CN109038598A - 一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法 - Google Patents

一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法，该装置包括：第一变流器、第二变流器、快速开关和控制终端；第一变流器和第二变流器背靠背连接，内置有预置控制策略的控制终端分别与第一变流器、第二变流器、快速开关连接；第二变流器的输出端与主供电电源的母线连接，第一变流器的输出端与备用电源的母线连接；控制终端用于检测到主供电电源的母线发生电压跌落后，通过控制快速开关的状态、第一变流器的模式和第二变流器的模式，使得主供电电源断开，并通过备用电源进行电压暂将补偿。本发明无需储能设备即能对输电线路进行电压暂将补偿。

Description

一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电能质量控制技术领域，尤其涉及一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法。
背景技术
电能作为一种经济实用、清洁方便的能源，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应用越来越广泛，各种非线性、冲击性、波动性和不对称负载大量增加，这些问题会造成诸如电压不平衡、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。
通常由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变化(如大功率设备启动等)会导致输电线路发生电压暂降，现有技术处理电压暂降通常是利用电压暂降补偿装置进行解决问题，然而，现有的电压暂降补偿装置如串联储能补偿类装置、并联储能补偿类装置和不间断电源类装置均需外加储能设备，导致输电线路的架构成本和维护费用较高。
因此，提供一种无需储能即能对输电线路进行电压暂将补偿的装置成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法，其无需储能设备即能对输电线路进行电压暂将补偿。
根据本发明的一个方面，提供一种输电线路的电能质量控制装置，包括：第一变流器、第二变流器、快速开关和控制终端；
所述第一变流器和所述第二变流器背靠背连接，内置有预置控制策略的所述控制终端分别与所述第一变流器、所述第二变流器、所述快速开关连接；
所述第二变流器的输出端与主供电电源的母线连接，所述第一变流器的输出端与备用电源的母线连接；
所述控制终端用于检测到所述主供电电源的母线发生电压跌落后，通过控制所述快速开关的状态、所述第一变流器的模式和所述第二变流器的模式，使得所述主供电电源断开，并通过所述备用电源进行电压暂将补偿。
优选地，所述控制终端还用于在所述主供电电源的母线、所述备用电源的母线正常工作时，根据所述预置控制策略通过所述第二变流器、所述第一变流器分别对所述主供电电源的母线、所述备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿。
优选地，所述第二变流器的输出端通过第二开关与所述主供电电源的母线连接，所述第一变流器的输出端通过第一开关与所述备用电源的母线连接。
优选地，所述第一开关和所述第二开关为常闭状态。
优选地，所述预置控制策略包含电压外环控制策略和电流内环控制策略。
根据本发明的另一方面，提供一种控制方法，通过如以上所述的输电线路的电能质量控制装置实现，包括：
S1：检测所述主供电电源的母线发生电压跌落后，控制快速开关断开，根据所述主供电电源的母线电压跌落后的第一参数判断所述主供电电源的电压跌落类型，若是电压暂将，则执行S2，若是线路故障，则执行S3；
S2：控制第一变流器为整流模式，根据所述主供电电源的母线电压跌落时的第二参数控制所述第二变流器为逆变模式，直至主供电电源的母线电压恢复；
S3：控制第一变流器为整流模式，根据所述主供电电源的母线电压跌落时的第二参数控制所述第二变流器为逆变模式，在预置时间段后，控制第二变流器跟随所述备用电源的母线的电压幅值和电压相位，在所述第二变流器输出稳定后，闭合所述备用电源的母线上的开关，并闭锁所述第二变流器，根据预置控制策略通过所述第一变流器对所述备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿，直至主供电电源的母线电压恢复。
优选地，步骤S2和步骤S3之后均还包括：
控制所述第二变流器跟随所述主供电电源的母线的电压幅值和电压相位，待所述第二变流器的输出稳定后，闭合快速开关，根据所述预置控制策略通过所述第二变流器、所述第一变流器分别对所述主供电电源的母线、所述备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿。
优选地，所述第一参数为电压幅值和电压跌落时间。
优选地，所述第二参数为电压相位。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法，该装置包括：第一变流器、第二变流器、快速开关和控制终端；第一变流器和第二变流器背靠背连接，内置有预置控制策略的控制终端分别与第一变流器、第二变流器、快速开关连接；第二变流器的输出端与主供电电源的母线连接，第一变流器的输出端与备用电源的母线连接；控制终端用于检测到主供电电源的母线发生电压跌落后，通过控制快速开关的状态、第一变流器的模式和第二变流器的模式，使得主供电电源断开，并通过备用电源进行电压暂将补偿。本发明通过在主供电电源和备用电源之间连接两个变流器，可以通过调整变流器的模式利用备用电源进行电压暂将补偿，充分利用了备用电源的母线电能，无需外加储能设备，能够充分体现经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种输电线路的电能质量控制装置的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的一种控制方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种输电线路的电能质量控制装置及其控制方法，其无需储能设备即能对输电线路进行电压暂将补偿。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种输电线路的电能质量控制装置的一个实施例，包括：第一变流器1、第二变流器2、快速开关Ks和控制终端(图1中未画出)。
本发明实施例提供的电能质量控制装置如图1中虚线框内的部分所示，第一变流器1和第二变流器2背靠背连接，内置有预置控制策略的控制终端分别与第一变流器1、第二变流器2、快速开关Ks连接。第二变流器2的输出端与主供电电源4的母线连接，第一变流器1的输出端与备用电源3的母线连接。
更进一步地，主供电电源4的母线和备用电源3的母线均接入输电线路的母线上，通常输电线路的母线为10KV母线，且备用电源3的母线上设置有开关K1，用于投入或断开备用电源3。
更进一步地，第二变流器2的输出端通过第二开关K2与主供电电源4的母线连接，第一变流器1的输出端通过第一开关K3与备用电源3的母线连接。
更进一步地，第一开关K3和第二开关K2为常闭状态。
更进一步地，预置控制策略包含电压外环控制策略和电流内环控制策略。
本发明提供的电能质量控制装置包含两个功能：
(1)电压暂降补偿。控制终端用于检测到主供电电源4的母线发生电压跌落后，通过控制快速开关Ks的状态、第一变流器1的模式和第二变流器2的模式，使得主供电电源4断开，并通过备用电源3进行电压暂将补偿。
更进一步地，电压暂降补偿的具体过程为：
(a)检测主供电电源4的母线发生电压跌落后，控制快速开关Ks断开，根据主供电电源4的母线电压跌落后的电压幅值和电压跌落时间判断主供电电源4的电压跌落类型，该判断过程为本领域技术人员的公知技术，此处不做具体介绍。若是电压暂将，则执行(b)，若是线路故障，则执行(c)；
(b)控制第一变流器1为整流模式，根据主供电电源4的母线电压跌落时(即电压跌落的发生时刻)的电压相位控制第二变流器2为逆变模式，直至主供电电源4的母线电压恢复；
(c)控制第一变流器1为整流模式，根据主供电电源4的母线电压跌落时的电压相位控制第二变流器2为逆变模式，在预置时间段后(由于故障引起的电压暂降持续时间较长)，控制第二变流器2跟随备用电源3的母线的电压幅值和电压相位(此处的跟随是指变流器的输出跟随母线电压的幅值和相位)，在第二变流器2输出稳定后，闭合备用电源3的母线上的开关K1，并闭锁第二变流器2，根据预置控制策略通过第一变流器1对备用电源3的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿，直至主供电电源4的母线电压恢复。
(2)谐波、无功和负序电流补偿。控制终端还用于在主供电电源4的母线、备用电源3的母线正常工作(电压暂降恢复后也属于正常工作)时，根据预置控制策略通过第二变流器2、第一变流器1分别对主供电电源4的母线、备用电源3的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿。
需要说明的是，以上电流补偿的实现过程为：第二变流器2和第一变流器1分别检测主供电电源4与备用电源3的母线流向负荷侧的谐波、无功、负序电流，通过电压外环稳压(即电压外环控制策略)与内环指定电流跟踪控制(电流内环控制策略)，从而保持第一变流器1与第二变流器2的中间稳压电容直流压稳定，并对流向主供电电源4与备用电源3的母线的负荷电流进行谐波、无功、负序补偿。
更进一步地，当本发明的电能质量控制装置发生自身故障或自身检修时，可以控制第一变流器1与第二变流器2立即将输出封锁，并断开第二开关K2和第一开关K3，即可将装置退出运行，使得其不影响整个电网结构和正常供电。
本发明能将电压暂降治理与电流谐波、无功、负序补偿集成在一个装置中，既能防止网侧电压暂降对电压敏感负荷所造成的影响，又能阻止负荷产生的谐波、无功、负序电流流入网侧对电网造成危害，可以实现在10kV中压母线上对多个敏感负荷进行集中统一电能质量治理。
其次，本装置充分利用备用供电母线电能，无需外加昂贵的储能设备，经济性能得到充分体现。由于该装置不需要串联在线路中，所以损耗较小，治理效率较高，可靠性较高，即使装置发生故障只需将其旁路掉即可。
以上是对本发明提供的一种输电线路的电能质量控制装置的结构和连接关系进行的详细说明，以下将对本发明提供的一种控制方法进行说明，请参阅图2，本发明提供的一种控制方法的一个实施例，通过如以上所述的输电线路的电能质量控制装置实现，包括：
201、检测主供电电源的母线发生电压跌落后，控制快速开关断开，根据主供电电源的母线电压跌落后的第一参数判断主供电电源的电压跌落类型，若是电压暂将，则执行202，若是线路故障，则执行203；
202、控制第一变流器为整流模式，根据主供电电源的母线电压跌落时的第二参数控制第二变流器为逆变模式，直至主供电电源的母线电压恢复；
203、控制第一变流器为整流模式，根据主供电电源的母线电压跌落时的第二参数控制第二变流器为逆变模式，在预置时间段后，控制第二变流器跟随备用电源的母线的电压幅值和电压相位，在第二变流器输出稳定后，闭合备用电源的母线上的开关，并闭锁第二变流器，根据预置控制策略通过第一变流器对备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿，直至主供电电源的母线电压恢复。
步骤202和步骤203之后均还包括：
204、控制第二变流器跟随主供电电源的母线的电压幅值和电压相位，待第二变流器的输出稳定后，闭合快速开关，根据预置控制策略通过第二变流器、第一变流器分别对主供电电源的母线、备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿。
可选的，第一参数为电压幅值和电压跌落时间。
可选的，第二参数为电压相位。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种输电线路的电能质量控制装置，其特征在于，包括：第一变流器、第二变流器、快速开关和控制终端；
所述第一变流器和所述第二变流器背靠背连接，内置有预置控制策略的所述控制终端分别与所述第一变流器、所述第二变流器、所述快速开关连接；
所述第二变流器的输出端与主供电电源的母线连接，所述第一变流器的输出端与备用电源的母线连接；
所述控制终端用于检测到所述主供电电源的母线发生电压跌落后，通过控制所述快速开关的状态、所述第一变流器的模式和所述第二变流器的模式，使得所述主供电电源断开，并通过所述备用电源进行电压暂将补偿。
2.根据权利要求1所述的输电线路的电能质量控制装置，其特征在于，所述控制终端还用于在所述主供电电源的母线、所述备用电源的母线正常工作时，根据所述预置控制策略通过所述第二变流器、所述第一变流器分别对所述主供电电源的母线、所述备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿。
3.根据权利要求2所述的输电线路的电能质量控制装置，其特征在于，所述第二变流器的输出端通过第二开关与所述主供电电源的母线连接，所述第一变流器的输出端通过第一开关与所述备用电源的母线连接。
4.根据权利要求3所述的输电线路的电能质量控制装置，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为常闭状态。
5.根据权利要求1或4所述的输电线路的电能质量控制装置，其特征在于，所述预置控制策略包含电压外环控制策略和电流内环控制策略。
6.一种控制方法，通过如权利要求1至5任意一项所述的输电线路的电能质量控制装置实现，其特征在于，包括：
S1：检测所述主供电电源的母线发生电压跌落后，控制快速开关断开，根据所述主供电电源的母线电压跌落后的第一参数判断所述主供电电源的电压跌落类型，若是电压暂将，则执行S2，若是线路故障，则执行S3；
S2：控制第一变流器为整流模式，根据所述主供电电源的母线电压跌落时的第二参数控制所述第二变流器为逆变模式，直至主供电电源的母线电压恢复；
S3：控制第一变流器为整流模式，根据所述主供电电源的母线电压跌落时的第二参数控制所述第二变流器为逆变模式，在预置时间段后，控制第二变流器跟随所述备用电源的母线的电压幅值和电压相位，在所述第二变流器输出稳定后，闭合所述备用电源的母线上的开关，并闭锁所述第二变流器，根据预置控制策略通过所述第一变流器对所述备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿，直至主供电电源的母线电压恢复。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3之后均还包括：
控制所述第二变流器跟随所述主供电电源的母线的电压幅值和电压相位，待所述第二变流器的输出稳定后，闭合快速开关，根据所述预置控制策略通过所述第二变流器、所述第一变流器分别对所述主供电电源的母线、所述备用电源的母线的负荷电流进行谐波、无功和负序补偿。
8.根据权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，所述第一参数为电压幅值和电压跌落时间。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述第二参数为电压相位。
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