[发明专利]基于直流调制的无变压器式单相动态电压补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变流器与电能质量领域，具体地，涉及基于直流调制的无变压器式单相动态电压补偿器。

背景技术

虽然目前输配电系统已经具备很高的可靠性，但是电压水平的异常波动仍难以完全避免。任何电压波形的异常变化都可能影响电网中用户侧电气及电子设备的正常运行。电力负载需要电网提供具备良好正弦波形、频率稳定、高度同步、有效值稳定的电压供给以持续满足生产生活需求。而过压、欠压与供电中断被认为是影响电能质量的主要问题。电力系统中一些重要负荷对于电压水平的短暂波动十分敏感。动态电压补偿器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)属于柔性交流输电(Flexible Alternative Current Transmission Systems,FACTS)系统中的电力电子设备，其主要功能为在电网中出现电压暂降或供电中断的情况下短暂维持特定负荷的正常电力供应。该设备主要安装于工业制造业企业及重要公共场所，以避免由供电突发性波动引起的生产中断和其它潜在风险。

一般DVR装置中包含直流储能器和逆变器，其作用分别是在直流母线侧存储能量和将直流储能转化为交流工频输出注入电网。DVR主电路与供电线路之间有耦合装置相互连接，通常为工频变压器或串联接入电力线路的电容器。按照有无串联注入变压器，传统DVR结构可以分为有变压器型和无变压器型两大类，每种类型按照充电方式不同又可以分为串联型与串并联型，其典型结构如图1(a)、图1(b)和图2(a)、图2(b)所示。

如图1(a)所示的DVR采用串联变压器T₁作为逆变器与交流线路之间的耦合装置，该变压器即作为充电变压器，又作为注入变压器。当系统正常运行时，旁路开关S闭合，电网电压直接作用于负载两端；当DVR补偿线路电压暂降时，旁路开关S迅速断开，由桥式逆变器产生的交流输出电压经过注入变压器的升压变换后串联接入线路中，与线路自身固有电压叠加后为负载供电；当装置充电时，桥式电路工作在PWM整流状态，从电力线路吸收能量存储于直流储能器中。

图1(b)所示的DVR工作原理与图1(a)所示电路类似，区别在于另外增加了用于装置充电的并联变压器T₂，实现补偿回路与充电回路的分离，使得补偿过程中可以持续从电网吸收能量，提升装置补偿能力。

图2(a)所示的DVR采用基于串联电容耦合的无变压器型拓扑结构，当系统正常运行时，旁路开关S闭合，电网电压直接作用于负载两端；当DVR补偿线路电压暂降时，旁路开关S迅速断开，由桥式逆变器产生的交流输出电压通过电容串联接入线路中，与线路自身固有电压叠加后为负载供电；当装置充电时，桥式电路工作在PWM整流状态，经由串联耦合电容从电力线路吸收能量存储于直流储能器中。

图2(b)所示的DVR工作原理与图2(a)所示电路类似，区别在于另外增加了用于装置充电的并联变压器T₂，实现补偿回路与充电回路的分离，使得补偿过程中可以持续从电网吸收能量，提升装置补偿能力。

上述图1(a)、图1(b)和图2(a)、图2(b)中的电路结构引至S.Preetha,R.Bhavani,N.R.Prabha,Design of Ultra-capacitor based DVR for Power,in Proc.of ICCPCT,2016和V.Ansal,K.Ravikumar,P.Parthiban.Transformerless Dynamic Voltage Restorer for Voltage Sag Mitigation,in Proc.of PESTSE,2016。这两篇文献中分别提出基于变压器耦合的传统三相DVR装置和较为典型的无变压器型DVR电路，其中，基于变压器耦合的传统三相DVR装置具有较强补偿能力，但是较为笨重，且调节灵活度较差；而典型的无变压器型DVR电路，充电-补偿回路合一，每相含有4个主动开关器件，采用电容耦合，没有交流升压能力。和本申请中的技术方案相比每相主动开关器件数目相同，系统补偿能力差，电压调节灵活度低。