[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

技術領域

本發明屬于電力電子和柔性交流輸配電技術領域。特別涉及一種用于配、用電系統的電能質量治理裝置，尤其是涉及帶有諧振型電子開關和儲能單元儲能單元的電力電子電路裝置及該電力電子電路的運行方法。

背景技術

影響電能質量狀況的因素十分復雜，通常統稱之為電能質量擾動或電能質量問題。按照擾動持續時間的長短可以將其分為兩大類：持續時間不超過若干秒級的通常歸為離散型擾動，例如電壓跌落，電壓驟升，電壓振蕩以及瞬態過電壓等；更長持續時間的為連續型擾動，例如三相電壓不平衡，電壓閃變，電壓諧波和電流諧波等。在現代石油化工、電力、電子、通訊、半導體制造、航空、工業機器人和醫療器械，以及智能配電網、微電網等領域，由于已大量使用了對供電電能質量要求更高的電力電子裝置或敏感設備，包括高頻電源、變頻器、芯片制造生產線、數據或計算中心等，很容易受到各類電能質量擾動的影響，尤其是對電壓跌落與驟升、動態無功、諧波、電壓波動與閃變以及三相電壓不平衡等最為敏感。它們不但影響敏感設備的運行效率，降低其使用壽命，嚴重地往往會引起這些設備的誤操作或者損壞，造成嚴重的經濟損失甚至重大的安全事故。此外，隨著電力系統規模的不斷擴大和負荷容量的不斷增加，加之地區電網之間網際互聯日趨緊密，低阻抗大容量變壓器的使用，都導致了電力系統短路容量的快速增長。一些大型發電機和主變壓器發生近區短路時，短路電流可達100～200kA。而且，主動配電網和微電網的概念會將大量新能源和分布式電源的接入配電網，不但導致了短路容量的進一步增長，還存在難以預期的短路潮流逆轉的問題。這樣就給電力系統安全、穩定運行以及電力系統中各種電氣設備(如斷路器、變壓器及接地網等)提出了更為嚴格的要求，需妥善解決故障電流抑制問題。

依賴傳統的供電技術通常難以解決多種類型的電能擾動問題,這就需要采用柔性交流配電(Distributed?Flexible?AC?Transmission?System,D-FACTS)技術對各種電能質量問題進行有效地控制。如今D-FACTS設備已成為改善電能質量，尤其是解決動態電能質量擾動問題的有力工具。然而，目前絕大部分的D-FACTS設備通常采用單純的并聯型或串聯型連接及控制方式，僅能解決部分電能質量問題。

如串聯型D-FACTS設備，主要通過調節串聯電壓來解決配、用電系統中電壓方面的電能質量問題，典型設備包括固態切換開關(Solid-State?Transfer?Switch,SSTS)、動態電壓補償器(Dynamic?Voltage?Restorer,DVR)、串聯型有源電力濾波器(Active?Power?Filter，APF)等。其中串聯型DVR裝置存在的缺陷在于：僅適用于系統側發生短路故障形成的電壓跌落，對于無論是近端斷路器跳閘產生的供電中斷或者上級斷路器跳閘及倒閘形成的短時供電中斷，DVR裝置均無法構成有效的補償回路。其次，DVR裝置在電壓未發生跌落或突升條件下通常處于電子旁路狀態，整體設備利用率很低，盡管可像串聯型APF裝置一樣增加對諧波電壓的補償功能，但它無法對諧波和無功電流進行抑制，而后者是實際配電、用電系統中最主要諧波污染源。固態切換開關技術SSTS的問題是，首先需要互為熱備用的獨立電源系統的支持，這在許多地區和應用場合難以實現，代價高昂；其次，基于晶閘管實現的SSTS，由于需要關斷控制，仍然有半個周波到一個周波的斷電時間，對許多敏感負荷而言是不可接受的。

并聯型D-FACTS設備通常并聯在電網中，可以通過調節其注入電網的補償電流來解決諧波和動態無功電流等潮流引起的電能質量問題，或者可作為獨立的電壓源為負荷供電以解決配電系統中的部分電壓質量問題。典型并聯型D-FACTS設備包括配電網靜止同步補償器(Distributed?Static?Synchronous?Compensator,D-STATCOM)、并聯型有源電力濾波器(Active?Power?Filter,APF)以及在線互動式UPS(Line-Interactive?Uninterruptible?Powe?rSupply)等。由于D-STATCOM和并聯型APF設備是通過改變配電系統中潮流分布實現對電壓波動、電壓閃變、諧波等電能質量問題的抑制，屬間接控制方式，對于電壓跌落、電壓驟升等電壓質量問題無法有效控制。在線互動式UPS可以通過與配、用電系統快速斷開繼而獨立為負荷供電來解決電壓型電能質量擾動問題，但其在配、用電系統快速斷開時間這一關鍵問題上存在較大缺陷，目前所采用的交流電子旁路開關斷開時間較長，典型時間為4～10ms，導致UPS的輸出存在一定時間的供電中斷，對于敏感型負荷而言仍然是不可接受的。