CN101431234A - 一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器及使用方法，其特征在于：它包括一系统侧电压，系统侧电压的正向输出串联一系统短路电抗器，系统短路电抗器的输出端串联一DVR装置的负向端子，DVR装置的正向端子输出端分两路并联信号：一路与一旁路开关连接，一路与一限流电抗器连接，两路信号并联后的输出端串联一负载阻抗，负载阻抗的输出端与系统侧电压的负向端连接。本发明在传统动态电压恢复器的基础上串联限流电抗器，增加限制短路电流的功能，增加了装置的经济性，且在系统无故障期间，由DVR装置输出电抗器损失的电压差，就可以避免限流电抗器在系统正常运行时造成的电压降落和无功能耗。本发明原理简单、容量大、响应速度快，可以广泛用于各种供电系统中。

Description

一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器及使用方法

技术领域

本发明涉及一种电压恢复器及使用方法，特别是关于一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器及使用方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，越来越多的工业生产过程和流水线(如半导体制造、计算机集成制造、造纸业等)依赖于对电能质量十分敏感的以微处理器芯片为核心的设备，这些设备对电能质量的要求很高，例如即使几个周期电压暂降都将影响这些设备正常工作。目前公认的解决电压暂降或暂升问题经济有效的手段是动态电压恢复器(DVR)。DVR是面向电力用户的串联型动态电能质量调节装置，它相当于一个串联在电力系统和电力负荷之间可控的电压源。在配电系统正常供电情况下，DVR工作在备用状态，其损耗是相当低的。当电网发生某种电压质量问题时，DVR会在几毫秒之内向系统注入电网正常状态和故障状态下的电压差，使得负载上的电压保持恒定不变。另一方面，如今电力系统不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断增长，这就要求电网内各种电器设备，如断路器、变压器等，必须满足短路电流水平提高所带来的更苛刻的要求。因此，限制系统短路电流也成为一个迫切的问题。

DVR技术在国外相对成熟，已有很多工业应用案例；在国内也有大量科研机构在进行研究，出现了一些工业产品。国内外对于短路电流限制的研究很广泛，但都局限于单一的目标实现。为了实现装置的经济性与多功能性，曾有学者提出采用DVR装置本身来实现短路电流限制的功能，即在故障发生时DVR快速输出与系统电压相位相反的电压来限制负载短路电流。但该方法对装置的容量、控制策略、响应速度要求非常高，仅限于理论分析，很难实际应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种原理简单、容量大、响应速度快的具有故障电流限制功能的动态电压恢复器及使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：它包括一系统侧电压，所述系统侧电压的正向输出串联一系统短路电抗器，所述系统短路电抗器的输出端串联一DVR装置的负向端子，所述DVR装置的正向端子输出端分两路并联信号：一路与一旁路开关连接，一路与一限流电抗器连接，所述两路信号并联后的输出端串联一负载阻抗，所述负载阻抗的输出端与所述系统侧电压的负向端连接。

所述DVR装置和所述限流电抗器正常运行，所述旁路开关处于断开状态。

所述DVR装置发生故障退出运行其输出电压为零，所述旁路开关闭合，保证所述限流电抗器对系统不造成影响。

所述限流电抗器发生故障，所述旁路开关闭合，保证所述限流电抗器对系统不造成影响。

所述的具有故障电流限制功能的动态电压恢复器的使用方法，它包括以下两种运行状态：1)DVR装置在无短路故障即系统正常运行时，所述限流电抗器上压降与所述DVR装置补偿时所需的电压值之和为所述DVR装置输出电压；2)当所述DVR装置检测到系统短路故障时，则迅速将所述DVR装置的输出电压转为零电压输出，由所述限流电抗器起限流作用。

所述限流电抗器的电抗值由以下公式确定：

$X_{\mathrm{xian}}=(k-1)X_s=(k-1)\frac{U_N^2}{S_{\mathrm{sc}}}$

其中： $k=\frac{I_{s1}}{I_{s2}}=\frac{X_s+X_{\mathrm{xian}}}{X_s}$

式中：X_xian为限流电抗器的电抗值，X_s为短路电抗值，U_N为系统的额定电压值，S_sc为系统短路容量，I_s1为系统相电流稳态值，I_s2为含限流电抗器X_xian发生短路时系统相电流稳态值，k为短路电流比值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在传统动态电压恢复器的基础上，通过串联限流电抗器的方式，使DVR装置在实现补偿电压暂降或暂升等功能的同时，增加限制短路电流的功能，从而提升了装置的经济性。2、本发明在系统无故障期间，由DVR装置输出电抗器损失的电压差，就可以避免限流电抗器在系统正常运行时造成的电压降落和无功能耗。3、本发明在系统发生故障时，DVR装置可以快速转为旁路运行状态，无电压输出，从而限流电抗器发挥了其限流作用，保证了系统的正常运行。本发明原理简单、容量大、响应速度快，可以广泛用于各种供电系统中。

附图说明

图1是本发明装置主电路原理示意图

图2是本发明负荷侧短路时系统等值电路示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一系统侧电压

系统侧电压

的正向输出端串联一系统短路电抗器X_s，短路电抗器X_s的输出端连接到DVR装置的负向端子，DVR装置的正向端子输出端分两路并联信号：一路与一旁路开关QF连接，一路与一限流电抗上压降为

的限流电抗器X_xian连接，两路信号并联后的输出端串联一负载侧电压为

的负载阻抗Z_L，负载阻抗Z_L的输出端与系统侧电压

的负向端连接。

上述实施例中，当DVR装置和限流电抗器X_xian正常运行时，旁路开关QF处于断开状态；当DVR装置发生故障退出运行时，DVR装置输出电压为零电压输出，即无法输出补偿电压，或限流电抗器X_xian发生故障时，则旁路开关QF闭合，保证限流电抗器对系统不造成影响。

本发明DVR装置在无短路故障即系统正常运行时，限流电抗器X_xian上的压降

与DVR装置补偿时所需的电压值

之和为DVR装置输出电压

即 ${\stackrel{.}{E}}_{\mathrm{dvr}}={\stackrel{.}{E}}_{\mathrm{xian}}+{\stackrel{.}{E}}_{\mathrm{sag}},$ 其中仅当系统侧电压发生跌落时才输出DVR装置补偿时所需的电压值在本发明中，DVR装置不仅应输出电压暂降、暂升或谐波等补偿分量，还要辅助输出限流电抗器X_xian上的压降，这样可以避免限流电抗器X_xian在系统正常运行时造成的电压降落和无功能耗；当DVR装置检测到系统短路故障时，迅速将DVR装置的输出电压转为零电压输出，即无法输出补偿电压时， ${\stackrel{.}{E}}_{\mathrm{dvr}}=0,$ 由限流电抗器X_xian起限流作用。

如图2所示，当系统发生短路故障时，由限流电抗器X_xian起限流作用，对限流电抗器X_xian的电抗值进行合理选择，可以达到将短路电流限制到系统允许值的目标，假设不含限流电抗器X_xian发生短路时，系统相电流稳态值为I_s1，含限流电抗器X_xian发生短路时，系统相电流稳态值为I_s2，考虑发生故障时系统的暂态过程，实际的电流比上述稳态值要大，将不含限流电抗器X_xian短路时系统相电流稳态值I_s1与含限流电抗器X_xian短路时系统相电流稳态值I_s2进行比值运算，其短路电流比值为：

$k=\frac{I_{s1}}{I_{s2}}=\frac{X_s+X_{\mathrm{xian}}}{X_s}$

可以得到

$X_{\mathrm{xian}}=(k-1)X_s=(k-1)\frac{U_N^2}{S_{\mathrm{sc}}}$

上式中，X_xian为限流电抗器的电抗值，k为短路电流比值，X_s为短路电抗值，U_N为系统的额定电压值，S_sc为系统短路容量。由此可见限流电抗器X_xian的电抗值与短路电流比值k和系统短路容量S_sc有关。当系统短路容量S_sc比较大时，系统短路电流也较大，因此要求的短路电流比值k也就比较大。

实际工程应用时，DVR电路不拘泥一种型式，依系统具体情况而定，可以为任意可行的DVR电路结构。

Claims (6)

1、一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：它包括一系统侧电压，所述系统侧电压的正向输出串联一系统短路电抗器，所述系统短路电抗器的输出端串联一DVR装置的负向端子，所述DVR装置的正向端子输出端分两路并联信号：一路与一旁路开关连接，一路与一限流电抗器连接，所述两路信号并联后的输出端串联一负载阻抗，所述负载阻抗的输出端与所述系统侧电压的负向端连接。

2、如权利要求1所述的一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述DVR装置和所述限流电抗器正常运行时，所述旁路开关处于断开状态。

3、如权利要求1所述的一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述DVR装置发生故障退出运行时，其输出电压为零，所述旁路开关闭合。

4、如权利要求1所述的一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述限流电抗器发生故障时，所述旁路开关闭合。

5、一种如权利要求1或2或3或4所述的具有故障电流限制功能的动态电压恢复器的使用方法，它包括以下两种运行状态：

1)DVR装置在无短路故障即系统正常运行时，所述限流电抗器上压降与所述DVR装置补偿时所需的电压值之和为所述DVR装置输出电压；

2)当所述DVR装置检测到系统短路故障时，则迅速将所述DVR装置的输出电压转为零电压输出，由所述限流电抗器起限流作用。

6、如权利要求5所述的一种具有故障电流限制功能的动态电压恢复器的使用方法，其特征在于：所述限流电抗器的电抗值由以下公式确定：

$X_{\mathrm{xian}}=(k-1)X_s=(k-1)\frac{U_N^2}{S_{\mathrm{sc}}}$

其中： $k=\frac{I_{s1}}{I_{s2}}=\frac{X_s+X_{\mathrm{xian}}}{X_s}$

式中：X_xian为限流电抗器的电抗值，X_s为短路电抗值，U_N为系统的额定电压值，S_sc为系统短路容量，I_s1为系统相电流稳态值，I_s2为含限流电抗器X_xian发生短路时系统相电流稳态值，k为短路电流比值。

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