壓0%的電壓暫降:標準型裝置保護持續(xù)50毫秒；增強型裝置保護持續(xù)200毫秒
[0020]⑵、100%額定電壓的正弦波輸出
[0021](3)、電壓暫降或擾動響應(yīng)和補償時間〈2毫秒
[0022]⑷、電能效率高于99%、節(jié)能降耗
[0023](5)、過載能力:150% 30 秒，400% 5 秒，600% 0.5 秒[0024](6)、保護覆蓋范圍完全滿足并超過SEMI F47、IEC61000-4-34等標準
[0025]本串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0026]1.使用本裝置串聯(lián)在電路中，由于系統(tǒng)電源電壓正常時，電子開關(guān)保持常閉，其接觸電阻接近于零，而DSP單元和補償拮抗單元與電子開關(guān)三者并聯(lián)連接，因此不會增加線路阻抗，不會引起負載側(cè)電壓明顯降低。
[0027]2.本裝置的補償拮抗單元中儲能單元采用了電容矩陣，從電網(wǎng)中吸取能量來產(chǎn)生必需的補償電壓，因此裝置中沒有使用電池延遲電力保護時間，使用本裝置無需考慮電池維修和污染問題，是一種綠色環(huán)保的電壓補償拮抗裝置。
[0028]3.本裝置采用了 DSP單元負責對系統(tǒng)電源電壓暫降檢測，采用dqo變換方法檢測，一旦發(fā)生電壓暫降或擾動，電壓補償響應(yīng)快和補償時間〈2毫秒，系統(tǒng)電源瞬間故障不會造成大面積停電。
[0029]4.本串聯(lián)補償拮抗裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，電壓補償時沒有移動機械零件，因此裝置的維護需求非常低。本裝置運行安全可靠，電能效率高于99%、節(jié)能降耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置結(jié)構(gòu)方框圖。
[0031]圖2為本實用新型一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置結(jié)構(gòu)電連接示意圖。
[0032]圖3為本實用新型應(yīng)用的一個實施例電連接示意圖。
[0033]上述圖中:1一DSP單兀；2—電子開關(guān)；3—補償拮抗單兀；4一啟動單兀；5—功率矩陣與逆變單元；6—儲能單元；7—系統(tǒng)電源；8—敏感負荷；10 — IOKV母線；11一 IOKV降壓變壓器；12— 400V母線。
【具體實施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳述。
[0035]實施例1:本實用新型提供的一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，從圖1中明顯可見，電壓補償拮抗裝置串聯(lián)在系統(tǒng)電源7與敏感負荷8之間。串聯(lián)補償拮抗裝置包括=DSP單元1、電子開關(guān)2、補償拮抗單元3。參見圖2，DSP單元1、電子開關(guān)2和補償拮抗單元3三者并聯(lián)連接后，串聯(lián)在系統(tǒng)電源7與敏感負荷8之間。DSP單元I還分別與電子開關(guān)2和補償拮抗單元連接3 ;所述的補償拮抗單元3由啟動單元4、功率矩陣與逆變單元5、儲能單元6串接而成。
[0036]所述的補償拮抗單元3的電路中，啟動單元4 一端接系統(tǒng)電源7，另一端接功率矩陣和逆變單元5，所述的功率矩陣和逆變單元5由大功率IGBT及驅(qū)動控制器組成，所述的儲能單元6由電容矩陣組成。
[0037]本串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置工作過程是:將電壓補償拮抗裝置串聯(lián)在系統(tǒng)電源7與敏感負荷8之間。系統(tǒng)中電壓正常時電子開關(guān)2閉合，由DSP單元I實時在線監(jiān)測系統(tǒng)的電壓，一旦DSP單元I監(jiān)測到系統(tǒng)電源7電壓暫降或擾動，即由DSP單元I發(fā)出指令給電子開關(guān)2，電子開關(guān)2斷開，DSP單元I同時發(fā)出指令補償拮抗單元3投入運行；當系統(tǒng)電源7電壓暫降或擾動過后電壓恢復(fù)到正常狀態(tài)，即由DSP單元I發(fā)出指令給電子開關(guān)2，電子開關(guān)2閉合，同時發(fā)出指令給補償拮抗單元3，補償拮抗單元3退出運行。[0038]實施例2:本實用新型的串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置在某煉鋼廠應(yīng)用，其電路連接見圖3。
[0039]某大型鋼鐵集團二煉鋼廠，曾經(jīng)由于鼠患引起中板IOkv變電所短路，全IOkv母線10系統(tǒng)電壓下降，IOkv中板線0.5秒將開關(guān)跳開，但電壓暫降已造成400v母線12低電壓保護全部脫扣，造成工藝輔助系統(tǒng)停運，主系統(tǒng)停運，照明系統(tǒng)停運，損失巨大。
[0040]針對以上問題，在IOkv母線10系統(tǒng)中，在IOKV降壓變壓器11的二次側(cè)與400V母線12之間安裝了本實用新型的串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置。系統(tǒng)正常運行時，電子開關(guān)2處于常閉狀態(tài)，DSP單元I不間斷監(jiān)測IOkv變壓器二次側(cè)11電壓與400V母線12電壓，一旦400V母線12內(nèi)因系統(tǒng)電源或負荷線路擾動或故障，使400V母線12或敏感負荷8電壓產(chǎn)生暫降，DSP單元I立即發(fā)出指令使電子開關(guān)2斷開，同時令補償拮抗單元3投入運行以對抗電壓下降，電壓暫降響應(yīng)和補償時間〈2毫秒，完全滿足系統(tǒng)響應(yīng)的需要，同時可提供最大200ms的拮抗保護時間，這樣系統(tǒng)內(nèi)高低壓瞬間故障都不會造成系統(tǒng)大面積停電，從而使得系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，經(jīng)濟效益可觀。
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，串聯(lián)在系統(tǒng)電源與敏感負荷之間；其特征在于:所述的補償拮抗裝置包括DSP單元、電子開關(guān)和補償拮抗單元，所述的DSP單元、電子開關(guān)和補償拮抗單元三者并聯(lián)連接，DSP單元還分別與電子開關(guān)和補償拮抗單元連接；所述的補償拮抗單元由啟動單元、功率矩陣與逆變單元、儲能單元串接而成。
2.根據(jù)I所述的一種串聯(lián)型電壓補償拮抗裝置，其特征在于:所述的補償拮抗單元的電路中，啟動單元一端接系統(tǒng)電源，另一端接功率矩陣和逆變單元，所述的功率矩陣和逆變單元由大功率IGBT及驅(qū)動控制器組成，所述的儲能單元由電容矩陣組成。
【文檔編號】H02J3/12GK203456874SQ201320486462
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】高曉斌 申請人:武漢高特維電氣有限公司