一种实时动态电压调节装置论文和设计-张颖菁

全文摘要

本实用新型涉及一种实时动态电压调节装置，包括外壳及其内部控制电路；其技术特点在于：所述控制电路包括主控单元、旁路单元、逆变器模块、超级电容器组和隔离变压器；电网电压的输出端与主控单元相连接，用于实时监测电网电压；该主控单元的输出端通过旁路单元和用户端相连接，用于通过旁路单元为用户端供电；该主控单元的输出端与逆变器模块相连接，该逆变器模块与超级电容器组相连接，该逆变器模块的输出端通过隔离变压器与用户端相连接，用于将超级电容器组的直流逆变成交流并升至用户所需电压输出至用户端，或将电网电压由交流逆变成直流为超级电容器组充电。本实用新型能够对全范围电压暂降进行补偿，能耗极低。

主设计要求

1.一种实时动态电压调节装置，包括外壳及其内部控制电路；其特征在于：所述控制电路包括主控单元、旁路单元、逆变器模块、超级电容器组和隔离变压器；电网电压的输出端与主控单元相连接，用于实时监测电网电压；该主控单元的输出端通过旁路单元和用户端相连接，用于通过旁路单元为用户端供电；该主控单元的输出端与逆变器模块相连接，该逆变器模块与超级电容器组相连接，该逆变器模块的输出端通过隔离变压器与用户端相连接，用于将超级电容器组的直流逆变成交流并升至用户所需电压输出至用户端；或将电网电压由交流逆变成直流为超级电容器组充电。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种实时动态电压调节装置，其特征在于：所述逆变器模块由DC-AC模块、AC-DC模块及其外围电路组成。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电压暂降技术领域，涉及动态电压调节尤其是一种实时动态电压调节装置。

背景技术

随着经济快速发展，工业制造与居民用电的多样化，导致电网的电能质量问题更加复杂化，随机化与多样化，其中电压暂降已经成为各类企业与电网研究单位首要的治理和研究方向。电压暂降是指电力系统中某点工频电压有效值暂时降低至额定电压的10％～90％(即幅值为0.1～0.9(p.u.))，然后回升至正常值附近，持续时间为10ms～1min。电压暂降不仅影响电厂发电量和设备安全，如果靠近故障区域的多台机组同时因为电压暂降停机，将会影响大电网的稳定性，造成严重事故，甚至引起大面积停电。电压暂降会导致半导体设备制作过程被迫停止，大量产品报废，直接和间接经济损失巨大，最严重的情况可导致重大安全事故。

现有电压暂降解决方案有以下几种:(1)在线式UPS方案，其工作原理为：当电网电压正常时，全部电能先通过整流器整流，然后再通过逆变器逆变成交流给负载供电。系统大部分时间两级变换同时在运行(损耗很高)。当电网出现电压跌落或断电时，逆变器从电池组获取电能，逆变成交流给负载供电。在线式UPS方案不间断电源，高能耗，需要日常维护和定期更换储能电池，产生谐波，不适合工业和动态电压暂降敏感负载，长期使用存在可靠性等问题。(2)在线式AVC方案主要由一个电压源逆变器、旁路和串联在供电电网和负载之间的补偿变压器组成。在线式AVC不需要储能元件，因为它能从电网中吸取所需的额外能量用于补偿骤降的电压。在线式AVC时刻监测输入电源电压，一旦电压偏离设定值，它即控制IGBT逆变器通过串联的补偿变压器在主回路中加入适当的补偿电压，极其快速地将输出端电压调节到设定值，从而消除了来自电网输出端电压暂降对负载的影响，在这期间，能量从电网中获得。

但在线式AVC全天在线，效率低；不能治理深度电压暂降；补偿变压器的副边直接接入电网，安装困难。现有技术方案仍存在能耗高，安装困难，电压补偿不彻底等技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、能耗低、实用性强且能够实现在电网电压发生暂降条件下及时彻底补充能量，使电网电压正常输出给用户的实时动态电压调节装置。

本实用新型解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种实时动态电压调节装置，包括外壳及其内部控制电路；所述控制电路包括主控单元、旁路单元、逆变器模块、超级电容器组和隔离变压器；电网电压的输出端与主控单元相连接，用于实时监测电网电压；该主控单元的输出端通过旁路单元和用户端相连接，用于通过旁路单元为用户端供电；该主控单元的输出端与逆变器模块相连接，该逆变器模块与超级电容器组相连接，该逆变器模块的输出端通过隔离变压器与用户端相连接，用于将超级电容器组的直流逆变成交流并升至用户所需电压输出至用户端；或将电网电压由交流逆变成直流为超级电容器组充电。

而且，所述逆变器模块由DC-AC模块、AC-DC模块及其外围电路组成。

本实用新型的优点和有益效果：

1、本实用新型的实时动态电压调节装置仅在电压暂降时介入，能够对全范围电压暂降进行补偿，且补偿能量取自超级电容器组，不会对电网造成影响，效率高达99％，能耗极低。

2、本实用新型的实时动态电压调节装置选用超级电容器组作为储能元件，不仅使用寿命长，适用环境条件宽，而且免维护，降低后期运维及人工成本。

3、本实用新型的实时动态电压调节装置可靠性高，内置了三重冗余安全旁路，因设备本身故障时造成断电的风险极地。

4、本实用新型的实时动态电压调节装置采用注入变压器，变压器和主线分离，安装简便。

5、本实用新型的实时动态电压调节装置安装占地面积小，采用模块化设计，零件通用性高。

附图说明

图1是本实用新型在电网电压正常状态下工作流程示意图；

图2是本实用新型在电网电压暂降状态下工作流程示意图；

图3是本实用新型在电网电压恢复正常状态下工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：

一种实时动态电压调节装置，如图1至图3所示，包括外壳及其内部控制电路；所述控制电路包括主控单元2、旁路单元3、逆变器模块5、超级电容器组4和隔离变压器7；

所述电网电压1的输出端与主控单元相连接，用于实时监测电网电压；该主控单元的输出端通过旁路单元和用户端6相连接，用于在电网电压正常时，通过旁路单元为用户端供电；该主控单元的输出端与逆变器模块相连接，该逆变器模块与超级电容器组相连接，该逆变器模块的输出端通过隔离变压器与用户端相连接，用于在电网电压暂降时，将超级电容器组的直流逆变成交流并升至用户所需电压输出至用户端；在电网电压恢复时，将电网电压由交流逆变成直流为超级电容器组充电。

在本实施例中，所述逆变器模块由DC-AC模块、AC-DC模块及其外围电路组成。

下面对本实用新型的各组成部分功能和作用作进一步说明：

(1)主控单元是由ADMC401高速数字信号处理芯片为核心的DSP控制系统组成，主控单元通过实时监测电网电压，针对电网电压的不同状态分别对旁路单元和逆变器模块发出不同指令。

(2)旁路单元串联在电网电压输出端与用户端之间，在接到主控单元的指令后开启或关断电路。

(3)逆变器模块分别连接电网电压输出端、超级电容器组和隔离变压器，隔离变压器再接入用户端。逆变器模块依据主控单元的不同指令，分别执行将电网电压逆变成直流电存入超级电容器组中作为储备能力量待用，或将超级电容器组中储备的能量，由直流逆变成交流接隔离变压器升至用户所需电压输至用户端。

本实用新型不仅可以在电网电压正常时不做无用功节约能源，而且可以在电网电压发生在暂降时，瞬时将超级电容器组中的电量用于补偿，不仅能够满足深度补偿而且免维护。

本实用新型的工作过程为：

1、当电网电压处于正常状态时，主控单元给旁路单元下发闭合指令，旁路单元中的开关器件闭合，旁路电路导通，电网电压直接输送到用户端。同时主控单元检测超级电容器组的电量，当超级电容器组电量为满电量时，则下发指令逆变器模块不动作。

2、当电网电压发生暂降时，主控单元即刻给旁路单元下发关断指令，旁路单元的开关器件断开，旁路电路关断。同时主控单元给逆变器模块下发DC-AC启动指令，逆变器模块接收指令后开启DC-AC工作模式，将超级电容器组中的直流电逆变成交流电，再经隔离变压器将电压升至用户所需正常值后，将电量输送给用户端。

3、当电网电压恢复正常后，主控单元给逆变器模块下发DC-AC关闭指令，逆变器模块关闭DC-AC工作模式，同时主控单元再次给旁路单元下发闭合指令，旁路单元中的开关器件闭合，旁路电路导通，电网电压直接输送到用户端。主控单元再次检测超级电容器组的电量，此时超级电容器组电量为缺电状态，则给逆变器模块下发AC-DC启动指令，逆变器模块接收指令后开启AC-DC工作模式，将电网电压由交流逆变成直流存储到超级电容器组中，直至充满。

本实用新型中所涉及的主控单元的控制过程采用常规技术即可实现，并非本实用新型的创新内容。

需要强调的是，本实用新型所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

设计图

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设计方案

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