[实用新型]一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术在电力系统中的应用，尤其涉及一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置。

背景技术

近年来，随着经济发展和高科技设备的广泛应用，用户对供电质量要求不断提高，电能质量问题日益突出。电能质量问题包括稳态电能质量和暂态电能质量两个方面，它直接影响电力系统的供电安全及用户设备的正常运行。近几年来，随着大量敏感负荷的投入使用，暂态电能质量问题使供电质量面临新的挑战。

为了保证不间断供电，一种传统的解决方法是当主侧电源发生故障时，通过机械开关或晶闸管将敏感负荷切换至备用电源。由于机械触点的开关特性，以及感性负载的电流保持特点，这种切换一般需时较长。有人提出了将机械开关和晶闸管结合的混合式开关，这种方案同时具备机械开关的优良稳态特性和晶闸管的快速切换速度。但在大感性负载情况下，仍需采用强制换流技术才能保证系统快速切换。而现有的强制换流技术，由于传感器精度等问题的影响，往往有换流触发失误的可能，这将导致系统发生环流短路的重大故障，因此实际很少采用。该装置的另外一个技术难点是中高压场合的应用。现在的固态开关大都以低电压小电流为主，作为无功补偿、UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)装置电源切换时使用，而10kv及以上中高压适用的设备却较少。基于级联型变流器的多功能快速开关装置可以解决系统在各种不同负载下快速切换的需要，通过级联数的调整，可以方便地应用于各种中高压应用场合。

实用新型内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置，其在各种负载下，均具有超高速投切能力，并集成了H桥逆变电压补偿和故障限流等多种功能，其级联结构非常适用于各种中高压应用场合。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置，包括主开关模块和三个辅助开关，所述三个辅助开关分别为辅助开关K1、辅助开关K2和辅助开关K3；所述主开关模块通过辅助开关K1与电源相连接，通过辅助开关K3与负载相连接，主开关模块与辅助开关K1和辅助开关K3串联后与辅助开关K2并联；

所述主开关模块包括级联型H桥变流器和滤波环节，所述级联型H桥变流器的输出端与滤波环节相连接；

所述级联型H桥变流器包括n个相串联的H桥变流器级联单元，n为自然数；

所述H桥变流器级联单元包括H桥变流器和储能装置，所述H桥变流器包括四个全控开关和四个二极管，所述全控开关分别为全控开关T1、全控开关T2、全控开关T3和全控开关T4，所述二极管分别为二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，每一个全控开关与一个反向连接的二极管相并联；所述储能装置与H桥变流器相并联。

通过主开关模块与辅助开关的配合导通，可以使上述开关装置工作在不同的工作状态，即正常状态、维修状态以及调试状态；所述H桥变流器级联单元的个数，即n的数目可以根据电源电压等级确定。

上述开关装置中的储能装置可以采用从电网直接取电的连续储能方式或非连续储能方式，一般来说，H桥变流器级联单元还包括全控开关T5和二极管D5，所述全控开关T5与反向连接的二极管D5相并联，由全控开关T5和二极管D5形成的结构与储能装置相串联，由储能装置、全控开关T5和二极管D5形成的结构与H桥变流器相并联。若采用内部含全控开关器件的连续储能方式，则可以不加全控开关T5与二极管D5。

在所述H桥变流器级联单元的输入端和输出端之间连接有旁路开关K，所述旁路开关K为晶闸管、GTO(Gate Turn-OffThyristor，可关断晶闸管)，或各种机械开关如高速真空开关等，旁路开关的设计能够提高H桥变流器级联单元的容错性能。

所述全控开关可以为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)、IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)或GTO等全控型开关器件，优选为IGBT。

所述滤波环节包括电感L1、电感L2和电容C。

所述储能装置起储存并提供电能的作用，可以为电容、超级电容、蓄电池、飞轮等非连续储能装置，或者为连续储能装置。