CN104882893A - 具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置 - Google Patents

具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104882893A
CN104882893A CN201510282310.1A CN201510282310A CN104882893A CN 104882893 A CN104882893 A CN 104882893A CN 201510282310 A CN201510282310 A CN 201510282310A CN 104882893 A CN104882893 A CN 104882893A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
voltage
current
component
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510282310.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104882893B (zh
Inventor
邓明
黄燕艳
周方圆
吴强
刘华东
吴选保
龚芬
张定华
王才孝
任涛
周靖
刘永丽
杨磊
吴明水
胡前
邱文俊
吕顺凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd
Original Assignee
Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd filed Critical Zhuzhou National Engineering Research Center of Converters Co Ltd
Priority to CN201510282310.1A priority Critical patent/CN104882893B/zh
Publication of CN104882893A publication Critical patent/CN104882893A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104882893B publication Critical patent/CN104882893B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50—Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明公开一种具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置，该方法包括：1)分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换，并控制进行无功补偿、谐波治理，以及控制进行电压补偿、三相不平衡治理后输出；2)实时检测负载的三相电压值、三相电流值，并判断三相电的故障状态，若存在短路故障或两相以上的接地故障，执行步骤3)；3)将故障相对应的逆变变换的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时执行续流；该装置包括单相变流模块、故障状态判断模块以及单相短路续流模块。本发明能够实现分相的多种电能质量综合治理功能，同时在发生短路故障时实现分相的短路故障电流限制，具有实现简单、所需成本低且使用率及效率高的优点。

Description

具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置
技术领域
本发明涉及电能质量治理技术领域，尤其涉及一种具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置。
背景技术
随着电力系统规模的不断增大、以及结构的日益复杂，电力系统中短路容量也随之增大，而一旦发生短路故障则将危及电气设备及人身安全，严重时还会破坏整个系统的正常运行，因此在电力系统中发展并应用有效的短路限流技术是解决短路容量增大问题的关键。另外，由于大量波动性和非线性负载的使用会产生电压波动、谐波电压、谐波电流、无功电流以及三相不平衡等电能质量问题，这些电能质量问题均可能引起设备故障造成巨大损失或生产过程的中断。
目前通常是通过接入电力电子设备的方法对电网电压进行电能质量综合治理，例如通过动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Regulator)或统一电能质量控制器UPQC(UnifiedPower Quality Conditioner)，但该类方法功能单一，在出现短路故障时不能够进行短路限流，因而存在短路故障隐患，容易造成设备故障，其应用范围有限。若采用另外接入短路故障限流器的方法来解决短路限流问题，一方面成本较高，另一方面，由于在非短路故障工况下短路故障限流器并不投入使用，因而设备的使用率低、性价比不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现简单、所需成本低、使用率及效率高、能够实现分相的多种电能质量综合治理功能，同时实现分相的短路故障限流的具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种具有短路限流功能的电能质量综合治理方法，步骤包括：
1)分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换，并控制进行无功补偿、谐波治理，以及控制进行电压补偿、三相不平衡治理后，输出给负载进行供电；
2)实时检测负载的三相电压值、负载的三相电流值，并根据检测到的电压值、电流值判断接入电网的三相电的故障状态，若判断到存在短路故障或两相以上的接地故障，转入执行步骤3)；
3)将故障相对应的逆变变换的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时执行续流。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤3)中具体通过接入并控制TSR晶闸管阀组导通执行续流。
作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1)的具体步骤为：分别接入电网的三相电进行单相多重化降压，降压后得到的多组电压分别采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制进行整流以及进行无功补偿、谐波治理；对接入电网的三相电压分别采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制进行逆变变换以及进行电压补偿、三相不平衡治理。
作为本发明方法的进一步改进：降压后得到的每组电压采用所述基于单相同步旋转坐标的PWM控制的具体步骤为：
2.11)接入一组电压输出至单相电压锁相环计算得到对应的第一电压同步旋转角度，将接入的电压根据所述第一电压同步旋转角度进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电压分量、q轴电压分量的第一电压分量；将接入的电流进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电流分量、q轴电流分量的第一电流分量；
2.12)将所述步骤2.11)得到的第一电压分量、第一电流分量以及当前组电压对应的d轴电流分量给定值、q轴电流分量给定值，通过电流内环控制得到第一PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量输出；所述d轴电流分量给定值由当前组电压的直流电压测量值、直流电压给定值以及有功功率给定值通过电压外环控制得到；所述q轴电流分量给定值由当前组电压对应的无功功率给定值与无功功率测量值通过无功外环控制得到；
2.13)将所述步骤2.12)得到的第一PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量进行单相同步旋转坐标反变换，得到第一PWM调制波输出；
2.14)将得到的所述第一PWM调制波进行正弦波脉冲宽度调制，生成驱动对应整流变换的各开关器件的驱动脉冲，以执行整流以及进行无功补偿、谐波治理。
作为本发明方法的进一步改进：对整流后的每相电压采用所述基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制的具体步骤为：
2.21)将目标相电压对应的负载电压输出至单相电压锁相环计算得到对应的第二电压同步旋转角度，将目标相电压对应的负载电压根据所述第二电压同步旋转角度进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电压分量的第二电压分量；将目标相电压对应的负载电流进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电流分量和q轴电流分量的第二电流分量；
2.22)将第二电压分量、第二电流分量以及负载电压的d轴电流分量给定值、q轴电流分量给定值，通过电流内环控制得到第二PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量；所述d轴电流分量给定值由负载电压给定值以及负载电压测量值通过电压外环控制得到；所述q轴电流分量给定值由目标相对应的逆变变换的无功功率给定值和无功功率测量值通过无功外环控制得到；
2.23)将所述步骤1.22)得到的第二PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量进行单相同步旋转坐标反变换，得到第二PWM调制波输出；
2.24)对所述第二PWM调制波进行载波移相正弦波脉冲宽度调制，生成同相位的驱动脉冲驱动目标相对应的逆变变换的开关器件，以执行逆变变换以及进行电压补偿、三相不平衡治理。
本发明还提供一种具有短路限流功能的电能质量综合治理装置，包括：
单相变流模块，用于分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换，并控制进行无功补偿、谐波治理，以及控制进行电压补偿、三相不平衡治理后，输出给负载进行供电；
故障状态判断模块，用于实时检测负载的三相电压值、负载的三相电流值，并根据检测到的电压值、电流值判断接入电网的三相电的故障状态，若判断到存在短路故障或两相以上的接地故障，转入执行单相短路续流模块；
单相短路续流模块，用于将故障相对应的逆变变换的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时执行续流。
作为本发明装置的进一步改进：所述单相短路续流模块包括TSR晶闸管阀组，通过接入并控制所述TSR晶闸管阀组导通执行续流。
作为本发明装置的进一步改进，所述单相多重整流子模块、逆变子模块均包括功率单元以及控制电路，所述功率单元包括并联连接的H桥变换器、储能电容C以及直流均压电阻R，所述H桥变换器包括四个变换单元，每个变换单元均包括一个IGBT开关器件和一个二极管。
作为本发明装置的进一步改进，每个所述单相变流模块的输入端设有一个软充电模块，所述软充电模块包括并联连接的充电电阻以及充电电阻旁路接触器；所述软充电模块包括并联连接的充电电阻以及充电电阻旁路接触器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明在未发生短路故障时，能够在整流侧实现谐波电流和无功电流的双补偿，同时在逆变侧对三个单相输出实现分相电压补偿、谐波电压、动态电压、三相电压幅值不平衡治理等功能；而在短路故障发生时，则可以实现对电网短路故障电流的限制，有效提高装置的使用率以及效率；
2)本发明进一步的在并联整流侧以及串联逆变侧均采用基于单相同步旋转坐标的双闭环控制，可以分别实现整流侧和逆变侧有功和无功的独立控制，控制性能及效果更好；
3)本发明在并联侧采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制，能够有效实现单位功率因数控制，对电网谐波污染小，且能够实现整流功率单元直流电压的高精度稳压控制；
4)本发明在整流侧采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制，实现同相位负载电压补偿，对电网影响小且不产生额外的无功损耗；同时通过采用载波移相技术使得逆变过程的等效开关频率大大提高，且对电网谐波的污染小。
附图说明
图1是本实施例电能质量综合治理方法采用的电能质量综合治理装置具体结构示意图。
图2是本实施例中功率单元的电路结构示意图。
图3是本发明采用的电能质量综合治理装置在具体实施例的一次系统结构示意图。
图4是本实施例具有短路限流功能的电能质量综合治理方法的实现流程示意图。
图5是本实施例采用的电能质量综合治理装置的控制方法的实现流程示意图。
图6是本实施例电能质量综合治理方法的实现原理示意图。
图7是本实施例中整流控制的实现原理示意图。
图8是本实施例中逆变控制的实现原理示意图。
图例说明：1、单相变流模块；11、单相多重整流子模块；111、单相多绕组变压器；112、整流单元；12、逆变子模块；121、逆变单元；2、单相短路续流模块；3、软充电模块；4、输出滤波电路。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1～4所示，本实施例具有短路限流功能的电能质量综合治理方法，步骤包括：
1)分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换，并控制进行无功补偿、谐波治理，以及控制进行电压补偿、三相不平衡治理后，输出给负载进行供电；
2)实时检测负载的三相电压值、负载的三相电流值，并根据检测到的电压值、电流值判断接入电网的三相电的故障状态，若判断到存在短路故障或两相以上的接地故障，转入执行步骤3)；
3)将故障相对应的逆变变换的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时执行续流。
本实施例中，步骤3)中具体通过接入并控制TSR晶闸管阀组导通执行续流。
本实施例中，步骤1)的具体步骤为：分别接入电网的三相电进行单相多重化降压，降压后得到的多组电压分别采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制进行整流以及进行无功补偿、谐波治理；对接入电网的三相电压分别采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制进行逆变变换以及进行电压补偿、三相不平衡治理。
如图1所示，本实施例电能质量综合治理方法具体采用的电能质量综合治理装置包括与接入电网的三相电分别对应连接的三个单相变流续流组件，每个单相变流续流组件均包括用于将接入电压依次进行整流、逆变变换的单相变流模块1以及用于启动时执行续流的单相短路续流模块2，单相变流模块1的一端连接电网，另一端通过输出接触器连接单相短路续流模块2；单相短路续流模块2根据对应相的短路故障状态启动。
本实施例首先断开单相短路续流模块2，启动三个单相变流模块1分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换的能量变换，输出给负载进行供电；当存在短路故障时，则将故障相对应的单相变流模块1的逆变变换进行封锁以执行限流，同时启动单相短路续流模块2执行续流。通过三个单相变流续流组件对电网三相电压进行单相变流以及单相续流，可以实现对电网的分相电压补偿、三相电压不平衡治理等功能，同时可以在检测到短路故障时控制实现故障相的续流，从而在实现电能质量的综合治理同时具有短路保护功能，电路结构简单且易于进行控制。
本实施例中，单相短路续流模块2包括串联连接的续流电抗器以及TSR(ThyristorSwitched Reactor)晶闸管阀组，通过在发生短路故障时控制TSR晶闸管阀组执行续流。采用单相TSR限流的模式实现短路限流功能，续流电路结构简单且续流的控制方法简单，易于实现控制。参见图1，本实施例三个单相短路续流模块2分别包括对应三相电的A、B、C相限流模块，A、B、C相续流模块由续流电抗器L2和TSR晶闸管阀组串联组成，A、B、C相续流模块的一端通过输出接触器KMa～KMc与对应的单相变流模块1的输出端连接，另一端分别通过输出端口(U1、U2)、(V1，V2)、(W1，W2)连接至负载。在电网的某相电发生短路故障时，控制投入TSR晶闸管阀组进行短路电流的续流以进行短路保护。
本实施例中，单相变流模块1包括单相多重整流子模块11以及逆变子模块12，单相多重整流子模块11包括单相多绕组变压器111以及与单相多绕组变压器111的各个副边绕组分别对应连接的多个整流单元112，逆变子模块12包括多个相互级联的逆变单元121，每个逆变单元121与一个整流单元112对应连接。单相多重整流子模块11与电网之间采用三角形接法连接，可以避免三倍次的谐波电流注入电网。每个单相变流模块1通过一个单相多重化设计的单相多绕组变压器111将电网侧的高压变换成二次侧的多组低电压，通过与二次侧副边绕组并联的多个整流单元112对降压得到的多组低电压进行整流，从而在整流侧实现单相多重化整流。
本实施例中，每个单相变流续流组件的输入端设有一个软充电模块3，软充电模块3包括并联连接的充电电阻以及充电电阻旁路接触器；软充电模块3包括并联连接的充电电阻以及充电电阻旁路接触器。
参见图1，本实施例电能质量综合治理装置包括分别对应电网A、B、C三相电的A、B、C相变流模块，A、B、C相变流模块分别通过并联连接的单相多绕组变压器Ta1、Tb1、Tc1接入电网的三相电，单相多绕组变压器Ta1、Tb1、Tc1的一次高压侧(A/X，B/Y，C/Z)分别通过软充电模块3、三相隔离开关QS1与三相输入端A1、B1、C1连接，其中软充电模块3包括并联连接的充电电阻(Ra、Rb、Rc)以及三相充电电阻旁路接触器KM1。单相多绕组变压器Ta1、Tb1、Tc1采用单相多重化设计，二次侧各副边绕组相互独立，每个副边分别通过一个电抗器与整流单元112的交流侧端口连接。本实施例多重化整流模块1中单相多绕组变压器Ta1、Tb1、Tc1二次侧具体包括四个副边绕组，四个副边绕组分别连接一个整流单元112，单相多绕组变压器Ta1与整流单元UA1～UA4构成A相多重化整流模块，单相多绕组变压器Tb1与整流单元UB1～UB4构成B相多重化整流模块，单相多绕组变压器Tc1与整流单元UC1～UC4构成C相多重化整流模块。
本实施例中，在每个整流单元112的输入端设有电流传感器BC11～BC34，通过电流传感器BC11～BC34分别检测各个整流单元112接入的电流大小。
本实施例中，各个整流单元112输出的电压分别通过相互级联的各逆变单元121逆变为交流电，从而在逆变侧实现单相级联的高压输出。参见图1，本实施例四个逆变单元UU1～UU4级联构成A相逆变模块，逆变单元UU1～UU4分别对应与整流单元UA1～UA4连接；逆变单元UV1～UV4级联构成B相逆变模块，逆变单元UV1～UV4分别对应与整流单元UB1～UB4连接，逆变单元UW1～UW4级联构成C相逆变模块，逆变单元UW1～UW4分别对应与整流单元UC1～UC4连接。
本实施例中，整流单元112、逆变单元121均包括功率单元以及控制电路，如图2所示，功率单元包括并联连接的H桥变换器、储能电容C以及直流均压电阻R，H桥变换器包括四个变换单元，每个变换单元均包括一个IGBT开关器件(VT1、VT2、VT3、VT4)和一个二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)，T1和T2为功率单元的交流端口，T+和T-为功率单元的直流端口，整流单元112的功率单元的直流端、逆变单元121功率单元的直流端之间采用背靠背连接形式共用直流电源，即由整流单元112为对应的逆变单元121提供直流电源支撑。
本实施例中，在每个逆变子模块12的输出端设有电流互感器BCu、BCv、BCw，通过电流互感器BCu、BCv、BCw分别检测A、B、C相逆变模块的输出电流的大小。
本实施例单相变流模块1在整流侧采用单相多重化整流结构，以及在逆变侧采用单相级联的高压输出结构，能够有效改善电压输出等级以及输出特性，从而可以在整流侧实现谐波电流和无功电流的双补偿，同时在逆变侧对三个单相输出实现分相电压补偿、谐波电压、动态电压、三相电压幅值不平衡治理等功能，实现负荷的优质供电。
本实施例中，在每个单相短路续流模块2的输出端设有输出滤波电路4，输出滤波电路4包括滤波电感(L1a～L1c)以及滤波电容(Ca～Cc)，其中滤波电容并联接至每相单相变流续流组件的两个输出端口之间，滤波电感的一端连接电流互感器BCu、BCv或BCw，另一端连接滤波电容。
本实施例中，在电网负载侧还设有电流互感器CTa、CTb、CTc以及电压互感器PTa、PTb、PTc，通过电流互感器CTa、CTb、CTc分别检测A、B、C相的负载电压ila,b,c大小，电压互感器PTa、PTb、PTc分别检测A、B、C相的负载电压Ula,b,c大小。
如图3所示，本发明电能质量综合治理装置通过串并联混合型连接方式接入到10KV电网和负荷之间，并联侧接入10KV电网电源，实现电源的输入以及对10KV电网侧的无功补偿、谐波治理功能，串联侧通过三个单相输出可以实现对10KV电网的分相电压补偿、三相电压不平衡治理等功能。其中A1、B1、C1三相输入端以并联连接方式通过输入断路器QF1连接电网，三相输出端分别通过串联变压器、输出断路器QF3连接至电网负荷端，其中A相输出端U1和U2分别接至串联变压器Ta的副边侧a和x，B相输出端V1和V2分别接至串联变压器Tb的副边侧b和y，C相输出端W1和W2分别接至串联变压器Tc的副边侧c和z；电能质量综合治理装置的电网电源端与电网负荷端之间设有旁路接触器QF2，在电网电源端并联还设有网侧电压互感器PT1用以测量电网电压，以及串联连接有网侧电流互感器CT1用以测量电网电流；在电网负荷端还并联设有负载侧电压互感器PT2用以测量负荷电压，以及串联接有负载侧电流互感器CT2用以测量负荷电流。
如图4所示，本实施例基于上述具有短路限流功能的电能质量综合治理装置的电能质量综合治理方法，步骤包括：
1)断开单相短路续流模块2，启动三个单相变流模块1分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换的能量变换，并通过控制单相变流模块1中用于进行整流变换的整流单元112进行无功补偿、谐波治理，以及通过控制单相变流模块1中用于进行逆变变换的逆变单元121进行电压补偿、三相不平衡治理后，输出给负载进行供电；
2)实时检测负载的三相电压值、负载的三相电流值，并根据检测到的电压值、电流值判断接入电网的三相电的故障状态，若判断到存在短路故障或两相以上的接地故障，转入执行步骤3)；
3)将故障相对应的单相变流模块1中逆变单元121的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时启动单相短路续流模块2执行续流。
采用上述控制方法，在未发生短路故障时，能够在整流侧实现谐波电流和无功电流的双补偿，同时在逆变侧对三个单相输出实现分相电压补偿、谐波电压、动态电压、三相电压幅值不平衡治理等功能；而在短路故障发生时，则可以实现对电网短路故障电流的限制，有效提高装置的使用率，同时结合封锁逆变脉冲以及启动续流过程，控制实现方法简单且高效。
如图5所示，本实施例上述电能质量综合治理方法在具体实施例中控制系统采用分布式控制方式，由上位机通过RS485通讯方式对并联侧和串联侧的控制系统进行控制，其中并联侧控制系统由第一主控制板1GMPU、第一模拟量采集板1DAI、第一数字入出板1DDX所组成，采用高速光纤通信实现并联侧整流单元112的模拟量采集、数字开关量输入与输出控制、脉冲触发等功能；串联侧控制系统由第二主控制板2GMPU、TSR阀组控制器、第二模拟量采集板2DAI、第二数字入出板2DDX组成，采用高速光纤通信实现串联侧逆变单元121的模拟量采集、数字开关量的输入与输出控制、脉冲触发以及TSR晶闸管阀组的触发等功能。
本实施例中，步骤2)中单相变流模块1通过一个单相多绕组变压器111以及与单相多绕组变压器111的各个副边绕组分别对应连接的多个整流单元112进行单相多重化整流，整流单元112采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制进行无功补偿、谐波治理，对每个整流单元112分别根据对应的输入电压生成单相同步的驱动脉冲；步骤2)中单相变流模块1通过多个相互级联的逆变单元121进行逆变变换，逆变单元121采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制进行电压补偿、三相不平衡治理，对每相电压对应的各个逆变单元121分别根据负载电压生成同相位的驱动脉冲。即单相多绕组变压器111的各副边绕组与对应的整流单元112分别进行PWM整流控制，实现电网侧的无功补偿、谐波治理，逆变单元121通过级联高压输出实现分相电压补偿控制。
如图6所示，本实施例上述装置实现短路故障限流与电能质量综合治理的协调控制时，实时检测三相负载电压Ula,b,c(通过电压互感器PT2采集得到)和三相负载电流值ia,b,c(通过电流互感器CT2采集得到)，从而判断有否有短路故障发生，如果检测并判别出各相电均无短路故障或者发生单相接地故障时，控制启动各相对应的单相变流模块1进行电能质量综合治理，实现统一电能质量控制器UPQC功能运行；如果检测并判别出相间短路故障或者两相接地故障时，立即封锁故障相对应的单相变流模块1中逆变子模块12的逆变脉冲，此时故障相的串联变压器副边侧等效为开路，以限制故障电流，同时发出故障相导通使能指令导通对应的TSR晶闸管阀组，当判断到故障相的逆变电压Uu,v,w(通过电压互感器PTa、PTb、PTc采集得到)的处于峰值时触发故障相TSR晶闸管阀组进行续流，最后等待上级开关继保装置保护动作完成；如果检测并判别出三相短路故障或者三相接地故障时，立即封锁故障相对应的单相变流模块1中逆变子模块12的逆变脉冲，此时故障相的串联变压器副边侧等效为开路，以限制故障电流，同时发出故障相TSR晶闸管阀组导通使能指令，当判断到故障相的逆变电压处于峰值时触发故障相TSR阀组晶闸管进行续流，最后等待上级开关继保装置保护动作完成。
本实施例中，整流单元112采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制，具体步骤为：
2.11)将整流单元112接入的电压输出至单相电压锁相环计算得到对应的第一电压同步旋转角度，将整流单元112接入的电压根据第一电压同步旋转角度进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电压分量、q轴电压分量的第一电压分量；将整流单元112接入的电流进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电流分量、q轴电流分量的第一电流分量；
2.12)将步骤2.11)得到的第一电压分量、第一电流分量以及整流单元112的d轴电流分量给定值、q轴电流分量给定值，通过电流内环控制得到第一PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量输出；d轴电流分量给定值由整流单元112的直流电压测量值、直流电压给定值以及有功功率给定值通过电压外环控制得到；q轴电流分量给定值由整流单元112的无功功率给定值与无功功率测量值通过无功外环控制得到；
2.13)将步骤2.12)得到的第一PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量进行单相同步旋转坐标反变换，得到第一PWM调制波输出；
2.14)将得到的第一PWM调制波进行正弦波脉冲宽度调制，生成驱动整流单元112的各开关器件的驱动脉冲。
本实施例在并联侧对各整流单元112采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制，能够有效实现单位功率因数控制，对电网谐波污染小，且能够实现各整流单元112的功率单元直流电压的高精度稳压控制。
如图7所示，本实施例中并联侧的整流单元112采用基于单相同步旋转坐标的PWM整流控制时，以其中一个整流单元UA1为例进行说明，其他并联侧11个功率单元的控制策略与整流单元UA1的控制策略相同。单相多绕组变压器Ta1的二次侧第1绕组输出端a1与x1两端的电压Ua1经过单相电压锁相环(SPLL)后，计算得到电压同步旋转角度ωt；电压Ua1经过单相同步旋转坐标转换后分别得到d轴电压分量Ua1d和q轴电压分量Ua1q；电流传感器BC11测量得到的整流单元UA1的电流ia1经过单相同步旋转坐标转换后分别得到d轴电流分量ia1d和q轴电流分量ia1q；整流单元UA1中直流电压传感器BV测量所得的直流电压Udc11，与直流电压给定值Udc11ref以及整流单元UA1的有功功率给定值Pa1ref通过电压外环控制产生d轴电流分量给定值ia1dref；整流单元UA1的无功功率给定值Qa1ref和无功功率测量值Qa1通过无功外环控制产生q轴电流分量给定值ia1qref；d轴电压分量Ua1d，q轴电压分量Ua1q、d轴电流分量ia1d、q轴电流分量ia1q、d轴电流分量给定值ia1dref以及q轴电流分量给定值ia1qref通过电流内环控制得到整流单元UA1的PWM调制波d轴电压分量Va1d和q轴电压分量Va1q；得到的PWM调制波d轴电压分量Va1d和q轴电压分量Va1q通过单相同步旋转坐标反变换后产生整流单元UA1的PWM调制波Va1；PWM调制波Va1通过正弦波脉冲宽度调制(SPWM)生成整流单元UA1中4个IGBT开关器件(VT1～VT4)的驱动脉冲。
本实施例中，逆变单元121采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制，具体步骤为：
2.21)将目标相电压对应的负载电压输出至单相电压锁相环计算得到对应的第二电压同步旋转角度，将目标相电压对应的负载电压根据第二电压同步旋转角度进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电压分量的第二电压分量；将目标相电压对应的负载电流进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电流分量和q轴电流分量的第二电流分量；
2.22)将第二电压分量、第二电流分量以及负载电压的d轴电流分量给定值、q轴电流分量给定值，通过电流内环控制得到第二PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量；d轴电流分量给定值由负载电压给定值以及负载电压测量值通过电压外环控制得到；q轴电流分量给定值由目标相对应的逆变单元121的无功功率给定值和无功功率测量值通过无功外环控制得到；
2.23)将步骤1.22)得到的第二PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量进行单相同步旋转坐标反变换，得到第二PWM调制波输出；
2.24)对第二PWM调制波进行载波移相正弦波脉冲宽度调制，生成同相位的驱动目标相对应的各逆变单元121的驱动脉冲。
本实施例串联侧逆变单元121采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制，实现同相位负载电压补偿，对电网影响小且不产生额外的无功损耗；同时通过采用载波移相技术使得逆变单元121的等效开关频率大大提高，且对电网谐波的污染小。
如图8所示，逆变子模块12中各逆变单元121采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制时，以A相逆变模块为例进行说明，B相与C相逆变模块的控制方法与A相逆变模块相同。A相负载电压Ula经过单相电压锁相环(SPLL)后，计算得到电压同步旋转角度ω1t；电压Ula经过单相同步旋转坐标转换后分别得到d轴电压分量Ulad，电流传感器BCu测量得到的A相逆变单元的电流iu经过单相同步旋转坐标转换后分别得到d轴电流分量iud和q轴电流分量iuq；A相负载电压给定值Uladref以及A相负载电压Ula通过电压外环控制产生d轴电流分量给定值iudref；A相逆变单元的无功功率给定值Qlaref和无功功率测量值Qla通过无功外环控制产生q轴电流分量给定值iuqref；d轴电流分量iud、q轴电流分量iuq、d轴电流分量给定值iudref、q轴电流分量给定值iuqref通过电流内环控制得到A相逆变模块的PWM调制波d轴电压分量Vud和q轴电压分量Vuq；得到的PWM调制波的d轴电压分量Vud和q轴电压分量Vuq通过单相同步旋转坐标反变换后产生A相逆变模块的PWM调制波Vu；PWM调制波Vu通过载波移相正弦波脉冲宽度调制(CPS-SPWM)生成A相逆变模块的4个级联逆变单元(UU1～UU4)中IGBT开关器件的驱动脉冲。
本实施例在并联整流侧以及串联逆变侧均采用基于单相同步旋转坐标的双闭环控制，可以分别实现整流侧和逆变侧有功和无功的独立控制，控制性能及效果更好。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具有短路限流功能的电能质量综合治理方法，其特征在于，步骤包括：
1)分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换，并控制进行无功补偿、谐波治理，以及控制进行电压补偿、三相不平衡治理后，输出给负载进行供电；
2)实时检测负载的三相电压值、负载的三相电流值，并根据检测到的电压值、电流值判断接入电网的三相电的故障状态，若判断到存在短路故障或两相以上的接地故障，转入执行步骤3)；
3)将故障相对应的逆变变换的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时执行续流。
2.根据权利要求1所述的电能质量综合治理方法，其特征在于：所述步骤3)中具体通过接入并控制TSR晶闸管阀组导通执行续流。
3.根据权利要求1或2所述的电能质量综合治理方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤为：分别接入电网的三相电进行单相多重化降压，降压后得到的多组电压分别采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制进行整流以及进行无功补偿、谐波治理；对接入电网的三相电压分别采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制进行逆变变换以及进行电压补偿、三相不平衡治理。
4.根据权利要求3所述的电能质量综合治理方法，其特征在于，降压后得到的每组电压采用所述基于单相同步旋转坐标的PWM控制的具体步骤为：
2.11)接入一组电压输出至单相电压锁相环计算得到对应的第一电压同步旋转角度，将接入的电压根据所述第一电压同步旋转角度进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电压分量、q轴电压分量的第一电压分量；将接入的电流进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电流分量、q轴电流分量的第一电流分量；
2.12)将所述步骤2.11)得到的第一电压分量、第一电流分量以及当前组电压对应的d轴电流分量给定值、q轴电流分量给定值，通过电流内环控制得到第一PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量输出；所述d轴电流分量给定值由当前组电压的直流电压测量值、直流电压给定值以及有功功率给定值通过电压外环控制得到；所述q轴电流分量给定值由当前组电压对应的无功功率给定值与无功功率测量值通过无功外环控制得到；
2.13)将所述步骤2.12)得到的第一PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量进行单相同步旋转坐标反变换，得到第一PWM调制波输出；
2.14)将得到的所述第一PWM调制波进行正弦波脉冲宽度调制，生成驱动对应整流变换的各开关器件的驱动脉冲，以执行整流以及进行无功补偿、谐波治理。
5.根据权利要求4所述的电能质量综合治理方法，其特征在于，对整流后的每相电压采用所述基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制的具体步骤为：
2.21)将目标相电压对应的负载电压输出至单相电压锁相环计算得到对应的第二电压同步旋转角度，将目标相电压对应的负载电压根据所述第二电压同步旋转角度进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电压分量的第二电压分量；将目标相电压对应的负载电流进行单相同步旋转坐标转换，输出包括d轴电流分量和q轴电流分量的第二电流分量；
2.22)将第二电压分量、第二电流分量以及负载电压的d轴电流分量给定值、q轴电流分量给定值，通过电流内环控制得到第二PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量；所述d轴电流分量给定值由负载电压给定值以及负载电压测量值通过电压外环控制得到；所述q轴电流分量给定值由目标相对应的逆变变换的无功功率给定值和无功功率测量值通过无功外环控制得到；
2.23)将所述步骤1.22)得到的第二PWM调制波的d轴电压分量和q轴电压分量进行单相同步旋转坐标反变换，得到第二PWM调制波输出；
2.24)对所述第二PWM调制波进行载波移相正弦波脉冲宽度调制，生成同相位的驱动脉冲驱动目标相对应的逆变变换的开关器件，以执行逆变变换以及进行电压补偿、三相不平衡治理。
6.一种具有短路限流功能的电能质量综合治理装置，其特征在于，包括：
单相变流模块(1)，用于分别接入电网的三相电依次进行整流、逆变变换，并控制进行无功补偿、谐波治理，以及控制进行电压补偿、三相不平衡治理后，输出给负载进行供电；
故障状态判断模块，用于实时检测负载的三相电压值、负载的三相电流值，并根据检测到的电压值、电流值判断接入电网的三相电的故障状态，若判断到存在短路故障或两相以上的接地故障，转入执行单相短路续流模块(2)；
单相短路续流模块(2)，用于将故障相对应的逆变变换的驱动脉冲进行封锁以执行限流，同时执行续流。
7.根据权利要求6所述的具有短路限流功能的电能质量综合治理装置，其特征在于：所述单相短路续流模块(2)包括TSR晶闸管阀组，通过接入并控制所述TSR晶闸管阀组导通执行续流。
8.根据权利要求6或7所述的具有短路限流功能的电能质量综合治理装置，其特征在于，所述单相变流模块(1)包括：
单相多重整流子模块(11)，用于分别接入电网的三相电进行单相多重化降压，降压后得到的多组电压分别采用基于单相同步旋转坐标的PWM控制进行整流以及进行无功补偿、谐波治理；
逆变子模块(12)，用于对整流后各组电压分别采用基于单相同步旋转坐标的同相电压补偿控制进行逆变变换以及进行电压补偿、三相不平衡治理。
9.根据权利要求8所述的具有短路限流功能的电能质量综合治理装置，其特征在于：所述单相多重整流子模块(11)、逆变子模块(12)均包括功率单元以及控制电路，所述功率单元包括并联连接的H桥变换器、储能电容C以及直流均压电阻R，所述H桥变换器包括四个变换单元，每个变换单元均包括一个IGBT开关器件和一个二极管。
10.根据权利要求9所述的具有短路限流功能的电能质量综合治理装置，其特征在于：每个所述单相变流模块(1)的输入端设有一个软充电模块(3)，所述软充电模块(3)包括并联连接的充电电阻以及充电电阻旁路接触器；所述软充电模块(3)包括并联连接的充电电阻以及充电电阻旁路接触器。
CN201510282310.1A 2015-05-28 2015-05-28 具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置 Active CN104882893B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510282310.1A CN104882893B (zh) 2015-05-28 2015-05-28 具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510282310.1A CN104882893B (zh) 2015-05-28 2015-05-28 具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104882893A true CN104882893A (zh) 2015-09-02
CN104882893B CN104882893B (zh) 2017-06-20

Family

ID=53950277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510282310.1A Active CN104882893B (zh) 2015-05-28 2015-05-28 具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104882893B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106026148A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 周翠敏 一种实现充电桩高质量充电的监控装置
CN106080245A (zh) * 2016-07-14 2016-11-09 周翠敏 一种可提升充电质量的充电桩系统
CN106160153A (zh) * 2016-07-14 2016-11-23 周翠敏 一种充电桩高质量充电控制方法
CN108306317A (zh) * 2018-05-02 2018-07-20 南京赫曦电气有限公司 一种配电网变压器电能质量综合补偿装置及其方法
CN108448598A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 山西中州电气有限公司 混合式电能综合治理装置
CN108964026A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 国网湖南省电力有限公司 一种用于中压配电网的统一电能质量调节器
CN109193567A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 深圳市汇川技术股份有限公司 对地短路保护方法、电机控制器及计算机可读存储介质
CN109698496A (zh) * 2017-10-20 2019-04-30 株洲中车时代电气股份有限公司 一种轨道交通牵引供电系统及控制方法
CN112542939A (zh) * 2020-12-22 2021-03-23 成都启臣微电子股份有限公司 一种原边反馈同步响应电路
CN113162455A (zh) * 2021-03-11 2021-07-23 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种电源变换装置及其短路保护方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101807799A (zh) * 2010-04-27 2010-08-18 天津大学 超级电容储能型电能质量补偿器
CN202550538U (zh) * 2012-04-01 2012-11-21 上海市电力公司 一种逐周限流保护电能质量控制装置
CN103280789A (zh) * 2013-06-04 2013-09-04 湖南大学 新型多功能电力电子限流系统及其控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101807799A (zh) * 2010-04-27 2010-08-18 天津大学 超级电容储能型电能质量补偿器
CN202550538U (zh) * 2012-04-01 2012-11-21 上海市电力公司 一种逐周限流保护电能质量控制装置
CN103280789A (zh) * 2013-06-04 2013-09-04 湖南大学 新型多功能电力电子限流系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
江道灼等: "短路限流技术的研究与发展", 《电力系统及其自动化学报》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106026148A (zh) * 2016-07-14 2016-10-12 周翠敏 一种实现充电桩高质量充电的监控装置
CN106080245A (zh) * 2016-07-14 2016-11-09 周翠敏 一种可提升充电质量的充电桩系统
CN106160153A (zh) * 2016-07-14 2016-11-23 周翠敏 一种充电桩高质量充电控制方法
CN109698496A (zh) * 2017-10-20 2019-04-30 株洲中车时代电气股份有限公司 一种轨道交通牵引供电系统及控制方法
CN108448598A (zh) * 2018-03-29 2018-08-24 山西中州电气有限公司 混合式电能综合治理装置
CN108306317A (zh) * 2018-05-02 2018-07-20 南京赫曦电气有限公司 一种配电网变压器电能质量综合补偿装置及其方法
CN108964026A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 国网湖南省电力有限公司 一种用于中压配电网的统一电能质量调节器
CN108964026B (zh) * 2018-06-29 2021-01-29 国网湖南省电力有限公司 一种用于中压配电网的统一电能质量调节器
CN109193567A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 深圳市汇川技术股份有限公司 对地短路保护方法、电机控制器及计算机可读存储介质
CN112542939A (zh) * 2020-12-22 2021-03-23 成都启臣微电子股份有限公司 一种原边反馈同步响应电路
CN113162455A (zh) * 2021-03-11 2021-07-23 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种电源变换装置及其短路保护方法
CN113162455B (zh) * 2021-03-11 2022-08-23 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种电源变换装置及其短路保护方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104882893B (zh) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104882893A (zh) 具有短路限流功能的电能质量综合治理方法及装置
CN107887928B (zh) 一种储能系统的控制方法和装置
CN204615400U (zh) 具有短路限流功能的电能质量综合治理装置
CN103855717B (zh) 一种低压svg的无冲击软启动方法
CN105356765A (zh) 一种基于60°坐标系的间接空间矢量矩阵变换器的控制系统及控制方法
CN105140921A (zh) 一种基于电流源型逆变器实现的电力弹簧拓扑结构及其控制方法
WO2010121523A1 (zh) 一种微功耗的变流器全载试验方法
CN103441504B (zh) 具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法
CN110350792A (zh) 一种直流变流器的功率主从控制方法
CN105576671A (zh) 基于模块化多电平换流器的无功补偿装置及无功补偿方法
CN103346583A (zh) 一种具有快速功率响应能力的定频直接功率pwm变换器控制方法
CN102545675B (zh) 一种混合串联h桥多电平并网逆变器直流母线电压控制方法
CN106787878B (zh) 一种基于虚拟环流分量的单相mmc环流抑制器及抑制方法
CN108923450B (zh) 电流源型高压直流输电系统的控制及运行方法
CN101291057B (zh) 采用三单相结构的动态电压补偿器
CN201061144Y (zh) 采用三单相结构的动态电压补偿器
CN203589727U (zh) 一种大容量统一电能质量控制器
CN103475014A (zh) 基于电池储能的风力发电机电能质量控制器及控制方法
CN102684204A (zh) 一种级联式statcom直流侧电容电压平衡控制方法
CN108879718B (zh) 单向可控整流器并联实现静止无功补偿的控制策略
Elnady PI controller based operational scheme to stabilize voltage in microgrid
Svensson Grid-connected voltage source converter
CN111952995B (zh) 一种电网单相故障下直流电容电压平衡控制方法
CN114825572A (zh) 基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统、控制方法、控制器及工作方法
Luo et al. Balance Control of SOC for MMC-BESS With Power Fluctuation Suppression, PCC Voltage Regulation, and Harmonic Mitigation in Grid-Connected Wind Farm

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant