[发明专利]一种新型无变压器串联电压调节器

说明书

本发明公开了一种新型无变压器串联电压调节器，包括交流电网、单相VIENNA整流电路、三电平逆变电路、输出滤波单元、旁路支路及负载，其中，单相VIENNA整流电路与交流电网相连，由工作在Boost模式下的升压电感、功率桥臂及直流储能单元组成；三电平逆变电路与直流储能单元相连，包括连接在直流输出电容侧的两个钳位二极管以及IGBT开关管V1、IGBT开关管V2、IGBT开关管V3、IGBT开关管V4；输出滤波单元连接在三电平逆变电路的输出端上，包括电感Lf2及电容Cf。本发明解决了整流侧的谐波污染问题，减少了开关器件的使用数量，整流侧无桥臂直通问题，降低了系统控制的复杂度；而在逆变侧控制方面，一定程度上消除了负载对控制性能的影响，提高了系统的响应速度和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电能质量治理领域，具体涉及一种新型无变压器串联电压调节器。

背景技术

针对电网存在的电压暂降、低电压、谐波等电能质量问题，串联有源电压质量调节器是一种直接有效的解决措施，通过向电网注入补偿电压来保证敏感负荷的正常工作。常规的直挂式拓扑有Dsyc的不控半桥整流和两电平半桥逆变结构、H桥拓扑、以及三桥臂拓扑。其中，Dsyc拓扑存在整流侧的谐波污染问题。H桥拓扑无论是两电平或者三电平拓扑，整流侧与逆变侧都是桥式拓扑结构，存在直通问题，管子数量较多，控制复杂，对于不需要过电压补偿的现场，有些浪费。三桥臂拓扑中间桥臂存在耦合问题，同时中间桥臂的电流偏大。

常规的电压源控制采用成熟电压电流双环控制方式，其中为了解决负载调整率的问题加入负载电流前馈，电压源的真实控制对象是输出滤波电容和负载，不同的负载特性会对电压的控制效果产生影响。

如何解决现有的直挂式拓扑存在的问题，并消除现有的电压源控制方式中加入负载电流前馈所带来的不良影响，是本领域技术人员致力于解决的事情。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新型无变压器串联电压调节器，其解决了整流侧带来的谐波污染以及管子数量多，控制复杂和直通等问题，提高了系统对扰动的动态响应速度及稳定性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型无变压器串联电压调节器，包括交流电网、单相VIENNA整流电路、三电平逆变电路、输出滤波单元、旁路支路及负载，其中，

所述单相VIENNA整流电路与交流电网相连，由工作在Boost模式下的升压电感、功率桥臂及直流储能单元组成，其中，所述升压电感包括电网侧电感Lfg与桥侧电感Lf1；所述功率桥臂由快恢复整流二极管、功率开关及二极管整流桥组成，所述快恢复整流二极管包括二极管D5、二极管D6；所述功率开关包括开关V1，二极管整流桥包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；所述直流储能单元包括电容C1与电容C2；

所述三电平逆变电路与直流储能单元相连，包括两个钳位二极管以及IGBT开关管V1、IGBT开关管V2、IGBT开关管V3、IGBT开关管V4；

所述输出滤波单元连接在所述三电平逆变电路的输出端上，包括电感Lf2及电容Cf。

优选地，电网正半周时，当开关V1开通，电流流经电网侧电感Lfg、桥侧电感Lf1、二极管D1、二极管D4后经直流储能单元的电容中点流回交流电网负端，此时电感Lf2处于正向充电状态；当开关V1关断，电流流经电网侧电感Lfg、桥侧电感Lf1、二极管D1、二极管D5后向电容C1充电；电网负半周时，当开关V1开通，电流经交流电网负端、直流储能单元的电容中点、二极管D3、二极管D2、桥侧电感Lf1、电网侧电感Lfg回到交流电网正端，此时电感Lf2处于反向充电状态；当开关V1关断，电流经交流电网负端、直流储能单元的电容中点、电容C2、二极管D6、二极管D2、桥侧电感Lf1、电网侧电感Lfg回到交流电网正端，期间交流电网与电网侧电感Lfg向电容C2充电。