[發明專利]一種多功能消弧變流器及其控制方法

在審

• 申請號: 202210571213.4
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114784779A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 侯玉超;郭祺;涂春鳴;王鑫;黃澤鈞;任鵬;肖凡;葛平娟;李慶
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02H9/08
• 分類號: H02H9/08;H02J3/18;H02M7/48;H02M7/487
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉熙

一種多功能消弧變流器及其控制方法，該多功能消弧變流器包括三相的級聯H橋整形電路單元，級聯H橋整形電路單元中各相結構相同，均包括多個子模塊，該多功能消弧變流器還包括與級聯H橋整形電路單元串聯的方波電路單元，方波電路單元為三相四橋臂的二極管鉗位型電路。該多功能消弧變流器在配電網正常時，方波電路單元中NPC變換器的n相封鎖，多功能消弧變流器工作于無功補償模式，在配電網發生單相接地故障時，多功能消弧變流器工作于消弧模式，其利用非故障相的一相或兩相注入消弧電流以補償配電網對地電容電流，從而抑制故障點的電流為0。本發明提供的多功能消弧變流器可有效減少級聯數量，降低成本、減小損耗、提高效率和功率密度。

技術領域

本發明涉及配電網消弧技術領域，尤其指一種多功能消弧變流器及其控制方法。

背景技術

配電網結構復雜多變，隨機性故障頻發，其中約70％以上的故障為單相接地故障。且隨著配電網容量不斷增大以及電纜線路占比不斷增高，單相接地故障電流劇增，電弧難以自行熄滅。若不能及時熄滅電弧，易造成絕緣擊穿、相間短路和森林火災等嚴重電力事故。

消弧線圈作為典型的無源消弧裝置被廣泛應用于配電網中，但其僅能補償接地電流中的無功分量，無法補償有功以及諧波分量，難以確保電弧可靠熄滅。基于電力電子器件的有源消弧裝置可以實現有功、無功、諧波全補償，成為當前消弧裝置的研究熱點。有源消弧裝置依據接入配電網的位置不同，可分為中性點有源消弧裝置和非中性點有源消弧裝置。

典型的中性點有源消弧裝置如圖1所示，有源變流器通過升壓變壓器與消弧線圈并聯接入到Z型變壓器中性點，并通過Z型變壓器掛接于配電網母線。當配電網發生接地故障時，有源變流器和消弧線圈向中性點注入消弧電流，以抑制接地點電弧重燃。該消弧方式的有源裝置容量小、成本低，但消弧線圈和變壓器體積大，設備功能單一、利用率低。并且，在消弧期間，為維持設備直流側電壓的恒定，需額外增加整流裝置。

典型的非中性點有源消弧裝置如圖2所示，其采用級聯H橋星型連接結構，其星接點與大地直接連接，交流輸出側經濾波電感掛接于配電網母線。在配電網正常時，該裝置可實現無功補償、三相不平衡抑制等功能；在配電網單相接地故障時，級聯H橋變流器向配電網注入消弧電流，以抑制接地點電弧重燃。由于消弧時級聯H橋承受線電壓，該有源裝置存在級聯數多、成本高、損耗大、功率密度低等問題，導致其尚未能在配電網中推廣應用。因此，若能提出一種效率及功率密度更高、成本更優的多功能有源消弧裝置，將對有源消弧裝置的性能提升與應用推廣具有重要意義。

發明內容

針對現有有源消弧裝置的問題，本發明提供一種可以減少級聯數量、提高效率和功率密度、以及降低成本的多功能消弧變流器及其控制方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方法：一種多功能消弧變流器，包括三相的級聯H橋整形電路單元，所述級聯H橋整形電路單元中各相結構相同，均包括多個子模塊，該多功能消弧變流器還包括與級聯H橋整形電路單元串聯的方波電路單元，所述方波電路單元為三相四橋臂的二極管鉗位型電路。