CN113872201A - 一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于电力电子技术领域的一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置；该装置由快速开关、AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器、采样控制系统构成。装置分为并网和离网2种工作模式，每种工作模式均涉及快速开关、DC/DC双向换流器、AC/DC双向换流器三者之间补偿模式和控制策略的配合。当电网未出现电压暂降、中断情况时，快速开关闭合，装置工作于并网模式，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，并判断用电时段，分用电时段综合治理。本发明装置不仅具有电压暂降、短时中断治理和动态无功补偿功能，而且能够实现峰谷电价差套利运行、提升供电可靠性、满足多样化供电需求，为用户带来显著、持续的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置。
背景技术
大容量负荷投切、雷击、短路、接地等电网故障以及自然灾害都会产生电压暂降、短时中断等暂态电能质量问题，给科研园区、芯片加工等敏感负荷用户带来巨大经济损失，其危害性已超过谐波、电压偏差、三相不平衡等稳态电能质量问题。目前电压暂降、短时中断治理装置主要有动态电压恢复器(DVR)、固态切换开关(SSTS)、不停电电源(UPS)等，普遍存在缺陷，如DVR设备复杂，只能对短时、轻微暂降进行补偿；SSTS要求采用双路、独立电源，倒闸逻辑复杂，切换过程中出现较长停电时间；UPS只能应用于小容量负荷，响应速度慢，且伴有谐波污染等电能质量问题。上述设备一次性投资大，运行损耗高，不能产生直接经济效益，虽能解决一定电能质量问题但经济性极差，用户往往难以接受。
针对现有治理装置的不足，本发明提出一种电能质量综合治理及节能增效装置，不仅具有电压暂降、短时中断治理和动态无功补偿功能，而且能够实现峰谷电价差套利运行、提升供电可靠性、满足多样化供电需求，改善电网运行环境的同时为用户带来显著、持续的经济效益，尤其适用于对经济性指标较为敏感的用户。
发明内容
本发明目的是提出一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述配网侧电能质量综合治理及节能增效装置包括并网和离网2种工作模式；在并网模式下，该装置提供无功支撑，稳定并网点电压，提高电网侧功率因数，降低网损，同时通过不同时段的充放电管理实现削峰填谷，平抑负荷功率波动，利用峰谷电价差为用户带来直接经济效益；当系统出现电压暂降、短时中断时，装置通过快速开关隔离系统故障，并产生负荷所需电压和功率，保证敏感、重要负荷的供电连续性；
所述配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，由快速开关、AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器、采样控制系统构成；其中快速开关DL1串接于负荷和电网之间，接于电网侧，AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器串接；通过并网开关DL2接于电网侧的快速开关DL1后面；采样控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心，通过穿心式电流互感器CT1、CT2、CT3接入电网；交流电压、直流电压直接接入采样控制系统。
所述AC/DC双向换流器由并网开关DL2、预充电电阻、旁路开关、连接电抗器、可关断器件组成的三相桥式换流器、电容器组成；该AC/DC双向换流器为采用PWM控制模式、输出幅值、相位可控的三相电压源；在并网模式下，AC/DC双向换流器控制直流侧电压保持稳定，配合DC/DC双向换流器控制电流对电池组进行充电、放电管理；同时实现电压/无功综合补偿功能、动态补偿无功功率、稳定并网点电压、提高功率因数、降低网损；并网开关DL2将AC/DC双向换流器投入或者退出；旁路开关DL3和预充电电阻R配合，完成电容器初始电压建立；
在并网模式下并网开关DL2闭合，当采样控制系统检测到电压暂降、短时中断的异常情况出现后，将快速开关DL1断开，实现系统侧故障隔离，装置进入离网模式，当系统电压暂降、短时中断的异常情况消失后，快速开关DL1重新闭合，恢复并网模式。
所述DC/DC双向换流器由电池组、可关断器件组成的Buck-Boost双向DC/DC电路、连接电抗器组成，并由采样控制系统对电池状态和电感电流IL进行检测；在并网模式下，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，其电感电流IL的大小、方向精确可控，与AC/DC双向换流器的电容器稳压结合，实现在不同用电时段对电池组进行充电、放电管理；根据负荷预测结果，结合地区电网峰平谷时间段安排，在用电低谷期，对电池组进行储能；在用电高峰期，将电池组能量释放；采样控制系统监测电池的运行状态，对电池进行故障诊断和剩余电量估算，并实现电池的均衡管理和与外界的信息交互；DC/DC变流器连接电池组与AC/DC换流器，是实现电能双向变换的功率调节执行设备；在离网模式下，DC/DC双向换流器采用电压控制模式，其电感电流IL采用PI控制，维持电容器直流电压恒定，保证AC/DC双向换流器向负荷可靠、稳定供电。
所述采样控制系统由信号检测与采集单元、模式识别与控制单元、输出单元组成；其中，信号检测和采集单元实时检测电网和设备内部运行状态，包括并网点三相交流电压、负荷三相交流电流、装置输出三相电流、电容器直流电压、电池组直流电压、电池组充放电电流、快速开关状态、并网开关状态和旁路开关状态；模式识别与控制单元根据配电网运行状况和时间段，分析判断本装置应进入并网模式还是离网模式，并输出不同模式下AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器的目标指令值；输出单元将目标值调制为PWM脉冲信号，分别发送至AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器的IGBT驱动电路。
所述AC/DC双向换流器的结构是AC/DC双向换流器由电容器C、IGBT V1～V6、反向并联二极管D1～D6、电感L1、预充电电阻R、旁路开关DL3和并网开关DL2组成；其中二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6与IGBT V1、V2、V3、V4、V5、V6反向并联，电容器C两端与双向换流器并联，三个电感L1分别与三个预充电电阻R串联，三个电感L1分别连接在双向换流器的三相输入端；三个预充电电阻R并网开关DL2接于电网侧的快速开关DL1后面的A1、B1、C1上；旁路开关DL3并联在三个预充电电阻R两端；其中A1、B1、C1为配电网侧三相电源线，A2、B2、C2为连接负荷的三相电源线；快速开关DL1接于电网侧的A1、B1、C1。
所述DC/DC双向换流器由IGBT V7～V8、反向并联二极管D7～D8、电感L2、直流电流互感器CT4、磷酸铁锂电池组E组成，并和AC/DC双向换流器连接；针对磷酸铁锂电池端电压变化范围宽的特点，IGBT V7、V8和二极管D7、D8反向并联，构成Buck-Boost双向DC/DC电路，作为磷酸铁锂电池组与电容器之间的直流升降压变换环节；当V7和D8关断而V8和D7开通时，双向DC/DC电路工作于Boost升压模式，磷酸铁锂电池组E向电容器C放电；当V8和D7关断而V7和D8开通时，双向DC/DC模块工作于Buck降压模式，电容器C向磷酸铁锂电池组E充电，升压与降压模式电路拓扑是一样的，只是电感电流IL方向不同。
所述采样控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心，交流电压、直流电压直接接入采样控制系统，其中，交流电流采样通过穿心式电流互感器CT1、CT2、CT3接入电网，交流电压采样直接接入负荷的三相电源线A2、B2和C2；LEM直流电流传感器CT4用于直流采样，AC/DC双向换流器与PWM1-6连接，DC/DC双向换流器与PWM7-8连接；采样结果通过模数转换单元将数字量送入DSP；DSP对输入信号进行信号处理、数学运算和逻辑判断；按照控制策略要求输出AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器正常工作所需指令信号，隔离驱动单元输出IGBT V1～V8的PWM信号，以及开关DL1～DL3的控制信号。
所述配网侧电能质量综合治理及节能增效装置的电能质量综合治理方法，其特征在于，所述装置分为并网和离网2种工作模式，每种工作模式均涉及快速开关、DC/DC双向换流器、AC/DC双向换流器三者之间补偿模式和控制策略的配合；当电网未出现电压暂降、中断情况时，装置工作于并网模式，快速开关闭合，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，AC/DC双向换流器采用无功/电压补偿模式；在并网模式下，快速开关闭合，AC/DC双向换流器进行动态无功补偿，稳定并网点电压、频率恒定，且不受负载变化的影响；DC/DC双向换流器进入电压控制模式，维持AC/DC双向换流器直流侧电容器电压恒定，保证AC/DC双向换流器正常工作；在电价较低的用电低谷时段，装置对电池组充电，将电能储存；电价较高的用电高峰时段，电池组放电，释放电能，此时至少保留20％用于电压暂降及中断治理；采样控制系统检测到电压暂降、短时中断发生后，断开快速开关，装置进入离网模式，AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器协调运行，将电池组电能释放为负荷短时供电，提高供电连续性和可靠性；
在并网模式下，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，并判断用电时段：用电低谷段以额定电流充电，电量超过98％后转入待机模式；用电平段进入待机状态，充电电流近似为0；用电高峰时段以额定电流放电，电量低于20％后转入待机模式。剩余电量用于随机出现的电压暂降、短时中断的治理，剩余电量百分比可调，对于暂降、短时中断持续时间较长的区域，剩余电量比例可适当增大；对于暂降、短时中断持续时间较短的区域，剩余电量比例可适当降低；
所述离网模式下，采样控制系统检测到电压暂降、中断发生后，首先向快速开关DL1发出分断信号，快速开关DL1断开将系统故障隔离。快速开关DL1分闸后，AC/DC双向换流器切换至无源逆变模式，设置AC/DC双向换流器的外环控制目标使U*d＝Usm和U*q＝0，双向DC/DC变换器的控制策略从电流控制切换为电压控制，采用Udc和U*dc的差值对电感L2电流IL进行PI控制，维持电容器直流电压Udc稳定，此时电池组放电，电流方向为电池组流向电容器。
本发明的有益效果：①动态补偿无功功率，稳定并网点电压，提高功率因数，降低网损。②利用峰谷电价差进行充放电管理，产生连续、可观的经济效益。③系统出现电压暂降、短时中断后，快速开关、AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器协调运行，为敏感、重要负荷连续供电，避免电压暂降、短时中断带来的巨大经济损失。
附图说明
图1为配网侧电能质量综合治理及节能增效装置主回路接线示意图；
图2为配网侧电能质量综合治理及节能增效装置并网模式下充放电管理示意图。
图3为本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置DC/DC变换器充电模式下的控制策略示意图。
图4为本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置并网模式下电压/无功补计算流程示意图。
图5为本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置AC/DC双向换流器并网模式下补偿算法。
图6为本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置AC/DC双向换流器离网模式下补偿算法。
图7为本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置DC/DC变换器离电模式下的控制策略示意图。
图8为本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置电压暂降、电压中断补偿策略示意图。
具体实施方式
本发明提出一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，包括并网和离网2种工作模式；在并网模式下，该装置提供无功支撑，稳定并网点电压，提高电网侧功率因数，降低网损，同时通过不同时段的充放电管理实现削峰填谷，平抑负荷功率波动，利用峰谷电价差为用户带来直接经济效益；当系统出现电压暂降、短时中断时，装置通过快速开关隔离系统故障，并产生负荷所需电压和功率，保证敏感、重要负荷的供电连续性。下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为配网侧电能质量综合治理及节能增效装置主回路接线示意图，该配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，由快速开关、AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器、采样控制系统构成；其中快速开关DL1串接于负荷和电网之间，接于电网侧，AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器串接；通过并网开关DL2接于电网侧的快速开关DL1后面；采样控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心，通过穿心式电流互感器CT1、CT2、CT3接入电网；交流电压、直流电压直接接入采样控制系统。
图1中，A1、B1、C1为配电网侧三相电源线，A2、B2、C2为连接负荷的三相电源线；快速开关DL1接于电网侧的A1、B1、C1；AC/DC双向换流器由电容器C、IGBT V1～V6、反向并联二极管D1～D6、电感L1、预充电电阻R、旁路开关DL3和并网开关DL2组成；其中二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6与IGBT V1、V2、V3、V4、V5、V6反向并联，电容器C两端与双向换流器并联，三个电感L1和分别与三个预充电电阻R串联，三个电感L1分别连接在双向换流器的三相输入端；三个预充电电阻R并网开关DL2接于电网侧的快速开关DL1后面的A1、B1、C1上；旁路开关DL3并联在三个预充电电阻R两端。
DC/DC双向换流器由IGBT V7～V8、反向并联二极管D7～D8、电感L2、直流电流互感器CT4、磷酸铁锂电池组E组成，并和AC/DC双向换流器连接；针对磷酸铁锂电池端电压变化范围宽的特点，IGBT V7、V8和二极管D7、D8反向并联，构成Buck-Boost双向DC/DC电路，作为磷酸铁锂电池组与电容器之间的直流升降压变换环节。当V7和D8关断而V8和D7开通时，双向DC/DC电路工作于Boost升压模式，磷酸铁锂电池组E向电容器C放电；当V8和D7关断而V7和D8开通时，双向DC/DC模块工作于Buck降压模式，电容器C向磷酸铁锂电池组E充电，升压与降压模式电路拓扑是一样的，只是电感电流IL方向不同。
采样控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心，交流电压、直流电压直接接入采样控制系统，其中，交流电流采样通过穿心式电流互感器CT1、CT2、CT3接入电网，交流电压采样直接接入负荷的三相电源线A2、B2和C2；LEM直流电流传感器CT4用于直流采样，AC/DC双向换流器与PWM1-6连接，DC/DC双向换流器与PWM7-8连接；采样结果通过模数转换单元将数字量送入DSP；DSP对输入信号进行信号处理、数学运算和逻辑判断；按照控制策略要求输出AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器正常工作所需指令信号，隔离驱动单元输出IGBT V1～V8的PWM信号，以及开关DL1～DL3的控制信号。
如图2所示的配网侧电能质量综合治理及节能增效装置并网模式下充放电管理示意图。以江苏省为例，大工业用户和用电容量200kVA及以上非普工业用户实施分时电价，每天分为高峰、平段和低谷三个用电时段，对应电价分别为1.10，0.66元和0.33元。本实施例装置采用一天2充2放的策略：利用谷时22点到次日8点对电池组进行充电，上午8点至11点跟踪负荷情况放电至20％电量，11点至13点对电池组进行第二次充电，充满后晚上19点至21点跟踪负荷情况再次放电至20％电量。
如图3所示，是本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置DC/DC变换器充电模式下的控制策略，采样控制系统实时检测电池状态和电感电流IL，根据不同时间分段，输出V7和V8的PWM触发脉冲。在充电时间段，电感电流IL的额度充电电路目标值为额定电流；电容器C向电池组E充电，将引起电容器电压下降，AC/DC双向换流器从电网汲取有功电流补充电容器能量，维持电容器C电压恒定；在待机时间段，电感电流数值近似为0电感电流目标值为If，仅提供很小浮充电流供给电池组E，平衡自然放电；在放电时间段，电感电流IL的放电电流目标值为反方向的额定电流-IN，电池组E向电容器C充电；引起电容器C电压上升，AC/DC双向换流器将电容器C多余能量回馈交流电网，稳定电容器C电压恒定。为避免电池组过度充放电，当电池储能达到上限值后限制充电，只允许电池放电；当电池储能达到下限后限制放电，只允许对电池充电。V7和V8在一个周期内导通、关断状态互补，为防止两者同时导通，需设定死区时间td。
如图4所示，是本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置并网模式下电压/无功计算流程。为便于控制，将三相静止坐标系下的正弦交流分量(Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic)变换到两轴同步旋转坐标系dq下的直流量(Usd、Usq、Isd、Isq)，稳态情况下Usq＝0，进一步得到无功功率Qs。Udc1为电容器C电压实测值，U*dc1为电容器C直流电压目标值。ivd、ivq分别为装置并网点的d、q轴电流实测值，i* vd、i* vq分别为装置并网点的d、q轴电流目标值。
如图5所示，是本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置AC/DC双向换流器并网模式下补偿算法。当功能选择开关K置于①位置时进入动态无功补偿模式，采样控制系统采用Qs和Q*s的差值对i* vq进行PI控制，维持交流侧无功功率为目标值，可设置无功目标值为0；当功能选择开关置于②位置时进入电压调节模式，采样控制系统采用Usd和U*sd的差值对i* vq进行PI控制，维持并网点电压恒定于某一预定目标值。同时，采样控制系统采用Udc1和(电容器C端电压实测值)U*dc1(电容器C端电压目标值)的差值对i* vd进行PI控制，维持电容器直流电压稳定。配合DC/DC双向换流器，实现电池组充放电管理。电池组放电时，电容器电压提升，AC/DC双向换流器向电网输出有功电流维持电容器电压恒定；电池组充电时，电容器电压降低，AC/DC双向换流器从电网吸收有功电流维持电容器电压恒定；AC/DC双向换流器内环控制采用解耦控制算法，输出电压目标值U*d和U*q通过dq/ABC坐标反变换得到三相电压调制波U*a、U*b和U*c，与三角载波信号进行比较后，输出IGBT V1～V6的PWM调制波。AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器互相配合实现了并网模式下电池组充放电管理。
如图6所示，是本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置AC/DC双向换流器离网模式下补偿算法，采用Usd和U*sd的差值对i* vd进行PI控制，采用Usq和0的差值对i* vq进行PI控制，维持交流侧电压为目标值，可设置电压目标值为0.9pu～1.1pu。AC/DC双向换流器内环控制采用解耦控制算法，输出电压目标值U*d和U*q通过dq/ABC坐标反变换得到三相电压调制波U*a、U*b和U*c，与三角载波信号进行比较后，输出IGBT V1～V6的PWM调制波。
如图7所示，是本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置DC/DC变换器放电模式下的控制策略，采样控制系统采用Udc和(储能电池E端电压实测值)和U*dc(储能电池E端电压目标值)的差值对PWM7和PWM8信号进行PI控制，PWM7和PWM8分别控制V7和V8的通断，且PWM7和PWM8的控制信号互补。
如图8所示，是本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置电压暂降、电压中断补偿策略示意图。该工作模式下各单元动作逻辑如下：(1)采样控制系统检测到电压暂降、中断发生后，首先向快速开关DL1发出分断信号，快速开关DL1断开将系统故障隔离。(2)快速开关DL1分闸后，AC/DC双向换流器切换至无源逆变模式(开环模式)，不再需要锁相环(PLL)，输出频率即dq坐标系旋转速度固定不变。外环控制器施加控制使得Usm的幅值、与d轴的夹角保持不变；Usm幅值保持不变意味着装置并网点电压幅值恒定，Usm与d轴的夹角保持不变意味着装置并网点电压频率为固定频率。通过设置AC/DC双向换流器的外环控制目标使U*d＝Usm和U*q＝0即可满足上述电压、频率要求。(3)电容器直流电压稳定是AC/DC双向换流器稳定工作的前提条件，将双向DC/DC变换器的控制策略从电流控制切换为电压控制，采用Udc和U*dc的差值对电感L2电流IL进行PI控制，维持电容器直流电压Udc稳定。此时电池组放电，电流方向为电池组流向电容器。
本实施例一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置分为并网和离网2种工作模式，每种工作模式均涉及快速开关、DC/DC双向换流器、AC/DC双向换流器三者之间补偿模式和控制策略的配合。当电网未出现电压暂降、中断情况时，装置工作于并网模式，快速开关DL1闭合，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，并判断用电时段：用电低谷段以额定电流充电，电量超过98％后转入待机模式；用电平段进入待机状态，充电电流近似为0；用电高峰时段以额定电流放电，电量低于20％后转入待机模式。剩余电量用于随机出现的电压暂降、短时中断的治理，剩余电量百分比可调，对于暂降、短时中断持续时间较长的区域，剩余电量比例可适当增大；对于暂降、短时中断持续时间较短的区域，剩余电量比例可适当降低。AC/DC双向换流器采用无功/电压补偿模式，当功能选择开关K置于①位置时进入动态无功补偿模式，补偿负荷所需无功功率，提高功率因数，降低网损；当功能选择开关置于②位置时进入电压调节模式，维持并网点电压恒定于某一预定目标值。当电网出现电压暂降、中断情况时，装置进入离网模式，通过快速开关DL1分闸隔离电网故障，AC/DC双向换流器进入无源逆变模式，保证并网点电压、频率恒定，且不受负载变化的影响，DC/DC双向换流器进入电压控制模式，维持AC/DC双向换流器直流侧电容器电压恒定，保证AC/DC双向换流器正常工作。
Claims (8)
1.一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，该装置包括并网和离网2种工作模式；在并网模式下，该装置提供无功支撑，稳定并网点电压，提高电网侧功率因数，降低网损，同时通过不同时段的充放电管理实现削峰填谷，平抑负荷功率波动，利用峰谷电价差为用户带来直接经济效益；当系统出现电压暂降、短时中断时，装置通过快速开关隔离系统故障，并产生负荷所需电压和功率，保证敏感、重要负荷的供电连续性；
所述配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，由快速开关、AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器、采样控制系统构成；其中快速开关DL1串接于负荷和电网之间，接于电网侧，AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器串接；通过并网开关DL2接于电网侧的快速开关DL1后面；采样控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心，通过穿心式电流互感器CT1、CT2、CT3接入电网；交流电压、直流电压直接接入采样控制系统。
2.根据权利要求1所述一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述AC/DC双向换流器由并网开关DL2、预充电电阻、旁路开关、连接电抗器、可关断器件组成的三相桥式换流器、电容器组成；该AC/DC双向换流器为采用PWM控制模式、输出幅值、相位可控的三相电压源；在并网模式下，AC/DC双向换流器控制直流侧电压保持稳定，配合DC/DC双向换流器控制电流对电池组进行充电、放电管理；同时实现电压/无功综合补偿功能、动态补偿无功功率、稳定并网点电压、提高功率因数、降低网损；并网开关DL2将AC/DC双向换流器投入或者退出；旁路开关DL3和预充电电阻R配合，完成电容器初始电压建立；
在并网模式下并网开关DL2闭合，当采样控制系统检测到电压暂降、短时中断的异常情况出现后，将快速开关DL1断开，实现系统侧故障隔离，装置进入离网模式，当系统电压暂降、短时中断的异常情况消失后，快速开关DL1重新闭合，恢复并网模式。
3.根据权利要求1所述一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述DC/DC双向换流器由电池组、可关断器件组成的Buck-Boost双向DC/DC电路、连接电抗器组成，并由采样控制系统对电池状态和电感电流IL进行检测；在并网模式下，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，其电感电流IL的大小、方向精确可控，与AC/DC双向换流器的电容器稳压结合，实现在不同用电时段对电池组进行充电、放电管理；根据负荷预测结果，结合地区电网峰平谷时间段安排，在用电低谷期，对电池组进行储能；在用电高峰期，将电池组能量释放；采样控制系统监测电池的运行状态，对电池进行故障诊断和剩余电量估算，并实现电池的均衡管理和与外界的信息交互；DC/DC变流器连接电池组与AC/DC换流器，是实现电能双向变换的功率调节执行设备；在离网模式下，DC/DC双向换流器采用电压控制模式，其电感电流IL采用PI控制，维持电容器直流电压恒定，保证AC/DC双向换流器向负荷可靠、稳定供电。
4.根据权利要求1所述一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述采样控制系统由信号检测与采集单元、模式识别与控制单元、输出单元组成；其中，信号检测和采集单元实时检测电网和设备内部运行状态，包括并网点三相交流电压、负荷三相交流电流、装置输出三相电流、电容器直流电压、电池组直流电压、电池组充放电电流、快速开关状态、并网开关状态和旁路开关状态；模式识别与控制单元根据配电网运行状况和时间段，分析判断本装置应进入并网模式还是离网模式，并输出不同模式下AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器的目标指令值；输出单元将目标值调制为PWM脉冲信号，分别发送至AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器的IGBT驱动电路。
5.根据权利要求2所述一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述AC/DC双向换流器的结构是AC/DC双向换流器由电容器C、IGBT V1～V6、反向并联二极管D1～D6、电感L1、预充电电阻R、旁路开关DL3和并网开关DL2组成；其中二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6与IGBT V1、V2、V3、V4、V5、V6反向并联，电容器C两端与双向换流器并联，三个电感L1分别与三个预充电电阻R串联，三个电感L1分别连接在双向换流器的三相输入端；三个预充电电阻R并网开关DL2接于电网侧的快速开关DL1后面的A1、B1、C1上；旁路开关DL3并联在三个预充电电阻R两端；其中A1、B1、C1为配电网侧三相电源线，A2、B2、C2为连接负荷的三相电源线；快速开关DL1接于电网侧的A1、B1、C1。
6.根据权利要求1所述一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述DC/DC双向换流器由IGBT V7～V8、反向并联二极管D7～D8、电感L2、直流电流互感器CT4、磷酸铁锂电池组E组成，并和AC/DC双向换流器连接；针对磷酸铁锂电池端电压变化范围宽的特点，IGBT V7、V8和二极管D7、D8反向并联，构成Buck-Boost双向DC/DC电路，作为磷酸铁锂电池组与电容器之间的直流升降压变换环节；当V7和D8关断而V8和D7开通时，双向DC/DC电路工作于Boost升压模式，磷酸铁锂电池组E向电容器C放电；当V8和D7关断而V7和D8开通时，双向DC/DC模块工作于Buck降压模式，电容器C向磷酸铁锂电池组E充电，升压与降压模式电路拓扑是一样的，只是电感电流IL方向不同。
7.根据权利要求1所述一种配网侧电能质量综合治理及节能增效装置，其特征在于，所述采样控制系统以数字信号处理器TMS320F28335为核心，交流电压、直流电压直接接入采样控制系统，其中，交流电流采样通过穿心式电流互感器CT1、CT2、CT3接入电网，交流电压采样直接接入负荷的三相电源线A2、B2和C2；LEM直流电流传感器CT4用于直流采样，AC/DC双向换流器与PWM1-6连接，DC/DC双向换流器与PWM7-8连接；采样结果通过模数转换单元将数字量送入DSP；DSP对输入信号进行信号处理、数学运算和逻辑判断；按照控制策略要求输出AC/DC双向换流器、DC/DC双向换流器正常工作所需指令信号，隔离驱动单元输出IGBT V1～V8的PWM信号，以及开关DL1～DL3的控制信号。
8.一种权利要求1所述配网侧电能质量综合治理及节能增效装置的电能质量综合治理方法，其特征在于，所述装置分为并网和离网2种工作模式，每种工作模式均涉及快速开关、DC/DC双向换流器、AC/DC双向换流器三者之间补偿模式和控制策略的配合；当电网未出现电压暂降、中断情况时，装置工作于并网模式，快速开关闭合，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，AC/DC双向换流器采用无功/电压补偿模式；在并网模式下，快速开关闭合，AC/DC双向换流器进行动态无功补偿，稳定并网点电压、频率恒定，且不受负载变化的影响；DC/DC双向换流器进入电压控制模式，维持AC/DC双向换流器直流侧电容器电压恒定，保证AC/DC双向换流器正常工作；在电价较低的用电低谷时段，装置对电池组充电，将电能储存；电价较高的用电高峰时段，电池组放电，释放电能，此时至少保留20％用于电压暂降及中断治理；采样控制系统检测到电压暂降、短时中断发生后，断开快速开关，装置进入离网模式，AC/DC双向换流器和DC/DC双向换流器协调运行，将电池组电能释放为负荷短时供电，提高供电连续性和可靠性；
在并网模式下，DC/DC双向换流器采用电流控制模式，并判断用电时段：用电低谷段以额定电流充电，电量超过98％后转入待机模式；用电平段进入待机状态，充电电流近似为0；用电高峰时段以额定电流放电，电量低于20％后转入待机模式。剩余电量用于随机出现的电压暂降、短时中断的治理，剩余电量百分比可调，对于暂降、短时中断持续时间较长的区域，剩余电量比例可适当增大；对于暂降、短时中断持续时间较短的区域，剩余电量比例可适当降低；
所述离网模式下，采样控制系统检测到电压暂降、中断发生后，首先向快速开关DL1发出分断信号，快速开关DL1断开将系统故障隔离，快速开关DL1分闸后，AC/DC双向换流器切换至无源逆变模式，设置AC/DC双向换流器的外环控制目标使U*d＝Usm和U*q＝0，双向DC/DC变换器的控制策略从电流控制切换为电压控制，采用Udc和U*dc的差值对电感L2电流IL进行PI控制，维持电容器直流电压Udc稳定，此时电池组放电，电流方向为电池组流向电容器。
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