[發明專利]利用諧振型電子開關的統一電能質量控制器及其方法

有效

• 申請號: 201410338800.4
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104134997A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 姜齊榮;魏應冬;田鈺笙
• 申請（專利權）人: 清華大學;張家港智電電力電子研究所有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種利用諧振型電子開關的統一電能質量控制裝置，其特征在于：該統一電能質量控制裝置包括諧振型電子開關、電壓源變流器，儲能單元及由主控制器和多種傳感器組成的主控制系統；其中，諧振型電子開關串聯接入電網與受保護敏感負荷之間，諧振型電子開關的兩端口分別為PCC₁點和PCC₂點；電壓源變流器交流輸出端口并聯接入PCC₂點，其直流側電容端口分別與儲能單元的對應輸出端口連接；主控制器輸入端與各傳感器相連；主控制器輸出端分別與電壓源變流器和諧振型電子開關相連，輸出電壓源變流器的開關脈沖信號以及諧振型電子開關的開關脈沖信號；該諧振型電子開關包括一組電感L_r1和L_r2、一組電容C_r1和C_r2以及一組雙向晶閘管T₁；其中，雙向晶閘管T₁與電感L_r2、電容C_r1串聯所構成的支路與電感L_r1相并聯，由L_r1、L_r2、C_r1、T₁構成的并聯支路與電容C_r2相互串聯。

2.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述電壓源變流器采用2電平、3電平三相橋結構、3單相H橋結構或級聯式H橋多電平變流器之任一種的全控型電力電子開關器件構成，具備電壓型控制和電流型控制兩種模式。

3.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述儲能單元由超級電容、飛輪或電池組儲能單元儲能單元及其附屬電力電子電路構成，實現存儲電能、向儲能單元儲能單元充電以及向電壓源變流器提供有功功率。

4.如權利要求1所述裝置，其特征在于，所述主控制系統包括主控制器及與相連的多種傳感器；所述多個傳感器包括PCC₁點電壓互感器PT₁、PCC₂點電壓互感器PT₂、PCC₁點系統電流互感器CT₁、PCC₂點電流互感器CT₂、電壓源變流器1直流側電容電壓傳感器PT₃、儲能單元輸出電流傳感器CT₃和電壓源變流器輸出電流傳感器CT₄；各傳感器分別對配、用電系統關鍵節點電壓、電流潮流以及利用諧振型電子開關的統一電能質量控制裝置自身關鍵電氣節點實時檢測；主控制器由DSP芯片和FPGA芯片組成，其中，DSP芯片實現系統級控制、計算、保護及管理，FPGA芯片實現AD采樣、PWM脈沖輸出以及裝置保護；主控制系統實時計算并判定當前電能質量故障類型，根據電能質量故障類型控制利用諧振型電子開關的統一電能質量控制裝置采用對應電能質量運行模式。

5.一種基于權利要求1所述裝置的運行控制方法，其特征在于：主控制系統通過對PCC₁點及PCC₂點的潮流檢測，將檢測到各種電能質量故障進行判別后并劃分為3種類型，并據此將利用諧振型電子開關的統一電能質量控制裝置UPQC-RES設定為4種運行模式，判斷并控制UPQC-RES在所述4種模式之間進行快速切換和運行；

所述UPQC-RES的4種運行模式包括：故障電流限制模式I、不間斷電源模式II、并聯補償模式III及待機模式IV。

6.如權利要求5所述方法，其特征在于，所述運行控制方法具體包括以下步驟：

1)采集各傳感器信號，包括：PCC₁點系統電壓V_s、PCC₂點負載電壓V_L、PCC₁點系統電流i_s、PCC2點負載線路電流i_L以及儲能單元輸出電流和輸出電壓、電壓源變流器輸出電流；

2)根據所述故障類型I、II、III判定條件，判斷是否存在電能質量故障；若是，轉步驟3)，否則進入待機模式IV并進入步驟1)；

3)區分故障類型，根據故障類型的優先級別將發明裝置快速切換到相應的運行模式；

4)進入所選擇的運行模式確認完成相應操作后，轉步驟1)。

7.如權利要求6所述方法，其特征在于，所述步驟3)中，根據故障類型的優先級別對裝置快速切換到相應的運行模式，具體包括：

主控制系統按照3種故障類型的優先級進行模式切換，設定優先級為：故障類型I>故障類型II>故障類型III；

根據所述故障類型優先級，UPQC-RES運行模式的切換原則為：

無論裝置當前運行在何種模式，當裝置檢測到比當前運行模式治理的故障類型優先級高的故障類型時，立即切換到與更高優先級故障類型相對應的運行模式；當優先級更高的故障類型狀態恢復后，主控制系統依次判斷是否存在優先級更低的故障類型，以確定切換模式類型；當3種故障類型均未檢測出時，切換進入待機模式IV。