CN108964026A - 一种用于中压配电网的统一电能质量调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于中压配电网的统一电能质量调节器，本发明包括分别对应ABC三相中每一相的三个单相储能型变换单元、三个单相多绕组并联型变压器以及三个单相串联型变压器，单相储能型变换单元包括2n个第一单元和n个第二单元，第一单元包括单相全桥AC‑DC变换器、供电侧双向DC‑DC变换器、储能装置以及负荷侧双向DC‑DC变换器，第二单元包括三相六桥臂DC‑AC变换器。本发明主要用于中级（10kV或35kV）电压等级的中压配电网，可抑制负荷侧谐波电流，平衡配电变压器三相电流，提高变压器利用率，动态补偿负载无功功率，提高配网功率因数，快速补偿负载有功功率，提高对用户供电电压的稳定性和可靠性等作用。

Description

一种用于中压配电网的统一电能质量调节器
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种用于中压配电网的统一电能质量调节器。
背景技术
电能作为一种经济实用、清洁方便且容易控制和转换的二次能源，己成为经济发展及人民生活的重要基础。随着电力电子设备的广泛应用，各种非线性、冲击性、波动性和不对称性负载大量增加，造成了诸如三相电压不平衡、电压暂降、谐波、功率因数偏低、负序电流含量大等电能质量问题。与此同时，由于配网负荷变化范围较大，导致配网电压调整困难，出现了供电电压偏高或偏低，甚至电压超限的现象。因此，如何有效地提高电能质量是供电部门、电力用户和电力设备制造商共同关注的问题。
为此，目前各种电流质量治理装置被安装在用户侧，抑制用户的谐波电流、负序电流等对电网的污染；同时，各种电压质量治理装置被安装在供电系统和用户之间，为用电设备提供高品质的供电电压。但当一个供电区域内有多种电能质量问题并存时，则需要多个不同目标治理装置配合使用，而目前多种装置由于相互之间缺乏协调，可能会造成对某些电能质量问题的重复补偿或相互影响，进而使电能质量的治理达不到理想效果。此外，还有可能存在相似功能的电能质量治理装置的重复安装，造成治理资金的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种具有多目标、同步性、一体化的电能质量治理装置，对同时存在于供电侧和用户侧的多种电能质量问题进行综合治理，从而提高对敏感负荷的供电质量以及抑制其对配电网的电能污染。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种用于中压配电网的统一电能质量调节器，包括分别对应ABC三相中每一相的三个单相储能型变换单元、三个单相多绕组并联型变压器以及三个单相串联型变压器，所述单相储能型变换单元包括2n个第一单元和n个第二单元，所述第一单元包括单相全桥AC-DC变换器、供电侧双向DC-DC变换器、储能装置以及负荷侧双向DC-DC变换器，所述第二单元包括三相六桥臂DC-AC变换器，所有2n个第一单元的单相全桥AC-DC变换器的交流端口与对应相的单相多绕组并联型变压器的2n个低压绕组分别相连，单相多绕组并联型变压器的高压绕组与中压配电网对应相相连，每一个第一单元中单相全桥AC-DC变换器的直流端口依次通过供电侧双向DC-DC变换器、储能装置的一端相连，所述储能装置的另一端与负荷侧双向DC-DC变换器低压端口相连，2n个第一单元的负荷侧双向DC-DC变换器高压端口两两相互并联后再分别与n个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器的直流端口一一相连，n个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器的交流端口的每一相分别与一个单相串联型变压器的一个出线端子相连，且三个单相串联型变压器的另一个出线端子相互并联接地，三个单相串联型变压器的高压绕组分别串联连接在中压配电网的对应相中。
优选地，所述第二单元还包括三相滤波电感，所述三相滤波电感串接在三相六桥臂DC-AC变换器的交流端口上，且所述三相滤波电感包括串接于三相六桥臂DC-AC变换器的交流端口每一相的滤波电感器。
优选地，所述储能装置为超级电容器、或者锂电池、或者蓄电池。
优选地，所述单相全桥AC-DC变换器、供电侧双向DC-DC变换器，负荷侧双向DC-DC变换器、三相六桥臂DC-AC变换器均为基于全控开关器件的变换器。
优选地，所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。
本发明用于中压配电网的统一电能质量调节器具有下述优点：本发明包括分别对应ABC三相中每一相的三个单相储能型变换单元、三个单相多绕组并联型变压器以及三个单相串联型变压器，单相储能型变换单元包括2n个第一单元和n个第二单元，第一单元包括依次相连的单相全桥AC-DC变换器、供电侧双向DC-DC变换器、储能装置以及负荷侧双向DC-DC变换器，第二单元包括三相六桥臂DC-AC变换器，通过控制各单相全桥AC-DC变换器的工作状态、供电侧双向DC-DC变换器的工作状态，一方面能够治理负荷侧产生的谐波电流以及负荷侧的三相电流不平衡，另一方面能够快速动态地补偿无功功率，保证电网侧电压的稳定运行；通过控制所有三相六桥臂DC-AC变换器的工作状态、负荷侧双向DC-DC变换器的工作状态，并结合储能装置，能够治理供电侧的电压暂降、电压谐波以及三相电压不平衡，提高用户侧的电压稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的电路原理结构示意图。
图2为本发明实施例中单相储能型变换单元的电路原理结构示意图。
图例说明：1、单相储能型变换单元；11、单相全桥AC-DC变换器；111、单相滤波电感；12、供电侧双向DC-DC变换器；13、储能装置；14、负荷侧双向DC-DC变换器；15、三相六桥臂DC-AC变换器；16、三相滤波电感；2、单相多绕组并联型变压器；3、单相串联型变压器。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例提供一种用于中压配电网的统一电能质量调节器，包括分别对应ABC三相中每一相的三个单相储能型变换单元1（参见图1，分别为1#1～1#3）、三个单相多绕组并联型变压器2以及三个单相串联型变压器3，单相储能型变换单元1包括2n个第一单元和n个第二单元，第一单元包括单相全桥AC-DC变换器11、供电侧双向DC-DC变换器12、储能装置13以及负荷侧双向DC-DC变换器14，第二单元包括三相六桥臂DC-AC变换器15，所有2n个第一单元的单相全桥AC-DC变换器11的交流端口与对应相的单相多绕组并联型变压器2的2n个低压绕组分别相连，单相多绕组并联型变压器2的高压绕组与中压配电网对应相相连，每一个第一单元中单相全桥AC-DC变换器11的直流端口依次通过供电侧双向DC-DC变换器12、储能装置13的一端相连，储能装置13的另一端与负荷侧双向DC-DC变换器14低压端口相连，2n个第一单元的负荷侧双向DC-DC变换器14高压端口两两相互并联后再分别与n个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器15的直流端口一一相连，n个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器15的交流端口的每一相分别与一个单相串联型变压器3的一个出线端子相连，且三个单相串联型变压器3的另一个出线端子相互并联接地，三个单相串联型变压器3的高压绕组分别串联连接在中压配电网的对应相中。需要说明的是，如图1所示，单相储能型变换单元1包括的2n个第一单元和n个第二单元的数量均以多个（n≥3）进行示例性说明，毫无疑问，它们的数量也可以根据需要采用一个或两个，其原理与本实施例相同，因此其数量n可以延伸为n≥1。
如图1和图2所示，第二单元还包括三相滤波电感16，三相滤波电感16串接在三相六桥臂DC-AC变换器15的交流端口上，且三相滤波电感16包括串接于三相六桥臂DC-AC变换器15的交流端口每一相的滤波电感器。
参见图2，所有2n个第一单元的单相全桥AC-DC变换器11的交流端口a1与对应相单相多绕组并联型变压器2的对应低压绕组相连。单相全桥AC-DC变换器11的直流端口的正极b1和单相全桥AC-DC变换器12的高压端口c1相连，单相全桥AC-DC变换器12的低压端口d1则和储能装置13的一端e1相连，储能装置13的另一端f1则和负荷侧双向DC-DC变换器14的低压端口g1相连。而且，链首的单相全桥AC-DC变换器11中负荷侧双向DC-DC变换器14的高压端口h1和第二个单相全桥AC-DC变换器11中负荷侧双向DC-DC变换器14的高压端口h2相互并联后再分别与n个第二单元中第一个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器15的直流端口i1相连，三相六桥臂DC-AC变换器15的交流端口j1，和三相滤波电感16的一个端子k1相连、三相滤波电感16的另一个连接端l1，则与A相的单相串联型变压器3的一个出线端子相连，且A\B\C三相的三个单相串联型变压器3的另一个出线端子相互并联接地，A\B\C三相的三个单相串联型变压器3的高压绕组分别串联连接在中压配电网的对应相中。
本实施例中，储能装置13可根据需要采用超级电容器、或者锂电池、或者蓄电池。
本实施例中，单相全桥AC-DC变换器11、供电侧双向DC-DC变换器12，负荷侧双向DC-DC变换器14、三相六桥臂DC-AC变换器15均为基于全控开关器件的变换器。
本实施例中，全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。
本实施例用于中压配电网的统一电能质量调节器主要用于中级（10kV或35kV）电压等级，本实施例用于中压配电网的统一电能质量调节器的工作原理如下：一方面，通过控制各单相全桥AC-DC变换器11的工作状态、供电侧双向DC-DC变换器12的工作状态，一方面能够治理负荷侧产生的谐波电流以及负荷侧的三相电流不平衡，另一方面能够快速动态地补偿无功功率，保证电网侧电压的稳定运行；另一方面，通过控制所有三相六桥臂DC-AC变换器15的工作状态、负荷侧双向DC-DC变换器14的工作状态，并结合储能装置13，能够治理供电侧的电压暂降、电压谐波以及三相电压不平衡，提高用户侧的电压稳定性和可靠性，从而能够实现中压配电网的多目标电能质量综合治理的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于中压配电网的统一电能质量调节器，其特征在于，包括分别对应ABC三相中每一相的三个单相储能型变换单元（1）、三个单相多绕组并联型变压器（2）以及三个单相串联型变压器（3），所述单相储能型变换单元（1）包括2n个第一单元和n个第二单元，所述第一单元包括单相全桥AC-DC变换器（11）、供电侧双向DC-DC变换器（12）、储能装置（13）以及负荷侧双向DC-DC变换器（14），所述第二单元包括三相六桥臂DC-AC变换器（15），所有2n个第一单元的单相全桥AC-DC变换器（11）的交流端口与对应相的单相多绕组并联型变压器（2）的2n个低压绕组分别相连，单相多绕组并联型变压器（2）的高压绕组与中压配电网对应相相连，每一个第一单元中单相全桥AC-DC变换器（11）的直流端口依次通过供电侧双向DC-DC变换器（12）、储能装置（13）的一端相连，所述储能装置（13）的另一端与负荷侧双向DC-DC变换器（14）低压端口相连，2n个第一单元的负荷侧双向DC-DC变换器（14）高压端口两两相互并联后再分别与n个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器（15）的直流端口一一相连，n个第二单元的三相六桥臂DC-AC变换器（15）的交流端口的每一相分别与一个单相串联型变压器（3）的一个出线端子相连，且三个单相串联型变压器（3）的另一个出线端子相互并联接地，三个单相串联型变压器（3）的高压绕组分别串联连接在中压配电网的对应相中。
2.根据权利要求1所述的用于中压配电网的统一电能质量调节器，其特征在于，所述第二单元还包括三相滤波电感（16），所述三相滤波电感（16）串接在三相六桥臂DC-AC变换器（15）的交流端口上，且所述三相滤波电感（16）包括串接于三相六桥臂DC-AC变换器（15）的交流端口每一相的滤波电感器。
3.根据权利要求1所述的用于中压配电网的统一电能质量调节器，其特征在于：所述储能装置（13）为超级电容器、或者锂电池、或者蓄电池。
4.根据权利要求1所述的用于中压配电网的统一电能质量调节器，其特征在于：所述单相全桥AC-DC变换器（11）、供电侧双向DC-DC变换器（12），负荷侧双向DC-DC变换器（14）、三相六桥臂DC-AC变换器（15）均为基于全控开关器件的变换器。
5.根据权利要求4所述的用于中压配电网的统一电能质量调节器，其特征在于：所述全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT及可关断晶闸管GTO中的一种。
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