CN110867951A - 基于交叉供电与光储双供能的复合型dvr拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，以多绕组移相变压器、级联扩容的相单元模块、电容耦合与滤波电路以及双晶闸管反并联的静态开关为基本组成单元，适用于中高压应用场景。通过双母线交叉供电与光储单元双供电的模式，克服传统仅由不控整流桥提供直流电的弊端，二次电路电压更稳定，可大幅提高DVR的可靠性。通过配置光储单元，当电网完全断电，亦能够提供稳定的电压，在有光伏的变电站，则可以直接切换为光伏储电后完成DVR补偿电压跌落功能，更加经济可靠。

Description

基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构
技术领域
本发明涉及高压动态电压恢复器变换拓扑领域，尤其涉及一种基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑。
背景技术
随着半导体芯片、集成电路以及各种精密器件加工制造行业的兴起，对电力系统供电质量要求提出了较高要求。据统计，在各类型电能质量问题中，电压跌落已成为最严重的电能质量问题，尤其是对精密加工生产造成了非常大的影响，直接导致较大的经济损失。
动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是目前公认的解决电压跌落问题最为有效的补偿装置。虽然经过了十多年的发展，国内外关于DVR的研究已取得长足的进步，低压DVR也有一些现场应用案例。然而，针对中高压应用场景的高可靠性DVR仍然存在许多需进一步研究的内容。
当DVR应用到中高压场景中时，多采用链式级联结构的拓扑设计。针对DVR的可靠性也提出了更高要求，如DVR需要稳定的能量来源，并且随着新能源和电池储能技术发电的发展，DVR的能量来源变得更为多样化。因此，提出一种适用于中高压应用场景的高可靠性复合型DVR结构变得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于公开了一种基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑，该DVR适用于中高压应用场景，采取双母线交叉供电与光储单元双供电的模式。可解决传统DVR仅由不控整流桥提供直流电的弊端，并通过配置光伏发电与储能，为DVR提供多种能量来源。
本发明按以下技术方案实现：
基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，该复合型DVR包含以下基本组成部分：
相单元模块：DVR包含ABC三相，每相由数目相等的多个相单元模块级联而成；
输出耦合单元：DVR采用耦合电容Cfi(i＝a,b,c)串联接入补偿电路；
输出滤波单元：DVR输出侧由滤波电感Lfi(i＝a,b,c)和耦合电容Cfi(i＝a,b,c)共同组成滤波单元；
静态开关：每相均有一对反并联晶闸管构成静态开关KDi(i＝a,b,c)，通过控制该静态开关来投切DVR装置；
移相变压器：由包含多个副边绕组的移相变压器将交流输入联接至每相单元模块的整流桥。
进一步，相单元模块包括整流桥、光储单元以及H桥功率单元三个基本组成部分。
进一步，相单元模块的H桥功率单元输出接口设为Mp、Mn，通过将不同单元模块的Mp与Mn依次相接实现级联；相单元模块的整流桥输入接口设为Aa、Ab、Ac，每个相单元模块的输入接口分别与移相变压器的副边二次侧绕组逐个联接。
进一步，该复合型DVR能量来源有两种基本方式：
(1)一种能量来源为双母线交叉供电方式，该种方式下DVR移相变压器的原边绕组由两条母线进行交叉供电，移相变压器的副边多个绕组联接整流器的输入端；
(2)一种能量来源为光储单元供电，该种方式下DVR中每相单元模块的直流侧通过光伏加储能电池的模式进行供电。
进一步，当DVR的单元模块采用光储单元供电模式，由光伏电池PV输出电压经过BOOST电路向储能电池充电，此时H桥功率单元的直流侧由光储单元供电，保持功率开关S5为常闭，将整流桥切除。
进一步，当DVR的单元模块采用交叉母线供电的方式，整流桥通过BUCK电路向储能电池充电，此时H桥功率单元的直流侧由整流桥供电，保持功率开关S6为常通，将光伏电池切除。
进一步，当两条母线均失电时，仍然可通过光储单元向DVR供电，实现电压跌落补偿。
进一步，DVR根据不同现场应用需求工作在一种供电模式下，不能同时工作在交叉母线供电与光储单元供电两种模式下。
进一步，移相变压器的交流输入侧采用母线I与母线II交叉供电的方式，当某条母线突然失电，DVR可自动切换为另外一条母线供电；当两条母线均正常供电时，DVR能够采取双母线同时供电，也能够选择任何一条母线单独供电。
本发明有益效果：
本发明所述的复合型DVR拓扑结构采用双母线交叉供电与光储单元双供电的模式，克服传统仅由不控整流桥提供直流电的弊端，二次电路电压更稳定，可大幅提高DVR的可靠性。通过配置光储单元，当电网完全断电，亦能够提供稳定的电压，在有光伏发电的集中变电站，则可以直接切换为光伏储电后完成DVR补偿电压跌落功能，更加经济可靠。
附图说明
图1为基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑示意图。
图2为双母线交叉供电示意图。
图3为单相模块拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1所示为本发明所述的一种基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构示意图，由图中可以看出，该复合型DVR能量来源有两种基本方式：
(1)一种能量来源为双母线交叉供电方式，图1中所示为简化的母线I与母线II，实际应用时同一配变电所的不同母线。该种方式下DVR移相变压器TR的原边绕组可由母线I与母线II进行交叉供电，移相变压器的副边多个绕组分别联接整流器的输入端。
图2给出了双母线交叉供电的详细示意图，以同一配变电所的母线I与母线II为例，DVR1与DVR2分别串接在母线I与母线II上，DVR1的交流输入不仅可取自母线I，还可以取自母线II，DVR2也类似。通过图2所示的接线方式实现双母线交叉供电。
(2)一种能量来源为光储单元供电，该种方式下DVR中每相单元模块的直流侧通过光伏电池加储能电池的模式进行供电。
本发明所述的复合型DVR包含以下基本组成部分，这些基本的组成部分均在图1中进行了标识：
(1)相单元模块：DVR包含ABC三相，每相由数目相等的多个相单元模块级联而成。相单元模块包括整流桥、光储单元以及H桥功率单元三个基本组成部分。相单元模块详细拓扑如图3所示。相单元模块的H桥功率单元输出接口设为Mp、Mn，通过将不同单元模块的Mp与Mn依次相接实现级联。相单元模块的整流器输入接口设为Aa、Ab、Ac，每个相单元模块的输入接口分别与移相变压器TR的副边二次侧绕组逐个联接。
(2)输出耦合单元：DVR采用耦合电容Cfi(i＝a,b,c)串联接入补偿电路。
(3)输出滤波单元：DVR输出侧由滤波电感Lfi(i＝a,b,c)和耦合电容Cfi(i＝a,b,c)共同组成滤波单元。
(4)静态开关：每相均有一对反并联晶闸管构成静态开关KDi(i＝a,b,c)，通过控制该静态开关来投切DVR装置。静态开关实现软开关功能，同时还需设置接触器或断路器来实现装置的故障切除。
(5)移相变压器：由包含多个副边绕组的移相变压器将交流输入联接至每相单元模块的整流桥。
移相变压器TR的交流输入侧采用母线I与母线II交叉供电的方式，当某条母线突然失电，DVR可自动切换为另外一条母线供电。当两条母线均正常供电时，DVR可以采取双母线同时供电，也可以选择任何一条母线单独供电。
当DVR的单元模块采用光储单元供电模式，由光伏电池PV输出电压经过BOOST电路向储能电池充电，此时H桥功率单元的直流侧由光储单元供电。保持功率开关S5为常闭，将整流桥切除。
当DVR的单元模块采用交叉母线供电的方式，整流桥通过BUCK电路向储能电池充电，此时H桥功率单元的直流侧由整流桥供电。保持功率开关S6为常通，将光伏电池切除。
DVR根据不同现场应用需求工作在一种供电模式下，不能同时工作在交叉母线供电与光储单元供电两种模式下。
当两条母线均失电时，仍然可通过光储单元向DVR供电，实现电压跌落补偿。在配置了光伏发电单元的集中变电站，则可以直接切换为光伏储电后完成DVR补偿电压跌落功能，更加经济可靠。
综上，本发明所述的复合型DVR拓扑结构采用双母线交叉供电与光储单元双供电的模式，克服传统仅由不控整流桥提供直流电的弊端，二次电路电压更稳定，可大幅提高DVR的可靠性。通过配置光储单元，当电网完全断电，亦能够提供稳定的电压，在有光伏发电的集中变电站，则可以直接切换为光伏储电后完成DVR补偿电压跌落功能，更加经济可靠。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思及原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于，该复合型DVR包含以下基本组成部分：
相单元模块：DVR包含ABC三相，每相由数目相等的多个相单元模块级联而成；
输出耦合单元：DVR采用耦合电容Cfi(i＝a,b,c)串联接入补偿电路；
输出滤波单元：DVR输出侧由滤波电感Lfi(i＝a,b,c)和耦合电容Cfi(i＝a,b,c)共同组成滤波单元；
静态开关：每相均有一对反并联晶闸管构成静态开关KDi(i＝a,b,c)，通过控制该静态开关来投切DVR装置；
移相变压器：由包含多个副边绕组的移相变压器将交流输入联接至每相单元模块的整流桥。
2.根据权利要求1所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于：相单元模块包括整流桥、光储单元以及H桥功率单元三个基本组成部分。
3.根据权利要求2所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于：相单元模块的H桥功率单元输出接口设为Mp、Mn，通过将不同单元模块的Mp与Mn依次相接实现级联；
相单元模块的整流桥输入接口设为Aa、Ab、Ac，每个相单元模块的输入接口分别与移相变压器的副边二次侧绕组逐个联接。
4.根据权利要求2所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于，该复合型DVR能量来源有两种基本方式：
(1)一种能量来源为双母线交叉供电方式，该种方式下DVR移相变压器的原边绕组由两条母线进行交叉供电，移相变压器的副边多个绕组联接整流器的输入端；
(2)一种能量来源为光储单元供电，该种方式下DVR中每相单元模块的直流侧通过光伏加储能电池的模式进行供电。
5.根据权利要求4所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于：当DVR的单元模块采用光储单元供电模式，由光伏电池PV输出电压经过BOOST电路向储能电池充电，此时H桥功率单元的直流侧由光储单元供电，保持功率开关S5为常闭，将整流桥切除。
6.根据权利要求4所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于：当DVR的单元模块采用交叉母线供电的方式，整流桥通过BUCK电路向储能电池充电，此时H桥功率单元的直流侧由整流桥供电，保持功率开关S6为常通，将光伏电池切除。
7.根据权利要求4所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑方法，其特征在于：当两条母线均失电时，仍然可通过光储单元向DVR供电，实现电压跌落补偿。
8.根据权利要求4所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于：DVR根据不同现场应用需求工作在一种供电模式下，不能同时工作在交叉母线供电与光储单元供电两种模式下。
9.根据权利要求1所述的基于交叉供电与光储双供能的复合型DVR拓扑结构，其特征在于：移相变压器的交流输入侧采用母线I与母线II交叉供电的方式，当某条母线突然失电，DVR可自动切换为另外一条母线供电；
当两条母线均正常供电时，DVR能够采取双母线同时供电，也能够选择任何一条母线单独供电。
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