一种电压源型调节装置及其控制方法 |
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申请号 | CN201710443130.6 | 申请日 | 2017-06-13 | 公开(公告)号 | CN107134786A | 公开(公告)日 | 2017-09-05 |
申请人 | 南京南瑞继保电气有限公司; 南京南瑞继保工程技术有限公司; | 发明人 | 刘洪德; 连建阳; 王宇; 谢晔源; 祁琦; 刘为群; | ||||
摘要 | 本 发明 公开一种 电压 源型调节装置,包括 断路器 、至少两组补偿单元,以及与补偿单元数量一致的快速机械 开关 ,所述快速机械开关与补偿单元对应并联连接,所有补偿单元 串联 连接后与断路器并联连接,断路器的一端与电源侧连接,另一端与负荷侧连接;其中,补偿单元包括储能单元、功率变换单元、滤波隔离单元、及固态开关单元,所述功率变换单元由功率 半导体 器件构成,用于将直流电变换为交流电,功率变换单元的直流端与储能单元连接,交流端与滤波隔离单元的原边连接;滤波隔离单元的副边与固态开关单元连接;所述固态开关单元包含有功率半导体器件。此种装置既能实现使装置便于扩容,又具备高可靠性。本发明还公开一种电压源型调节装置的控制方法。 | ||||||
权利要求 | 1.一种电压源型调节装置,其特征在于:包括断路器、至少两组补偿单元,以及与补偿单元数量一致的快速机械开关,所述快速机械开关与补偿单元一一对应并联连接,所有补偿单元串联连接后与断路器并联连接,断路器的一端与电源侧连接,另一端与负荷侧连接; |
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说明书全文 | 一种电压源型调节装置及其控制方法技术领域背景技术[0002] 电压源型调节装置串联于电源与负荷之间,正常时,装置处于旁路备用状态,当电源电压出现异常时,可以立即投入运行,输出补偿电压,维持负荷电压处于正常范围,该装置可以在电网短时电压异常的情况下,保证负荷连续运行,避免异常停电。专利CN103457283B中介绍了该装置典型的组成及工作原理,受电力电子器件电压与电流应力限制,电压源型调节装置单个逆变器的容量有限,而补偿对象负荷存在电压高,电流大的情况,因此需要考虑如何使逆变器便于扩容。 [0003] 由于装置串联于电网与负荷之间,因此装置本身的可靠性非常重要,仅仅依靠固态开关很难保证可靠性,专利CN103457283B中也包含了机械式断路器,但机械式断路器的合闸速度很慢,当固态开关失效后,此时去合机械断路器,机械断路器完全闭合需要几十ms,而有些敏感负荷在5ms的时间内即会停止工作,尤其是对高压、大容量负荷,一般会包含较大数量的功率半导体器件,一旦有个别功率半导体器件发生故障,会导致装置故障,甚至会导致负荷失电,在实际应用中有必要考虑电压源型调节装置的可靠性问题。 发明内容[0004] 本发明的目的,在于提供一种电压源型调节装置及其控制方法,其既能实现使装置便于扩容,又具备高可靠性。 [0005] 为了达成上述目的,本发明的解决方案是: [0006] 一种电压源型调节装置,包括断路器、至少两组补偿单元,以及与补偿单元数量一致的快速机械开关,所述快速机械开关与补偿单元一一对应并联连接,所有补偿单元串联连接后与断路器并联连接,断路器的一端与电源侧连接,另一端与负荷侧连接;其中,补偿单元包括储能单元、功率变换单元、滤波隔离单元、及固态开关单元,所述功率变换单元由功率半导体器件构成,用于将直流电变换为交流电,功率变换单元的直流端与储能单元连接,交流端与滤波隔离单元的原边连接;滤波隔离单元的副边与固态开关单元连接;所述固态开关单元包含有功率半导体器件。 [0007] 上述功率变换单元由四组带反并联二极管的功率半导体器件构成,第一功率半导体器件与第二功率半导体器件同向串联构成第一桥臂,第三功率半导体器件与第四功率半导体器件同向串联构成第二桥臂,第一桥臂与第二桥臂同向并联;第一、三功率半导体器件的源极定义为直流正端,第二、四功率半导体器件的漏极定义为直流负端,第一桥臂中点与第二桥臂的中点定义为交流端。 [0008] 上述固态开关单元包括第五、第六功率半导体器件和第一、第二二极管,其中,第五功率半导体器件与第一二极管反向并联;第六功率半导体器件与第二二极管反向并联;所述两个并联支路再反向串联连接。 [0009] 上述固态开关单元中的功率半导体器件采用全控型功率半导体器件。 [0010] 上述固态开关单元包括反向并联连接的两组半控型功率半导体器件。 [0011] 上述滤波隔离单元包括电阻、电容以及隔离变压器,电阻与电容构成阻容串联连接,隔离变压器的原边分别与功率变换单元的两个交流端连接,隔离变压器的副边与阻容串联连接并联连接,所述隔离变压器的副边还连接固态开关单元。 [0012] 上述滤波隔离单元包括电阻、电容以及电感,电阻与电容构成阻容串联连接,电感一端与功率变换单元的一个交流端连接,另一端与阻容串联连接的其中一端相连接,阻容串联连接的另外一端与功率变换单元的另一个交流端连接,且阻容串联连接的两端还连接固态开关单元。 [0013] 一种电压源型调节装置的控制方法,当检测到电源电压下降时,包含如下步骤: [0014] 步骤1,同时分断所有补偿单元中所述固态开关单元中的功率半导体器件; [0015] 步骤2,补偿单元中功率变换单元中的功率半导体器件开始工作; [0017] 步骤4,当检测到电源电压恢复正常时,所有功率变换单元中的功率半导体器件停止工作,进入闭锁状态;同时开通所有固态开关单元中的功率半导体器件。 [0018] 一种电压源型调节装置的控制方法,当检测到任意一个补偿单元发生故障时,包括如下步骤: [0019] 步骤1,关断发生故障的补偿单元中的所有功率半导体器件; [0020] 步骤2,闭合与发生故障的补偿单元并联的快速机械开关; [0021] 步骤3,设置发生故障的补偿单元为禁止投入运行:当检测到电源电压下降时,补偿单元不做任何操作。 [0022] 一种电压源型调节装置的控制方法,当装置所有补偿单元均发生故障或需要对设备进行检修时,包括如下步骤: [0023] 步骤1,关断所有补偿单元中的功率半导体器件; [0024] 步骤2,闭合所有快速机械开关; [0025] 步骤3,闭合断路器; [0026] 步骤4,分开所有快速机械开关; [0027] 步骤5,设置电压源型调节装置为禁止投入运行,检测到电源电压下降时,装置不做任何操作。 [0028] 采用上述方案后,本发明通过补偿单元串联的方式,提高设备容量,便于扩容,多个补偿单元还可以互为冗余,极大地提高电压源型调节装置的可靠性。 [0029] 本发明具有如下有益效果: [0030] (1)每个补偿单元输出串联连接,可平分补偿电压,当有N个补偿单元时,每个补偿单元仅需承担1/N的电压,有利于装置进行扩容,每个单元均配有隔离变压器,可有效隔离各个补偿单元,避免功率半导体器件发生故障时,影响其他补偿单元;同时隔离变压器可以通过合理设计变比,调节原副边承受的电压、电流应力。 [0031] (2)本发明中每个补偿单元均并联快速机械开关,当检测到补偿单元发生故障时,可立即闭合快速机械开关,快速机械开关具备快速合闸的能力,可在5ms内实现快速合闸,不影响其他补偿单元的正常工作,极大的提高了设备的可靠性,在设计时,可依照“N-1”原则,进行冗余配置 [0033] 图1是本发明装置的电路图; [0034] 图2是本发明装置中固态开关单元的第一实施例电路图; [0035] 图3是本发明装置中固态开关单元的第二实施例电路图。 具体实施方式[0036] 以下将结合附图,对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。 [0037] 如图1所示,本发明提供一种电压源型调节装置,包括断路器3、至少两组补偿单元1,以及与补偿单元数量一致的快速机械开关2,所述快速机械开关2与补偿单元1一一对应并联连接,所有补偿单元1串联连接后与断路器3并联连接,断路器3的一端与电源侧连接,另一端与负荷侧连接;其中,补偿单元1包括储能单元4、功率变换单元5、滤波隔离单元6、固态开关单元7,所述功率变换单元5由功率半导体器件构成,可采用全控型功率半导体器件,可将直流电变换为交流电,功率变换单元5的直流端与储能单元4连接,交流端与滤波隔离单元6的原边连接;滤波隔离单元6的副边与固态开关单元7连接。 [0038] 所述功率变换单元5由四组带反并联二极管的功率半导体器件构成,第一功率半导体器件S1与第二功率半导体器件S2同向串联构成第一桥臂,第三功率半导体器件S3与第四功率半导体器件S4同向串联构成第二桥臂,第一桥臂与第二桥臂同向并联;第一、三功率半导体器件的源极定义为直流正端,第二、四功率半导体器件的漏极定义为直流负端,第一桥臂中点与第二桥臂的中点定义为交流端。 [0039] 所述快速机械开关2可在5ms内闭合回路。 [0040] 如图2所示,是本发明中固态开关单元7的第一种实施电路图,包括第五、第六功率半导体器件和第一、第二二极管,其中,第五功率半导体器件与第一二极管反向并联;第六功率半导体器件与第二二极管反向并联;所述两个并联支路再反向串联连接;所述功率半导体器件采用全控型功率半导体器件,具有开通关断能力。 [0041] 如图3所示,是本发明中固态开关单元7的第二种实施电路图,包括反向并联连接的两组半控型功率半导体器件。 [0042] 所述滤波隔离单元6可以有多种实施结构,可以采用电阻、电容以及隔离变压器的组合结构,其中,电阻与电容构成阻容串联连接,隔离变压器的原边分别与功率变换单元5的两个交流端连接,隔离变压器的副边与阻容串联连接并联连接,所述隔离变压器的副边还作为滤波隔离单元的副边,连接固态开关单元;所述滤波隔离单元6还可以采用电阻、电容以及电感的组合结构,其中,电阻与电容构成阻容串联连接,电感一端与功率变换单元5的一个交流端连接,另一端与阻容串联连接的其中一端相连接,阻容串联连接的另外一端与功率变换单元5的另一个交流端连接,且阻容串联连接的两端作为滤波隔离单元的副边。 [0043] 基于以上装置,本发明还提供一种电压源型调节装置的控制方法,包含有如下几种情况下的控制策略: [0044] 第一种情况:当检测到电源电压下降时,包含如下步骤: [0045] 步骤1,同时分断所有补偿单元中所述固态开关单元中的功率半导体器件; [0046] 步骤2,补偿单元中所述功率变换单元中的功率半导体器件开始工作; [0047] 步骤3,控制补偿单元中功率变换单元输出电压的幅值与相位,使负荷侧电压维持在正常范围;且使每个补偿单元输出交流电压的幅值相等、相位一致。 [0048] 在本实施例中,包含两个补偿单元,因此每个功率变换单元输出的电压幅值相等,为所需补偿电压的一半,相位相同,两组补偿单元均分补偿电压。 [0049] 步骤4,当检测到电源电压恢复正常时,所有功率变换单元中的功率半导体器件停止工作,进入闭锁状态;同时开通所有固态开关单元中的功率半导体器件。 [0050] 第二种情况:当检测到任意一个补偿单元发生故障时,包括如下步骤: [0051] 步骤1,关断发生故障的补偿单元中的所有功率半导体器件; [0052] 步骤2,闭合与发生故障的补偿单元并联的快速机械开关; [0053] 步骤3,设置发生故障的补偿单元为禁止投入运行:当检测到电源电压下降时,补偿单元不做任何操作。 [0054] 第三种情况:当装置所有补偿单元均发生故障或需要对设备进行检修时,包括如下步骤: [0055] 步骤1,关断所有补偿单元中的功率半导体器件; [0056] 步骤2,闭合所有快速机械开关; [0057] 步骤3,闭合断路器; [0058] 步骤4,分开所有快速机械开关; [0059] 步骤5,设置电压源型调节装置为禁止投入运行,检测到电源电压下降时,装置不做任何操作。 [0060] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明保护范围之内。 |