CN109995043B - 一种新型柔性多状态开关装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统自动化技术，具体涉及一种新型柔性多状态开关装置及控制方法，包括多馈线配电网和负载，包括变流器、多个双向晶闸管和负载；变流器包括储能装置、IGBT模块和LCL滤波器，储能装置与IGBT模块并联，再与LCL滤波器串联后并入多馈线配电网；每个双向晶闸管串联在每条馈线与负载之间。方式柔性多状态开关装置连接电网中的多条馈线，在电网电压正常时，用于补偿负载中的谐波与无功；在电网出现电压暂降时，快速切断发生电压暂降馈线的供电，同时将负荷转移到正常运行的馈线。本发明可以在电网出现电压暂降时平滑转移负荷，实现重要负荷的持续优质供电。

Description

一种新型柔性多状态开关装置及控制方法
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种新型柔性多状态开关装置及控制方法。
背景技术
随着工业规模的扩大和科学技术的不断发展，电力需求也在不断的增加，同时在工业应用与日常生活中，各种各样性能好、效率高的高科技设备被广泛采用，用户对电能质量的要求越来越高。然而当前配电网存在建设滞后、结构不合理、新能源出力无法完全消纳等问题，导致配电网存在较大的电能质量问题。
在多种电能质量问题中，电压暂降是一种重要的暂态电能质量扰动。尽管其持续时间一般比电压中断要短很多，但它发生的频率高，可造成系统中电压敏感设备无法正常工作，导致电网中产生大量的电能质量问题。据介绍，电压暂降会导致自动化生产过程中的产品损失，造成计算机系统或数据处理系统的崩溃。人们经常使用不间断供电电源来防止这些情况的发生，但这反过来又会带来谐波问题。此外，若电力用户与大型电动机负荷接在同一母线上，每次电动机启动时，用户都会遭受电压暂降，这对很多用户来说都是难以接受的，比如，医院、空中交通控制以及金融机构之类的敏感用户需要的是纯净且不间断的电能，电压暂降将会对它们造成极其严重的后果。电压暂降也因此成为相关部门非常重视的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以保障重要负荷持续优质供电，同时提供谐波和无功补偿等功能的装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型柔性多状态开关装置，包括多馈线配电网和负载，包括变流器、多个双向晶闸管和负载；变流器包括储能装置、IGBT模块和LCL滤波器，储能装置与IGBT模块并联，再与LCL滤波器串联后并入多馈线配电网；每个双向晶闸管串联在每条馈线与负载之间。
在上述的新型柔性多状态开关装置中，储能装置包含多个蓄电池组串并联；IGBT模块包括六个绝缘栅双极型晶体管IGBT，组成三相桥式逆变器；LCL滤波器包括6个电感和3个电容，其中每相的电感与电容并联后再与电感串联，之后并入多馈线配电网。
在上述的新型柔性多状态开关装置中，柔性多状态开关装置的变流器用于实现直流到交流的电能变换，同时实现电压暂降时负荷的平滑转移；其中，储能装置为直流侧供电，IGBT模块用于实现直流变交流的电能变换，LCL滤波器用于滤除输出电压和电流中的谐波分量；双向晶闸管用于电压暂降时柔性多状态开关供电状态的快速切换；其控制方法包括指令电流生成外环和电流内环；
步骤1、外环包括并网模式控制和离网模式控制；
步骤1.1、并网模式控制用于电网电压正常时补偿电网的谐波和无功，同时补充储能装置由于损耗损失的电能；
步骤1.2、离网模式控制用于快速关断双向晶闸管，将负荷转移到柔性多状态开关上，并控制变流器输出额定的交流电压；
步骤2、电流内环用于控制输出电流快速跟踪指令电流，变流器输出电流经过旋转变换后与控制外环输出的指令电流作比较，得到的误差经过一个PI控制器后再做反旋转变换，输出信号叠加LCL滤波器中的电容电流后经过一个比例控制器得到调制信号。
在上述的新型柔性多状态开关装置中，并网控制模式控制下采样的直流电压与电压指令值比较后经过PI控制器得到补充损耗所需要的有功电流；采样的电网电流经过处理后，提取出电流中的谐波与无功分量，叠加到有功电流中作为并网模式下变流器输出电流的指令值。
在上述的新型柔性多状态开关装置中，离网模式控制下采样的输出交流电压与电压给定值之差经过一个PI控制器作为电压控制环；电网电流经过PI控制器之后的电流用来快速关断双向晶闸管，该电流与电压控制环的输出叠加之后作为离网模式下的电流指令值。
本发明的有益效果：本发明所提供的新型柔性多状态开关装置连接电网中的多条馈线，在电网电压正常时，用于补偿负载中的谐波与无功；在电网出现电压暂降时，快速切断发生电压暂降馈线的供电，同时将负荷转移到正常运行的馈线。能在电网出现电压暂降时平滑转移负荷，实现重要负荷的持续优质供电，提供电能质量治理的功能。
附图说明
图1是本发明一个实施例新型柔性多状态开关装置的结构示意图；
图2是本发明一个实施例新型柔性多状态开关装置在多馈线配电网中的接线示意图；
图3是本发明一个实施例新型柔性多状态开关装置控制方法总控制框图；
图4是本发明一个实施例新型柔性多状态开关装置控制方法的并网控制框图；
图5是本发明一个实施例新型柔性多状态开关装置控制方法的离网控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例提供的新型柔性多状态开关装置在电网电压正常时，用于补偿负载中的谐波与无功，并为新型柔性多状态开关装置中的储能装置充电；在电网发生电压暂降时，新型柔性多状态开关装置快速切断发生电压暂降馈线的供电，由新型柔性多状态开关装置暂时为负荷供电，同时控制输出电压与其他馈线电压同步，同步后将负荷平滑地转移到其他正常运行的馈线上。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种新型柔性多状态开关装置包括：储能装置、IGBT模块、LCL滤波器、双向晶闸管；该装置涉及的控制方法包括并网模式、离网模式。新型柔性多状态开关装置连接电网中的多条馈线，在电网电压正常时，用于补偿负载中的谐波与无功；在电网出现电压暂降时，快速切断发生电压暂降馈线的供电，同时将负荷转移到正常运行的馈线。
并且，储能装置包含多个蓄电池组，多个蓄电池组串并联组成储能装置为直流侧供电，并为电压暂降下负载的供电提供一定时间的电能支撑。IGBT模块包括六个绝缘栅双极型晶体管IGBT，组成三相桥式逆变器，IGBT模块实现直变交的电能变换。LCL滤波器包括6个电感和3个电容，其中每相的电感与电容并联后再与电感串联，之后并入电网。LCL滤波器滤除输出电压和电流中的谐波分量。双向晶闸管串联在电网与负载之间。双向晶闸管用于电压暂降下柔性多状态开关供电状态的快速切换。储能装置、IGBT模块、LCL滤波器共同组成变流器。变流器用于实现直流到交流的电能变换，同时实现电压暂降时负荷的平滑转移。
并且，并网模式控制用于补偿电网的谐波和无功，同时补充储能装置由于损耗损失的电能。离网模式控制能快速关断晶闸管，将负荷转移到新型柔性多状态开关装置上，并控制变流器输出额定的交流电压。
具体实施时，如图1所示，为柔性多状态开关连接重要负荷的接线框图。双向晶闸管与重要负荷串联接入电网；储能装置与IGBT模块并联，再与LCL滤波器串联后并入电网。当电网正常时双向晶闸管处于导通状态，柔性多状态开关工作在并网模式，补偿电网的谐波和无功，同时补充储能装置由于损耗损失的电能。当电网出现电压暂降时，双向晶闸管的触发脉冲立即封锁，柔性多状态开关工作在离网模式，同时通过控制输出一定的电流强迫双向晶闸管关断。
如图2所示，本实施例提供一种柔性多状态开关在多馈线配电网中的接线示意图。正常运行时，第一、第二、第三双向晶闸管T1、T2和T3只有一个导通。假设在某个状态下，重要负荷由馈线I供电，第一双向晶闸管T1导通。如果馈线I发生电压暂降，柔性多状态开关装置立即关断第一双向晶闸管T1，快速将负荷转移到装置中的变流器上，同时控制变流器输出电压逐渐与正常运行的馈线II或馈线III电压同步，同步后再将负荷转移到馈线II或馈线III上，实现负荷的平滑转移。同理，如果馈线II或馈线III发生电压暂降，负荷转移的过程同上。
如图3所示，本实施例具体提供柔性多状态开关的控制方法。其包括指令电流生成外环和电流内环，外环又包括并网模式控制和离网模式控制。并网模式控制用于电网电压正常时补偿电网的谐波和无功，同时补充储能装置由于损耗损失的电能；离网模式控制用于快速关断双向晶闸管，将负荷转移到柔性多状态开关装置上，并控制变流器输出额定的交流电压。电流内环主要用于控制输出电流快速跟踪指令电流，变流器输出电流经过旋转变换后与控制外环输出的指令电流作比较，得到的误差经过一个PI控制器后再做反旋转变换，输出信号叠加LCL滤波器中的电容电流后经过一个比例控制器得到调制信号。
如图4所示，图3中的并网控制模式需要补偿电网中的谐波和无功，同时补充储能装置由于损耗损失的电能。采样的直流电压与电压指令值比较后经过PI控制器得到补充损耗所需要的有功电流。采样的电网电流经过处理后，提取出电流中的谐波与无功分量，叠加到上述电流中作为并网模式下变流器输出电流的指令值。
如图5所示，图3中的离网模式用于快速关断晶闸管，将负荷转移到柔性多状态开关上，并控制变流器输出额定的交流电压。采样的输出交流电压与电压给定值之差经过一个PI控制器作为电压控制环。电网电流经过PI控制器之后的电流用来快速关断晶闸管，该电流与电压控制环的输出叠加之后作为离网模式下的电流指令值。
本实施例的装置及控制方法可以在电网出现电压暂降时平滑转移负荷，实现重要负荷的持续优质供电。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种柔性多状态开关装置的控制方法，该装置包括多馈线配电网和负载，还包括变流器、多个双向晶闸管和负载；变流器包括储能装置、IGBT模块和LCL滤波器，储能装置与IGBT模块并联，再与LCL滤波器串联后并入多馈线配电网；每个双向晶闸管串联在每条馈线与负载之间；变流器用于实现直流到交流的电能变换，同时实现电压暂降时负荷的平滑转移；其中，储能装置为直流侧供电，IGBT模块用于实现直流变交流的电能变换，LCL滤波器用于滤除输出电压和电流中的谐波分量；双向晶闸管用于电压暂降时柔性多状态开关供电状态的快速切换；其特征是，控制方法包括指令电流生成外环和电流内环；
步骤1、外环包括并网模式控制和离网模式控制；
步骤1.1、并网模式控制用于电网电压正常时补偿电网的谐波和无功，同时补充储能装置由于损耗损失的电能；
步骤1.2、离网模式控制用于快速关断双向晶闸管，将负荷转移到柔性多状态开关上，并控制变流器输出额定的交流电压；
步骤2、电流内环用于控制输出电流快速跟踪指令电流，变流器输出电流经过旋转变换后与控制外环输出的指令电流作比较，得到的误差经过一个PI控制器后再做反旋转变换，输出信号叠加LCL滤波器中的电容电流后经过一个比例控制器得到调制信号；
离网模式控制下采样的输出交流电压与电压给定值之差经过一个PI控制器作为电压控制环；电网电流经过PI控制器之后的电流用来快速关断双向晶闸管，该电流与电压控制环的输出叠加之后作为离网模式下的电流指令值；并网控制模式下采样的直流电压与电压指令值比较后经过PI控制器得到补充损耗所需要的有功电流；采样的电网电流经过处理后，提取出电流中的谐波与无功分量，叠加到有功电流中作为并网模式下变流器输出电流的指令值。
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