[發明專利]分散式電能質量調節器及其控制方法

有效

• 申請號: 201110346782.0
• 申請日: 2011-11-06
• 公開（公告）號: CN102510068A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 霍群海;韋統振;李東;吳理心
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種電能質量調節器，特別涉及一種基于串聯型補償裝置與并聯型補償裝置的分散式電能質量調節器及其控制方法。

背景技術

隨著電力系統中非線性負荷、沖擊負荷的不斷增加，尤其是電力電子變換裝置的廣泛應用，電網的諧波畸變越來越嚴重。同時電網電壓也經常出現三相不平衡和諧波干擾現象。另一方面，隨著各種復雜的精密的對電能質量要求較高的裝置(如計算機)的普及，人們對電能質量提出了越來越高的要求，電能質量裝置及控制技術成為當前的熱點問題。

如圖1所示，傳統統一電能質量調節器(Unified?Power?Quality?Conditioner，UPQC)作為一種柔性配電技術，將基于并聯電流補償原理的一個并聯型補償裝置和基于串聯電壓補償原理的一個串聯型補償裝置結合在一個裝置系統中，采用一個中央控制器，用于配電系統，既能補償非線性負載的不對稱和諧波，也能補償電源電壓的不對稱和諧波，既能夠為負荷側提供高質量的電力供應，也能夠減少負荷對區域電網的污染，使用戶免受電網電壓不平衡和幅值波動的影響，可以解決大部分電能質量問題，具有綜合的電能質量調節功能。

但是，傳統UPQC也存在一些限制。從電能質量分級管理角度考慮：由于傳統的UPQC通常安裝于配電網中靠近公共耦合點(Point?of?Common?Coupling，PCC)之前的交流母線上，同時向配電網的公共耦合點后所有終端用戶提供高質量的電能，因此，它不具有同時向不同用戶(或敏感負荷)提供不同品質電能質量的能力。從設施靈活性方面考慮，配電網中傳統的UPQC安裝位置相對固定，容量優化和配置優化所取得的實際效益有限；從投資經濟性方面考慮：配電網中所有用戶為獲得所需一定等級的電能質量，安裝傳統的UPQC的投資成本相對較高。

因此，研究一種新的解決方案為所有終端用戶改善電能質量，并且為那些需要高品質電能的用戶降低電力成本有著較大的實用意義和市場推廣價值。

發明內容

本發明的目的是克服現有傳統統一電能質量調節器成本較高、控制復雜、安裝位置及容量配置不靈活等缺點，立足于智能電網背景下不同電能質量的分級管理及優質電力園區設計等問題，提供一種分散式電能質量調節器，本發明可以降低系統成本，治理配電網內多種電能質量問題，配置更加靈活可靠。

本發明分散式電能質量調節器由一個或多個串聯型補償裝置和并聯型補償裝置組成。每個所述的串聯型補償裝置和并聯型補償裝置均含有中央控制器。中央控制器主要實現數據采樣、數據運算、發出補償指令等功能。多個串聯型補償裝置和并聯型補償裝置組成的本發明分散式電能質量調節器配有管理中心，管理中心根據電網故障類型對各個串聯型補償裝置和并聯型補償裝置進行管理。

所述的串聯型補償裝置安裝在電網中對電壓敏感的敏感負荷或者公共耦合點饋線的前端，為敏感負荷或者整條饋線提供較高的電壓質量。

串聯型補償裝置可以是單相、三相三線、三相四線或者三相四橋臂結構。

串聯型補償裝置包括直流端配置儲能單元與不配置儲能單元兩種結構形式。不含儲能單元的串聯型補償裝置所需的能量來自電網側或者負載側的電壓整流獲得，含有儲能單元的串聯型補償裝置可通過配置大容量電解電容器或者超級電容器進行儲能作為能量來源。

直流端配置儲能單元的串聯型補償裝置中，儲能單元通常直接掛在串聯型補償裝置的直流母線上。

所述的串聯型補償裝置與電網的連接方式包括直掛式和通過隔離變壓器連接兩種。

根據在低壓、中壓或高壓不同場合的應用及容量限制，所述的串聯型補償裝置包括單個逆變單元模塊結構和級聯多逆變單元模塊結構，單個逆變單元模塊結構通常為兩橋臂至四橋臂的IGBT組合，級聯多逆變單元模塊結構通常由數個單個逆變單元模塊組合而成。對串聯型補償裝置的控制方式也分為兩電平方式和多電平方式，對串聯型補償裝置的控制策略也分為開環控制和閉環控制。

串聯型補償裝置可以是不間斷電源(Uninterruptable?Power?Supply，UPS)、動態電壓恢復器(Dynamic?Voltage?Restorer，DVR)、有源電力濾波器(Active?Power?Filter，APF)等，當為動態電壓恢復器時補償策略可以是完全補償、同相位補償或最小能量補償。串聯型補償裝置除了具有基本的處理電壓驟升和電壓暫降功能外，還具有諧波治理，電壓波動治理等其它功能，除提供有功支撐外還能提供無功支撐。