CN114256860B - 一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构及控制方法，该拓扑结构包括两个半桥桥臂、直流侧母线支撑电容及两组LCL输出滤波器，每个桥臂均由上、下两个开关器件串联而成，每组LCL输出滤波器均包括逆变侧电感、电网侧电感及滤波电容，每组LCL输出滤波器中的逆变侧电感与与其对应的桥臂上的两个开关器件的连接中点相连；电网侧电感与电网的任意一相相连；滤波电容的一端接入逆变侧电感和电网侧电感之间、另一端接入电网N线，直流母线正、负输入端间接直流侧母线支撑电容，所述直流侧母线支撑电容由多组电解电容并联而成。该拓扑结构简单，具有较好的零序电流补偿能力，扩大了装置的功率密度，降低了装置的有功损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构及控制方法。
背景技术
目前在城郊及农村台区电力配网中的最大电能质量问题是三相不平衡。其主要原因是台区电力配网中居民用电、商业用电绝大部分为单相，且用户的用电量具有明显的不确定性和随机性，这就使得台区台变后端各相负载电流大小不等，从而导致三相电流不平衡；其次，随着人们生活水平不断提高，大功率家用电器大量进入寻常百姓家，单相用户增容具有不可控、大功率单相负载的接入以及单相负载用电的随机性等情况，同样易导致三相不平衡。
目前解决配网三相不平衡的问题主要有以下方法：
(1)人工根据集抄系统观察统计，采取停电手动调整负荷的方式，既费时又费力，同时由于停电时间长，少供多损，得不偿失且存在安全隐患；
(2)跨接电容型三相负荷自动调节装置，辅助治理，需要选择功率因数适当较低的配电台区进行安装治理，治理效果还受到负荷变化的影响；
(3)电力电子型三相负荷自动调节装置，辅助治理，可以将变压器出口侧的三相不平衡有效进行治理，该治理具有一定的局限性；
(4)换相开关型三相负荷自动调节装置，终端辅助治理，安装选点困难，且增加故障点，治理效果一般。
而实际上，配电网中存在的三相不平衡、会导致中线电流大，线损增加，电力浪费严重，同时还会使电网电压升高或降低，致使电压不合格、接地引线触电隐患、用户用电设备烧坏及配变烧坏等。针对上述问题，拟采用分布式有源功率平衡装置进行三相不平衡治理，本质上三相不平衡电流经矢量分解后，主要为负序电流和零序电流，而零序电流由于三相相位相同，这样叠加起来，直接使中线电流为各相零序电流之和，中线电流的增加会导致整条线路的线损增加，三相不平衡度变大。而在对中线电流的治理过程中，目前常用的是三相两电平三桥臂，参见图1所示，该结构稳定，控制技术相对成熟，但是采用该结构，该装置的零序补偿电流越大，其直流侧母线支撑电容的容量需求越大，若母线支撑电容容量不够，则会导致直流侧纹波电流增大，使得母线支撑电容发热，造成电解电容温升过高，使用寿命大打折扣。如何解决上述技术问题是本领域致力于解决的事情。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构，所述拓扑结构包括两个半桥桥臂、直流侧母线支撑电容及两组LCL输出滤波器，每个桥臂均由上、下两个开关器件串联而成，每组LCL输出滤波器均包括逆变侧电感、电网侧电感及滤波电容，两组LCL输出滤波器与两个桥臂相一一对应，每组LCL输出滤波器中的逆变侧电感与与其对应的桥臂上的两个开关器件的连接中点相连；电网侧电感与电网的任意一相相连；滤波电容的一端接入逆变侧电感和电网侧电感之间、另一端接入电网N线，每个桥臂的上开关器件的上节点连接直流母线的正输入端、下开关器件的下节点连接直流母线的负输入端，直流母线正、负输入端间接直流侧母线支撑电容，所述直流侧母线支撑电容由多组电解电容并联而成，每组电解电容均包括两个串联的电解电容，每组电解电容中的两个电解电容的连接中点接电网N线。
作为一种具体的实施方式，桥臂上的开关器件采用了SiC-MOS器件。
本发明的另一个目的是提供一种根据上述应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构的控制方法，包括：
1)采集电网A相、B相电压，拟合出C相电网电压，而后采用软锁相环锁相电网电压，得到电压相角ω0；
2)通过N线互感器检测电网负载端的N线电流IN，经调理后转化为控制信号送入补偿装置的控制器，由控制器对电网负载N线电流矢量分解，剔除正序电流和负序电流，剩余的则为电网负载端的零序电流IN0，该电流相位以电网电压相角ω0为参考，以此确定电网负载端零序电流的相位；
3)控制器再下发一个补偿指令，该补偿指令经过调理后驱动拓扑输出与负载零序电流大小相等、方向相反的补偿零序电流-IN0，补偿零序电流由A、B相平均分配，即IAN＝IBN，且IN0＝IAN+IBN，补偿零序电流与负载电流矢量叠加，最终在电网侧零序电流被抵消掉。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构，其采用了两个半桥桥臂、两组LCL输出滤波器以及直流侧母线支撑电容，整个结构简单，与现有的三相两电平三桥臂拓扑相比，减少了2个开关器件、一组LCL输出滤波器及一相驱动电路；而且在装置空间一定的条件下，直流侧母线支撑电容的容纳数量可以多几个，这样能够提高该拓扑结构的零序电流补偿能力，扩大装置的功率密度；另外装置的有功损耗主要是由开关器件造成的，减少了一相，使得装置产生的有损功耗可降低约30％，达到了配网系统节能降损的目的。
附图说明
图1为现有技术中的三相两电平三桥臂拓扑结构；
图2为本发明所述的应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构；
图3为本发明所述应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构的系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构，该拓扑结构包括两个半桥桥臂、直流侧母线支撑电容及两组LCL输出滤波器，每个桥臂均由上、下两个开关器件串联而成，每组LCL输出滤波器均包括逆变侧电感、电网侧电感及滤波电容，两组LCL输出滤波器与两个桥臂相一一对应，每组LCL输出滤波器中的逆变侧电感与与其对应的桥臂上的两个开关器件的连接中点相连；电网侧电感与电网的任意一相相连；滤波电容的一端接入逆变侧电感和电网侧电感之间、另一端接入电网N线，每个桥臂的上开关器件的上节点连接直流母线的正输入端、下开关器件的下节点连接直流母线的负输入端，直流母线正、负输入端间接直流侧母线支撑电容，所述直流侧母线支撑电容由多组电解电容并联而成，每组电解电容均包括两个串联的电解电容，每组电解电容中的两个电解电容的连接中点接电网N线。
为了最大程度的提高装置功率密度，这里，桥臂上的开关器件采用了S iC-MOS器件，S iC-MOS器件可以极大的提高拓扑开关的频率，从而减小LCL输出滤波器的体积，实现高功率密度。
采用上述应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构进行对电网的三相不平衡进行治理过程如下：
将上述拓扑结构接入电网，主拓扑输入接电网三相中的任意两相，剩余一相作为电网电压检测及锁相环锁相，电网的N线接直流侧母线支撑电容的中点，以下以电网A、B相接主拓扑为例进行分析。
参见图3所示，首先检测电网电压，由于只有两相，因此采样调理完成后，需要根据采样电压，拟合出另外一相电网电压，然后软锁相环(SPLL)锁相电网电压，得到电压相角ω0。再通过N线电流互感器检测电网负载端的N线电流IN，经过一系列调理后，转化为控制信号送入补偿装置的控制器，由控制器对电网负载N线电流矢量分解，剔除正序电流、负序电流等，剩余的则为电网负载端的零序电流IN0，该电流相位以电网电压相角ω0为参考，以此确定电网负载端零序电流的相位，接着控制器再下发一个补偿指令，该补偿指令经过一系列调理后驱动装置主拓扑输出与负载零序电流大小相等、方向相反(与负载电流相位差180°)的补偿零序电流-IN0，补偿零序电流由A、B相平均分配，即IAN＝IBN，且IN0＝IAN+IBN，补偿零序电流与负载电流矢量叠加，最终在电网侧零序电流被抵消掉，以达到配网系统节能降损的目的。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种应用于配网三相不平衡治理的拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构包括两个半桥桥臂、直流侧母线支撑电容及两组LCL输出滤波器，每个桥臂均由上、下两个开关器件串联而成，每组LCL输出滤波器均包括逆变侧电感、电网侧电感及滤波电容，两组LCL输出滤波器与两个桥臂相一一对应，每组LCL输出滤波器中的逆变侧电感与与其对应的桥臂上的两个开关器件的连接中点相连；电网侧电感与电网的任意一相相连；滤波电容的一端接入逆变侧电感和电网侧电感之间、另一端接入电网N线，每个桥臂的上开关器件的上节点连接直流母线的正输入端、下开关器件的下节点连接直流母线的负输入端，直流母线正、负输入端间接直流侧母线支撑电容，所述直流侧母线支撑电容由多组电解电容并联而成，每组电解电容均包括两个串联的电解电容，每组电解电容中的两个电解电容的连接中点接电网N线，所述桥臂上的开关器件采用了SiC-MOS器件；
所述拓扑结构的控制方法包括以下步骤：
1）采集电网A相、B相电压，拟合出C相电网电压，而后采用软锁相环锁相电网电压，得到电压相角ω0；
2）通过N线互感器检测电网负载端的N线电流I N ，经调理后转化为控制信号送入补偿装置的控制器，由控制器对电网负载N线电流矢量分解，剔除正序电流和负序电流，剩余的则为电网负载端的零序电流I N0 ，该电流相位以电网电压相角ω0为参考，以此确定电网负载端零序电流的相位；
3）控制器再下发一个补偿指令，该补偿指令经过调理后驱动拓扑输出与负载零序电流大小相等、方向相反的补偿零序电流-I N0 ，补偿零序电流由A、B相平均分配，即I AN =I BN ，且I N0 = I AN +I BN ，补偿零序电流与负载电流矢量叠加，最终在电网侧零序电流被抵消掉。
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