CN103280798A - 一种用于负荷增容的upqc拓扑电路及控制调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统柔性交流输配电和电力电子技术领域的一种用于负荷增容的UPQC拓扑电路及调节控制的方法。其技术方案是，所述电路包括并联部分和串联部分；所述并联部分包括第一变流器；所述串联部分包括第二变流器和隔离变压器；所述串联部分和并联部分的正负极母线之间相互连接；所述第一变流器直接接入系统；所述第二变流器通过隔离变压器串入线路中；所述隔离变压器与第一绕组相连；所述隔离变压器通过第二绕组与第二变流器连接。该电路能够通过对各种不同类型负荷变化的情况下进行方便的分接头控制，可从粗调和微调隔离变压器变比两个角度最大的利用UPQC的容量，发挥UPQC的补偿能力，实现对系统电能质量问题的有效控制。

Description

一种用于负荷增容的UPQC拓扑电路及控制调节方法

技术领域

本发明属于电力系统柔性交流输配电和电力电子技术领域，尤其涉及一种用于负荷增容的UPQC拓扑电路及控制调节的方法。

背景技术

现代工业、商业和居民用电设备，如高性能办公设备、精密实验仪器、变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算机系统等对电源特性变化的敏感性呈逐年上升趋势；同时，电能质量问题越来越复杂，由电能质量扰动引起的损失日趋增加。因此，为了提高供电质量、降低因电能质量问题对用户造成的损失、保护用户利益、营造良好的投资环境，采用先进的电能质量调控技术成为未来电力供应的发展趋势之一。但目前现有的装置大都以并联或串联的方式接入系统，且只能解决部分电能质量问题。随着配电网结构和电力负荷成分的日趋复杂，各种电能质量问题在同一配电系统中或在同一用电负荷中同时出现的情况也会越来越多。如果在同一配电母线上既有电压敏感负荷又有非线性负荷和冲击负荷，就需要同时安装电压补偿装置和电流补偿装置。若针对每一种电能质量问题都单独采取一种类型的治理装置，将会大大增加治理成本，还会增加装置运行维护的复杂程度，并且各装置之间还存在着协调配合问题。

UPQC是解决这一问题的有效手段，UPQC现有的拓扑结构主要是并联部分逆变器的输出直接接入或者通过变压器并入系统中，串联部分采用与并联部分相同的逆变器结构通过隔离变压器串入系统中，串并联部分通过逆变器直流侧相连，两部分逆变器共直流侧母线。在设计的时候针对负荷容量的大小及UPQC补偿能力确定出串联部分隔离变压器的变比等参数，只要变比一经确定，UPQC的电压补偿能力也就确定下来了，而现实情况是待安装UPQC的线路初期的报装负荷容量比现有负荷容量大很多，按照报装容量来确定UPQC装置的容量将由于投资非常大而不现实，因此一般按照现有的最大负荷容量或者将来某一时间的负荷容量来确定UPQC装置的容量，如果按照报装容量来进行计算确定隔离变压器的变比，将使得UPQC的电压暂降或者暂升的补偿能力很低，不能充分发挥UPQC的功能。随着经济社会的发展，用电负荷增加得较快，每过几年就会对现有负荷进行增容改造，若干年之后可能就能达到线路的报装容量，如果负荷容量进一步增加，还有可能对线路进行增容改造，更换更大截面的导线。一旦负荷增加，流过UPQC串联侧隔离变压器中的电流将会增加，当负荷电流超过隔离变压器额定电流的时候，UPQC将只能退出运行，电能质量又回到了没有补偿的原点，UPQC完全失去了作用。

发明内容

针对背景技术中提到的在安装了UPQC装置的馈线进行负荷增容改造以后，由于电流超标将使UPQC装置退出运行，不能充分发挥UPQC的功能的问题，本发明提出了一种用于负荷增容的UPQC拓扑电路及控制调节方法。

一种用于负荷增容的UPQC电路，其特征在于，所述电路包括并联部分和串联部分；所述并联部分包括第一变流器；所述串联部分包括第二变流器和隔离变压器；

其中，所述串联部分和并联部分的正负极母线之间相互连接；

所述第一变流器直接接入系统；

所述第二变流器通过隔离变压器串入线路中；

所述隔离变压器与第一绕组相连；所述第一绕组带有多组抽头，每组抽头的中心抽头采用手动连接的方式接入系统；所述每组抽头的中心抽头设置可拆的连接点和副抽头；所述每组抽头的中心抽头和副抽头用于调整隔离变压器的变比；

所述隔离变压器通过第二绕组与第二变流器连接。

所述第二绕组的连接型式为星型或三角型。

一种采用权利要求1所述拓扑电路控制调节方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据负荷报装容量和实际情况将线路的负荷报装容量分为n等份，对应的负荷容量分别为S1、S2…Sn…Smax，相应的每组抽头的中心抽头的变比为k1、k2…kn…kmax，每组抽头的中心抽头的容量间隔为ΔS；

步骤2：当实际负荷容量S满足条件：Sn-ΔS_down≤S≤Sn+ΔS_up时，选取Sn所对应的变比为kn的中心抽头，采用手动的方式将所对应的中心抽头及相应的副抽头接入系统调整隔离变压器的变比；其中，ΔS_down和ΔS_up为设定的每组抽头的中心抽头调节的下限值和上限值，且ΔS=ΔS_down+ΔS_up；

当实际负荷容量S满足条件：Sn-(ΔS_down-ΔS_d)≤S≤Sn+(ΔS_up-ΔS_d)时，所对应的中心抽头及相应的副抽头采用有载调压的方式调整隔离变压器的变比，其中ΔS_d为设定的副抽头调节死区值；ΔS_down和ΔS_up为设定的每组抽头的中心抽头调节的下限值和上限值，且ΔS=ΔS_down+ΔS_up。

本发明的有益效果是，提供的电路使得负荷容量增容改造以后，还能充分利用UPQC的补偿功能而不至于由于电流超标而使装置退出运行，同时还可以在负荷的日常大幅度变化的情况下优化UPQC的电压补偿效果，最大地使用UPQC的容量，充分发挥UPQC的功能。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于负荷增容的UPQC电路的结构图；

图2是本发明提供的一种用于负荷增容的UPQC电路UPQC串联隔离变压器的接线示意图；

图3是本发明提供的一种用于负荷增容的UPQC电路UPQC串联侧隔离变压器的分接头示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明提供的一种用于负荷增容的UPQC电路的结构图。UPQC根据与系统的连接方式分为串联和并联部分，其中并联部分靠近负荷侧，串联部分靠近系统侧；并联部分的变流器直接接入系统，而串联部分的变流器通过隔离变压器串入线路中；串联部分和并联部分正负极母线之间相互连接；图中的I₁为流经隔离变压器原边的电流也即负荷电流，I₂为流经隔离变压器副边的电流也即流入装置的电流，I₁是由负荷决定的，I₂是由I₁和隔离变压器的变比决定的，也就是说只要负荷电流和隔离变压器的变比一经确定，流经串联侧变流器的I₂也就确定了，同时从安全角度出发I₂不能超过变流器的额定电流。当负荷有大幅度改变的时候也就是I₁大幅度变化的时候，I₂也会大范围的改变，但是其不能超过串联侧变流器的额定电流，否则就会损坏变流器，I₂接近变流器的额定电流运行是比较理想的，这样能充分利用变流器的容量，充分发挥变流器的性能。

图2是本发明提供的一种用于负荷增容的UPQC电路UPQC串联隔离变压器的接线。图1中的隔离变压器部分为单线图的型式，隔离变压器由三个单相的变压器组成（T_A、T_B、T_C），每个变压器的原边串入线路中，原边的三相没有电的直接联系，而副边三相采用星型连接，再与串联侧的变流器相连。

图3是本发明提供的一种用于负荷增容的UPQC电路UPQC串联侧隔离变压器的分接头示意图。图中an端子为副边的接线端子，三相构成星型连接；t₁、t₂、t₃和N为原边的接线端子，其中N为公共连接端子，t₁、t₂、t₃为各组主抽头端子，考虑到负荷进行大幅度增容改造的情况，将线路的负荷报装容量分为n等份（图3中以3等份为例），得到相应容量时所对应变比的接线端子，称为每组的主抽头端子，根据负荷容量及增容改造情况接入相应的主抽头端子，大幅度改变隔离变压器的变比，以应对大幅度的负荷变化，由此可以确保装置侧变流器的电流I₂在安全的范围内，不会出现超过变流器的额定电流的情况，使装置能安全运行，在不同的负荷水平下充分发挥UPQC的优越性能，虽然在负荷水平较高的档次上，UPQC对负荷的电压暂降/暂升补偿的能力要比在负荷水平较低的情况下要差，但是可以最大程度的利用UPQC的容量；在每组主抽头的两边还设有副抽头，如图中的+5%、+2.5%、-2.5%以及-5%的档位，这些抽头为相应于主抽头电压改变的百分数，通过连接不同的档位，可以微调隔离变压器的变比，使得在大组的负荷水平下，负荷发生日常的较大波动时，可以改变装置侧变流器的电流I₂尽量接近其额定电流，优化UPQC运行，充分利用UPQC变流器的容量；当负荷容量大幅度变化或者增容改造后，采用手动的形式接入相应负荷水平的大组主抽头端子，而不是采用有载调压的方式，原因在于有载调压变压器进行大范围的调压从制造角度是比较困难的，各组的主抽头端子及相应的副抽头端子采用有载调压的方式，在发生小的日常的负荷波动时，配合控制系统作实时在线的分接头调整，优化UPQC的运行，采用负荷大变动手动接入小变动有载调节的方式既满足了优化运行的需求，同时也兼顾了隔离变压器制造的要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于负荷增容的UPQC电路，其特征在于，所述电路包括并联部分和串联部分；所述并联部分包括第一变流器；所述串联部分包括第二变流器和隔离变压器；

其中，所述串联部分和并联部分的正负极母线之间相互连接；

所述第一变流器直接接入系统；

所述第二变流器通过隔离变压器串入线路中；

所述隔离变压器与第一绕组相连；所述第一绕组带有多组抽头，每组抽头的中心抽头采用手动连接的方式接入系统；所述每组抽头的中心抽头设置可拆的连接点和副抽头；所述每组抽头的中心抽头和副抽头用于调整隔离变压器的变比；

所述隔离变压器通过第二绕组与第二变流器连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二绕组的连接型式为星型或三角型。

3.一种采用权利要求1所述拓扑电路调节控制的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1：根据负荷报装容量和实际情况将线路的负荷报装容量分为n等份，对应的负荷容量分别为S1、S2…Sn…Smax，相应的每组抽头的中心抽头的变比为k1、k2…kn…kmax，每组抽头的中心抽头的容量间隔为ΔS；

步骤2：当实际负荷容量S满足条件：Sn-ΔS_down≤S≤Sn+ΔS_up时，选取Sn所对应的变比为kn的中心抽头，采用手动的方式将所对应的中心抽头及相应的副抽头接入系统调整隔离变压器的变比；其中，ΔS_down和ΔS_up为设定的每组抽头的中心抽头调节的下限值和上限值，且ΔS=ΔS_down+ΔS_up；

当实际负荷容量S满足条件：Sn-(ΔS_down-ΔS_d)≤S≤Sn+(ΔS_up-ΔS_d)时，所对应的中心抽头及相应的副抽头采用有载调压的方式调整隔离变压器的变比，其中ΔS_d为设定的副抽头调节死区值；ΔS_down和ΔS_up为设定的每组抽头的中心抽头调节的下限值和上限值，且ΔS=ΔS_down+ΔS_up。

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