CN107785908A - 一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其包括依次连接的供能电路、直流电容、逆变器、滤波电路、耦合变压器和旁路开关；直流电容两端设有并联的限流支路。本发明提供的动态电压恢复器具有抑制电压暂降、提高电能质量的功能，同时，能有效抑制装置下游负荷发生短路故障引起短路电流冲击，防止动态电压恢复器及其他设备因过流而损坏，缓解PCC端电压暂降；本发明提供的动态电压恢复器结构简单、安装便利和适用性广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态电压恢复器，具体涉及一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器。
背景技术
随着工业自动化程度的日益提高,用户对电能质量问题也越来越敏感,其中电压暂降已成为影响电力负荷安全运行的突出问题。同时，随着新能源等功率波动性能源不断应用，例如光伏、风电等新型能源的投入不断加大，电能质量的优化受到极大的挑战。由电压源型换流器(VSC)、输出滤波电路、直流供能电路等构成的动态电压恢复器(DynamicVoltage Restorer，DVR)是一种串联型电压补偿设备，具有输出可控电压的能力，当DVR与供电可靠性和质量要求很高的电力系统串联时，其输出的补偿电压将根据公共耦合点(PCC-Point of Common Coupling)端的电压波动而调整，从而保证敏感负荷的电压稳定。但DVR本身也存在问题，即与其串联的负荷侧发生短路。随着现代电力系统迅速发展，发电机容量、变电站容量、城市和工业中心负荷密度和分布式电源数量持续增加，各级电网中的短路电流也不断增加。当与DVR连接的敏感负荷发生短路时，巨大的短路电流不仅会对DVR本身及其他电力设备造成冲击，引起设备损坏，而且会导致该支路PCC点发生电压暂降，威胁电网安全。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，在敏感负荷发生短路时能够快速的从电压补偿状态切换到短路电流限制状态，抑制短路电流对系统和动态电压恢复器的冲击，缓解公共耦合点电压暂降，提高系统安全性。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，所述动态电压恢复器包括依次连接的供能电路、直流电容、逆变器、滤波电路、耦合变压器和旁路开关；所述直流电容两端设有并联的限流支路。
所述限流支路包括串联的限流器件和开关管，所述限流器件为串联在一起的限流电阻和限流电感。
所述限流支路包括开关管和串联的电抗器组成的限流器。
所述开关管为全控型电力电子器件或机械开关。
所述逆变器的拓扑结构为三相三线制半桥结构、三相四线制半桥结构、三相四桥臂结构或各相独立的H桥结构。
所述供能电路的拓扑结构为不控型整流电路、全控型整流电路或与储能电池连接的DC/DC电路。
所述旁路开关与所述耦合变压器的输出端并联。
所述耦合变压器的输出端分别连接公共耦合点和敏感负荷。
所述动态电压恢复器所在支路无故障时，限流支路开关管处于断开状态，逆变器产生敏感负荷所需补偿电压；
所述动态电压恢复器所在支路发生短路故障时，供能电路开关关断，停止触发逆变器中的全控器件；开关管导通，短路电流投入限流支路；旁路开关闭合，当动态电压恢复器直流电容的电压降低到设定阈值以下后，限流支路开关管断开；
所述动态电压恢复器所在支路故障清除时，供能电路开关闭合，直流电容充电，当直流电容两端电压达到设定阈值以上后，旁路开关断开。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的动态电压恢复器大大减少了电气元件，精简了电路结构降低了成本，提高了系统安全性。
2、本发明提供的动态电压恢复器增加了模式切换及限流支路控制，方法简单、易实现并且具有更广泛的适用性。
3、本发明提供的动态电压恢复器具有抑制电压暂降、提高电能质量功能，能有效抑制装置下游负荷发生短路故障引起短路电流冲击，防止动态电压恢复器及其他设备因过流而损坏，缓解PCC端电压暂降。
附图说明
图1为本发明动态电压恢复器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明提供一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器(Dynamic VoltageRestorer，DVR)，在保留常规DVR补偿敏感负荷电压暂降功能的同时，增加限流支路，使其在敏感负荷发生短路时能够快速的从电压补偿状态切换到短路电流限制状态，抑制短路电流对系统和DVR的冲击，缓解PCC点电压暂降，提高系统安全性
具体实现方案如下：
1、物理拓扑
根据图1所示，本发明提供的DVR拓扑结构与常规DVR拓扑结构的差异存在于限流支路。限流支路并联在DVR直流侧电容两端，包括限流电感L和限流电阻R，并由开关管K控制接入。当DVR工作于电压补偿模式时，限流支路开关管K断开，DVR通过全控器件调制输出补偿电压，与常规功能DVR无异；当DVR检测到与其串联的敏感负荷发生短路后，开关管K迅速导通，DVR换流单元全控器件全部断开，故障电流经全控器件的反并联二极管进入直流电容支路及限流支路，限流电感和限流电阻与并联的直流电容一起构成并联谐振电路，该电路阻抗值高，能够有限抑制短路电流。
本发明提供DVR的逆变器拓扑可以是三相三线制半桥结构、三相四线制半桥结构、三相四桥臂结构和各相独立的H桥结构等；DVR的供能电路拓扑可以是不控整流电路、全控整流电路或与储能电池连接的DC/DC电路。
2、DVR工作控制流程
DVR工作控制流程分为正常工作、故障投入、故障切除和装置再投入四个状态：
(1)正常工作：DVR正常运行时，采集电压和电流并根据补偿算法生成逆变器参考输出电压波形，经调制后给全控器件发出开关命令，控制逆变器工作于电压补偿状态。DVR直流电容电压可由并联整流电路或储能单元等附加电路供能维持，也可由逆变器自身的控制策略维持。直流侧并联限流支路的开关管K处于断开状态，限流支路对主逆变器及供能呆电路不产生任何影响。
(2)故障投入：当控制单元检测到敏感负荷发生短路故障时，立即发出命令关断直流电容供能电路开关K2，同时触发开关管K导通投入限流支路和停止触发全控器件。
(3)故障切除：当故障支路断路器动作后，DVR旁路开关K1闭合，装置暂时退出。DVR直流电容电压降低到设定阈值V1以下后，控制系统发出命令断开并联限流支路开关管K，电容能量基本泄放完毕。
(4)装置再投入：当短路故障彻底清除，系统发出DVR重投入命令时，DVR直流侧供能电路对直流电容充电；当直流电容电压达到设定阈值V2以上后，控制系统发出命令断开DVR旁路开关K1，装置投入，控制系统各项指令同(1)，DVR根据系统指令输出补偿电压。
需要声明的是，本发明的发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。在本发明的精神和原理启发下，本领域技术人员可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。
Claims (9)
1.一种具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述动态电压恢复器包括依次连接的供能电路、直流电容、逆变器、滤波电路、耦合变压器和旁路开关；所述直流电容两端设有并联的限流支路。
2.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述限流支路包括串联的限流器件和开关管，所述限流器件为串联在一起的限流电阻和限流电感。
3.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述限流支路包括开关管和串联的电抗器组成的限流器。
4.根据权利要求2或3所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述开关管为全控型电力电子器件或机械开关。
5.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述逆变器的拓扑结构为三相三线制半桥结构、三相四线制半桥结构、三相四桥臂结构或各相独立的H桥结构。
6.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述供能电路的拓扑结构为不控型整流电路、全控型整流电路或与储能电池连接的DC/DC电路。
7.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述旁路开关与所述耦合变压器的输出端并联。
8.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述耦合变压器的输出端分别连接公共耦合点和敏感负荷。
9.根据权利要求1所述的具有短路电流限制功能的动态电压恢复器，其特征在于：所述动态电压恢复器所在支路无故障时，限流支路开关管处于断开状态，逆变器产生敏感负荷所需补偿电压；
所述动态电压恢复器所在支路发生短路故障时，供能电路开关关断，停止触发逆变器中的全控器件；开关管导通，短路电流投入限流支路；旁路开关闭合，当动态电压恢复器直流电容的电压降低到设定阈值以下后，限流支路开关管断开；
所述动态电压恢复器所在支路故障清除时，供能电路开关闭合，直流电容充电，当直流电容两端电压达到设定阈值以上后，旁路开关断开。
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