[實用新型]一種大容量統一電能質量控制器

有效

• 申請號: 201320797369.0
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN203589727U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 張一博;燕翚;葉衛華;訾振寧;劉琳
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;中電普瑞科技有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/26
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型涉及電力系統柔性輸配電的統一電能質量控制器UPQC，具體涉及一種大容量統一電能質量控制器UPQC。

背景技術

統一電能質量控制器UPQC是用戶電力技術(Custom?Power)中的新興裝置，它集電壓補償裝置、電流補償裝置于一體，統一實現多重電能質量調節功能，一機多能，具有更高的性價比，是用戶電力技術發展的最新趨勢和關鍵設備，也是FACTS技術中的關鍵設備，因此統一電能質量控制器UPQC已成為該領域的研究熱點。

統一電能質量控制器UPQC主電路由串聯電壓源型換流器和并聯電壓源型換流器構成。

UPQC作為功能強大的電能質量綜合補償裝置，其串聯側具有動態電壓恢復器DVR、動態不間斷電源DUPS功能，并聯側具有靜止無功發生器SVG、有源電力濾波器APF功能。UPQC的串聯和并聯單元可獨立運行實現各自功能，也可聯合運行實現統一的綜合功能。

UPQC的拓撲結構根據變流器接入電網的方式主要有兩種結構，按照系統側-UPQC串聯側-UPQC并聯側-負載側的連接順序串入電網的UPQC稱為“串并”結構；按照系統側-UPQC并聯側-UPQC并=串聯側-負載側的連接順序串入電網的UPQC稱為“并串”結構。UPQC串并結構示意圖如圖1所示，UPQC并串結構示意圖如圖2所示。

兩種結構的UPQC各有自身的優劣勢：

對于“串并”結構的UPQC，因串聯側的電壓補償功能，則當系統電壓跌落時，并聯側電壓仍然可以保持為三相對稱電壓。因此并聯在實現維持直流電壓、補償負載諧波電流和無功的功能時，無需考慮三相電壓不平衡的問題，因此并聯側控制方式相對簡單。由于并聯側所取的有功都經過串聯側，則大大增加了串聯側容量。如按照電網電壓跌落0.5pu，則串聯側容量應與負載額定容量相同，其中一半容量提供給了并聯側。這種容量的選擇極大的增大了工程成本，不利于發揮最大的裝置容量。

對于“并串”結構的UPQC，串聯側補償故障系統電壓，保證負載電壓的穩定，其容量只與負載需要補償的容量相關。并聯側由于與系統母線直接相連，則需要考慮三相電壓不平衡狀況。若用傳統三相橋的結構，則大大增加控制難度，易導致直流電壓的波動，不適用于UPQC快速動態響應的特點。

實用新型內容

針對“并串”結構的UPQC并聯側不易于控制的缺點，本實用新型提供一種大容量統一電能質量控制器UPQC，統一電能質量控制器UPQC使用多繞組變壓器副邊連接H橋變換器的結構應用于UPQC并聯側。并聯側三相等效于跨接在線電壓上的三個單相整流器模型。由于每個H橋整流器都是獨立控制，因此不受三相電壓不平衡的影響，利于電網電壓波動時UPQC直流側電壓的穩定。

基于虛擬正交坐標變換的控制方式可使UPQC并聯側的單相整流裝置等效為三相整流器模型，具有三相整流器的功率因數功率可控和諧波抑制的功能，能夠完全實現對稱系統電壓條件下三相整流器的所有功能。

本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的：

本實用新型提供一種大容量統一電能質量控制器，其改進之處在于，所述統一電能質量控制器包括通過公共直流母線連接的并聯型電壓源變流器和串聯型電壓源變流器；所述并聯型電壓源變流器采用多繞組的單相變壓器連接單相H橋變換器結構，所述多繞組單相變壓器原邊通過并聯電抗器接入交流側電網，所述多繞組單相變壓器副邊與H橋變換器的交流側連接；所述串聯型電壓源變流器采用單相H橋變換器結構，與并聯型電壓源變流器的H橋變換器形成“背靠背”結構，串聯型電壓源變流器的單相H橋變換器分別通過RLC濾波電路以及旁路晶閘管單元以級聯的方式接入直流側電網。

進一步地，所述串聯側單相H橋變換器包括并聯的H橋、濾波電容器C支路和電阻R_L支路；電抗器-電阻串聯支路連接在H橋其中兩個橋臂之間的a點，直流電源u_s與電抗器-電阻串聯支路并聯后連接在H橋另外兩個橋臂之間的b點；所述電抗器-電阻串聯支路由串聯的電抗器L和電阻R組成；

所述H橋由四個橋臂組成，每個橋臂由IGBT模塊組成，所述IGBT模塊包括IGBT器件以及與其反并聯的二極管組成。

進一步地，所述并聯型電壓源變流器的單相H橋變換器結構與串聯型電壓源變流器的單相H橋變換器結構之間并聯有電容器。

進一步地，所述RLC濾波電路由串聯的電容器、電阻和電抗器組成；所述晶閘管單元由反并聯的兩個晶閘管組成。

進一步地，所述并聯型電壓源變流器和串聯型電壓源變流器均為雙向PWM變流器。