CN115622068B - 一种配电网供电电压偏差及中断治理装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种配电网供电电压偏差及中断治理装置及其控制方法，该治理装置具有退出、运行两种状态，在运行状态下又细分为五种工作模式，分别为待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式和供电中断补偿模式。采用本发明的控制策略和切换逻辑，结合合理的参数定值，该治理装置各种运行状态、补偿模式下的拓扑清晰、补偿目标明确，能够在进行低电压、过电压、供电中断综合治理的同时，实现兼顾无功功率补偿、功率因数提升、降低网损和削峰填谷。
Description
技术领域
本发明涉及配网技术领域，尤其涉及一种配电网供电电压偏差及中断治理装置及其控制方法。
背景技术
电压作为电能质量的一个重要评价指标，是保障供电服务的基本条件，事关和谐供用电关系的构建和服务社会经济发展的能力。近年来，我国社会经济持续稳定发展，城乡居民消费水平不断提高，特别是受国家“家电下乡”等系列惠民政策的激励，农村用电需求一直保持较快增长趋势，农村配电网建设改造相对滞后，致使部分区域的供电电压偏低（电压值低于国家标准所规定的电压下限值，简称“低电压”），引起设备工作异常，已不能很好满足农村居民正常生产生活用电需求。经调研统计，目前配网负荷具有早晚两个高峰，早间负荷高峰一般在11:00～14:00左右出现，而晚间负荷高峰一般出现在17:00～20:00之间。
与配网低电压问题同时存在的还有配网高电压问题，如凌晨0:00～清晨5:00，此时配网低压用户末端电压会出现10%～15%的电压提升。高电压会使设备损坏，寿命下降，同样会影响农村居民正常生产生活用电需求。由于农村配电网多以架空线路为主，易发生雷击、短路、接地等故障，导致线路跳闸进而引发供电电压中断，恢复供电时间长，供电可靠性低。
目前低压配网调压技术手段主要有投切并联电容器和变压器分接头调节，由于并联电容器主要加装于配网台区变压器低压侧，对末端的低电压问题无能为力，而安装于负荷侧的少量并联电容器在空载时间段又容易产生无功返送、末端电压过高等问题，农网的自然功率因数较高进一步降低了采用并联电容器调压的可行性。变压器分接头切换需要停电操作，无法自动切换，自动化程度低，灵活性差，一般不作为配网的短时调压措施使用。目前配网缺乏有效的电压补偿装置，现有技术通过无功功率功率、抵消线路感性电抗、调节变压器分接头等均效果欠佳，对供电中断更是无能为力。
发明内容
本发明提供了一种配电网供电电压偏差及中断治理装置及其控制方法，本发明的装置安装于频繁出现过电压、低电压和电压中断问题的配网线路末端，靠近用电负荷安装,将三台单相串联变压器接入电源和负载中间，通过三台单相串联变压器注入电网一个电压波形，与电网电压波形反向叠加后，为负荷供电，使负荷端电压得到降低。本发明采用如下技术方案：
一种配电网供电电压偏差及中断治理装置，该治理装置包括电源侧A相、B相、C相接线端子，电源侧进线断路器Q1，变压器网侧对地短接断路器Q2，A相、B相、C相串联变压器，负荷侧出线断路器Q3，装置旁路断路器Q4，负荷侧A相、B相、C相接线端子，A相、B相、C相上桥臂二极管和IGBT，A相、B相、C相下桥臂二极管和IGBT、直流储能电池组、A相、B相、C相滤波阻尼电阻器Ra、Rb、Rc，A相、B相、C相滤波电容器Ca、Cb、Cc；
电源侧A相、B相、C相三相交流电压源分别和电源侧A相、B相、C相接线端子相连；
电源侧进线断路器Q1的上口分别和电源侧A相、B相、C相接线端子连接，电源侧进线断路器Q1的下口分别和A相、B相、C相串联变压器的一次绕组的非同名端连接；
变压器网侧对地短接断路器Q2的上口与电源侧进线断路器Q1的下口连接，所述变压器网侧对地短接断路器Q2的下口接地；
A相串联变压器的一次绕组的非同名端分别与电源侧进线断路器Q1的下口连接，一次绕组的同名端分别与负荷侧出线断路器Q3的上口连接；A相串联变压器的二次绕组的非同名端接地，二次绕组的同名端分别与电压源换流器的交流A相、B相、C相交流端口连接；
负荷侧出线断路器Q3的下口分别与负荷侧A相、B相、C相接线端子连接；
装置旁路断路器Q4的上口分别与电源侧A相、B相、C相接线端子连接，下口分别与负荷侧A相、B相、C相接线端子连接；
A相上桥臂二极管和IGBT、B相上桥臂二极管和IGBT、C相上桥臂二极管和IGBT、A相下桥臂二极管和IGBT、B相下桥臂二极管和IGBT、C相下桥臂二极管和IGBT采用三相桥式电压源换流器接线方式。
进一步的，所述三相桥式电压源换流器接线方式，包括：A相上桥臂的IGBT的发射极与A相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流A相端口连接；B相上桥臂的IGBT的发射极与B相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流B相端口连接；C相上桥臂的IGBT的发射极与C相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流C相端口连接；
A相、B相、C相上桥臂的三个IGBT的集电极短接在一起，并与直流正极端口DC+连接；A相、B相、C相下桥臂的三个IGBT的发射极短接在一起，与直流负极端口DC-连接。
进一步的，A相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：A相上桥臂二极管的阳极和A相上桥臂的IGBT的发射极一并与A相串联变压器的二次绕组的同名端连接，A相上桥臂二极管的阴极和A相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口DC+相连；
B相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：B相上桥臂二极管的阳极和B相上桥臂的IGBT的发射极一并与B相串联变压器的二次绕组的同名端相连，B相上桥臂二极管的阴极和B相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口DC+相连；
C相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：C相上桥臂二极管的阳极和C相上桥臂的IGBT的发射极一并与C相串联变压器的二次绕组的同名端相连，C相上桥臂二极管的阴极和C相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口DC+相连。
进一步的，A相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：A相下桥臂二极管的阴极和A相下桥臂的IGBT的集电极一并与A相串联变压器的二次绕组的同名端相连，A相下桥臂二极管的阳极和A相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口DC-相连；
B相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：B相下桥臂二极管的阴极和B相下桥臂的IGBT的集电极一并与B相串联变压器的二次绕组的同名端相连，B相下桥臂二极管的阳极和B相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口DC-相连；
C相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：C相下桥臂二极管的阴极和C相下桥臂的IGBT的集电极一并与C相串联变压器的二次绕组的同名端相连，C相下桥臂二极管的阳极和C相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口DC-相连。
进一步的，A相滤波电容器Ca、B相滤波电容器Cb、C相滤波电容器Cc采用三相星形接线，三相输出侧分别串联A相滤波阻尼电阻器Ra、B相滤波阻尼电阻器Rb、C相滤波阻尼电阻器Rc后接至电压源换流器的交流A相、交流B相以及交流C相端口；
电源侧进线断路器Q1和变压器网侧对地短接断路器Q2存在互锁关系，仅当电源侧进线断路器Q1断开时，才允许变压器网侧对地短接断路器Q2闭合；仅当变压器网侧对地短接断路器Q2断开时，才允许电源侧进线断路器Q1闭合。
一种配电网供电电压偏差及中断治理方法，该方法应用于上述治理装置中，其特征在于，所述治理装置具有退出状态、工作状态这两种状态；所述工作状态包括待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式、供电中断补偿模式，这五种工作模式。
进一步的，该治理装置处于待机模式、电池组充放电模式、低电压治理和高电压治理模式时，选择开关K0的第一路与第二路连通；该治理装置处于供电中断治理模式时，选择开关K0的第一路与第三路连通。
进一步的，所述电池组充放电模式的控制策略包括：
将采集直流端口电池组端电压Udc信号输入加法器J3的“-”端，直流电压目标值Uset4输入加法器J3的“+”端，加法器J3的输出量输入比例积分器PI2的输入端，比例积分器PI2的输出端接入解耦控制器的输入端子id *；
采集电源侧A相、B相、C相接线端子处的电流信号，得到三个电流信号Isa、Isb和Isc，对所述三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量isd和交轴电流分量isq，将交轴电流分量isq输入加法器J4的“-”端，将数值0输入加法器J4的“+”端，加法器J4的输出端输入比例积分器PI3的输入端，比例积分器PI3的输出端接入解耦控制器的输入端子iq *；
采集装置出口侧三相电流信号，得到三个电流信号Ia、Ib和Ic，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的id和iq输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的ud和uq输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω分别输入解耦控制器的输入端子L、输入端子ω，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换，以得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K1后作为PWM11～PWM16信号输出；当K1闭合、K2和K3断开时，PWM11～PWM16信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使该治理装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子之间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc。
进一步的，低电压补偿模式、高电压补偿模式的控制策略，包括：
采集该治理装置出口侧三相电流Ia、Ib和Ic信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的id和iq输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的ud和uq输入端子；
采集负荷侧电压信号，分别为Ula、Ulb和Ulc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量uld和交轴电压分量ulq，将直轴电压分量uld输入加法器J5的“-”端，将数值U*输入加法器J5的“+”端，加法器J5的输出端输入比例积分器PI4的输入端，PI4的输出端接入解耦控制器的id *输入端子；
采集电源侧三相电流Isa、Isb和Isc信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量isd和交轴电流分量isq，将交轴电流分量isq输入加法器J6的“-”端，将数值0输入加法器J6的“+”端，加法器J6的输出端输入比例积分器PI5的输入端，PI5的输出端接入解耦控制器的iq *输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω分别输入解耦控制器的输入端子L、输入端子ω，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K2后作为PWM21～PWM26信号输出；当K2闭合、K1和K3断开时，PWM21～PWM26信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使该治理装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc。
进一步的，供电中断补偿模式的控制策略，包括：
采集该治理装置出口侧三相电流Ia、Ib和Ic信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的id和iq输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的ud和uq输入端子；
采集负荷侧电压信号，分别为Ula、Ulb和Ulc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量uld和交轴电压分量ulq，将直轴电压分量uld输入加法器J7的“-”端，将数值U*输入加法器J7的“+”端，加法器J7的输出端输入比例积分器PI6的输入端，PI6的输出端接入解耦控制器的id *输入端子；将交轴电压分量ulq输入加法器J8的“-”端，将数值0输入加法器J8的“+”端，加法器J8的输出端输入比例积分器PI7的输入端，PI7的输出端接入解耦控制器的iq *输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω输入解耦控制器的L和ω输入端子，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K3后作为PWM31～PWM36信号输出；当K3闭合，K1和K2断开时，PWM31～PWM36信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使本方面装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc。
通过本发明实施例，可以获得如下技术效果：
（1）本发明的装置不仅能够治理低电压，而且能够兼顾高电压和供电电压中断的治理，具有功能丰富的优势；此外，还具有深度的低电压补偿能力，常见的并联电容器的电压提升能力一般不大于5%，串联电容器电压提升能力不大于10%，而本发明的装置的低电压补偿能力理论上可以达到100%；
（2）本发明的装置不仅能够补偿无功功率远距离传输引起的低电压，而且能够解决有功功率在电网传输产生的电压损失；本发明的装置能够在线路雷击、短路、接地故障时主动断开电源网络、隔离故障，保证负荷连续供电，提高供电可靠性；本发明的装置在高电压和低电压治理期间，对接入点的无功功率也进行了补偿（补偿后电源侧功率因数接近1），具备了无功补偿功能，从而提高了功率因数，降低了网损；
（3）本发明装置的补偿电压目标值连续可调，既可以升压，也可以降压，以适应不同负荷需求，使用电设备始终处于最佳运行电压区间；本发明的装置在用电高峰期治理低电压，通过内部储存的电能为负荷供电，减轻了电网高峰负荷，在用电低谷期治理高电压，从电网吸收能力为内部电池组充电，提升了电网低谷期负荷，因此，本发明装置具有显著的“削峰填谷”效应，有助于电网减轻备用电源容量，提升电源和电网设备的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
图1为本发明装置的电气主接线图；
图2为角频率ω和弧度角θs计算生成策略的示意图；
图3为电池组充放电模式的控制策略示意图；
图4为低电压补偿模式、高电压补偿模式的控制策略示意图；
图5为供电中断补偿模式的控制策略示意图；
图6为解耦控制器的执行逻辑示意图；
图7为工作模式和工作状态（模式）切换流程；
图8为低电压治理时电源侧、装置输出侧和负荷侧电压波形；
图9为高电压治理时电源侧、装置输出侧和负荷侧电压波形；
图10为电压中断治理时电源侧、装置输出侧和负荷侧电压波形。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为配电网供电电压偏差及中断治理装置的电气主接线图，该治理装置包括电源侧A相接线端子1、电源侧B相接线端子2、电源侧C相接线端子3、电源侧进线断路器Q14、变压器网侧对地短接断路器Q25、A相串联变压器10、B相串联变压器11、C相串联变压器12、负荷侧出线断路器Q36、装置旁路断路器Q47、负荷侧A相接线端子19、负荷侧B相接线端子20、负荷侧C相接线端子21、A相上桥臂二极管22和IGBT23、B相上桥臂二极管24和IGBT25、C相上桥臂二极管26和IGBT27、A相下桥臂二极管28和IGBT29、B相下桥臂二极管30和IGBT31、C相下桥臂二极管32和IGBT33、直流储能电池组34、A相滤波阻尼电阻器Ra13、B相滤波阻尼电阻器Rb14、C相滤波阻尼电阻器Rc15、A相滤波电容器Ca16、B相滤波电容器Cb17、C相滤波电容器Cc18。
电源侧A相、B相、C相三相交流电压源分别和电源侧A、B相、C相接线端子相连；
电源侧进线断路器Q1的上口分别和电源侧A相、B相、C相接线端子连接，电源侧进线断路器Q1的下口分别和A相、B相、C相串联变压器的一次绕组的非同名端连接；在图中为接于一次回路且没有标注“*”的端子；
变压器网侧对地短接断路器Q2的上口与电源侧进线断路器Q1的下口连接，所述变压器网侧对地短接断路器Q2的下口接地；
A相串联变压器的一次绕组的非同名端分别与电源侧进线断路器Q1的下口连接，一次绕组的同名端分别与负荷侧出线断路器Q3的上口连接；A相串联变压器的二次绕组的非同名端接地，二次绕组的同名端分别与电压源换流器的交流A相、B相、C相交流端口连接；
负荷侧出线断路器Q3的下口分别与负荷侧A相、B相、C相接线端子连接；
装置旁路断路器Q4的上口分别与电源侧A相、B相、C相接线端子连接，下口分别与负荷侧A相、B相、C相接线端子连接；
A相上桥臂二极管和IGBT、B相上桥臂二极管和IGBT、C相上桥臂二极管和IGBT、A相下桥臂二极管和IGBT、B相下桥臂二极管和IGBT、C相下桥臂二极管和IGBT采用三相桥式电压源换流器接线方式，具体连接方式如下：
A相上桥臂的IGBT的发射极与A相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流A相端口连接；B相上桥臂的IGBT的发射极与B相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流B相端口连接；C相上桥臂的IGBT的发射极与C相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流C相端口连接；
A相、B相、C相上桥臂的三个IGBT的集电极短接在一起，并与直流正极端口（DC+）连接；A相、B相、C相下桥臂的三个IGBT的发射极短接在一起，与直流负极端口（DC-）连接。
A相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，具体连接方式如下：A相上桥臂二极管的阳极和A相上桥臂的IGBT的发射极一并与A相串联变压器的二次绕组的同名端连接，A相上桥臂二极管的阴极和A相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口（DC+）相连。
B相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，具体连接方式如下：B相上桥臂二极管的阳极和B相上桥臂的IGBT的发射极一并与B相串联变压器的二次绕组的同名端相连，B相上桥臂二极管的阴极和B相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口（DC+）相连。
C相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，具体连接方式如下：C相上桥臂二极管的阳极和C相上桥臂的IGBT的发射极一并与C相串联变压器的二次绕组的同名端相连，C相上桥臂二极管的阴极和C相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口（DC+）相连。
A相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，具体连接方式如下：A相下桥臂二极管的阴极和A相下桥臂的IGBT的集电极一并与A相串联变压器的二次绕组的同名端相连，A相下桥臂二极管的阳极和A相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口（DC-）相连。
B相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，具体连接方式如下：B相下桥臂二极管的阴极和B相下桥臂的IGBT的集电极一并与B相串联变压器的二次绕组的同名端相连，B相下桥臂二极管的阳极和B相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口（DC-）相连。
C相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，具体连接方式如下：C相下桥臂二极管的阴极和C相下桥臂的IGBT的集电极一并与C相串联变压器的二次绕组的同名端相连，C相下桥臂二极管的阳极和C相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口（DC-）相连。
直流储能电池采用磷酸铁锂电池构成的大容量电池簇，其正极与直流正极端口（DC+）相连，负极与直流负极端口（DC-）相连。
A相滤波电容器Ca、B相滤波电容器Cb、C相滤波电容器Cc采用三相星形接线，三相输出侧分别串联A相滤波阻尼电阻器Ra、B相滤波阻尼电阻器Rb、C相滤波阻尼电阻器Rc后接至电压源换流器的交流A相、交流B相以及交流C相端口。
电源侧进线断路器Q1和变压器网侧对地短接断路器Q2存在互锁关系，仅当电源侧进线断路器Q1断开时，才允许变压器网侧对地短接断路器Q2闭合；仅当变压器网侧对地短接断路器Q2断开时，才允许电源侧进线断路器Q1闭合。
图2为角频率ω和弧度角θs计算生成策略的示意图。该治理装置处于待机模式、电池组充放电模式、低电压治理和高电压治理模式时，选择开关K0的第一路与第二路连通；该治理装置处于供电中断治理模式时，选择开关K0的第一路与第三路连通。
采集电源侧A相、B相、C相接线端子处的电压信号，得到三个电压信号Usa、Usb和Usc；对所述三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量usd和交轴电压分量usq，将交轴电压分量usq与数值0分别输入加法器J1的“-”端和“+”端，加法器J1的输出量输入比例积分控制器PI1，比例积分控制器PI1的输出端接入选择开关K0的第二路，选择开关K0的第三路接入数值0，选择开关K0的第一路接入加法器J2的“+”端，加法器J2的另一个“+”端接入额定角频率ω0，加法器J2输出端为角频率ω，将ω进行积分，输出即为电压相位弧度角θs，其数值同时作为各abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换参考角。输出角频率ω和电压相位弧度角θs供控制策略其他计算模块使用。
图3为电池组充放电模式的控制策略示意图，将采集直流端口电池组端电压Udc信号输入加法器J3的“-”端，直流电压目标值Uset4输入加法器J3的“+”端，加法器J3的输出量输入比例积分器PI2的输入端，比例积分器PI2的输出端接入解耦控制器的输入端子id *；
采集电源侧A相、B相、C相接线端子处的电流信号，得到三个电流信号Isa、Isb和Isc，对所述三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量isd和交轴电流分量isq，将交轴电流分量isq输入加法器J4的“-”端，将数值0输入加法器J4的“+”端，加法器J4的输出端输入比例积分器PI3的输入端，比例积分器PI3的输出端接入解耦控制器的输入端子iq *；
采集装置出口侧三相电流信号，得到三个电流信号Ia、Ib和Ic，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的id和iq输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的ud和uq输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω分别输入解耦控制器的输入端子L、输入端子ω，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换，以得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K1后作为PWM11～PWM16信号输出；当K1闭合、K2和K3断开时，PWM11～PWM16信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使该治理装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子之间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc。
图4为低电压补偿模式、高电压补偿模式的控制策略示意图。采集该治理装置出口侧三相电流Ia、Ib和Ic信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的id和iq输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的ud和uq输入端子；
采集负荷侧电压信号，分别为Ula、Ulb和Ulc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量uld和交轴电压分量ulq，将直轴电压分量uld输入加法器J5的“-”端，将数值U*输入加法器J5的“+”端，加法器J5的输出端输入比例积分器PI4的输入端，PI4的输出端接入解耦控制器的id *输入端子；
采集电源侧三相电流Isa、Isb和Isc信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量isd和交轴电流分量isq，将交轴电流分量isq输入加法器J6的“-”端，将数值0输入加法器J6的“+”端，加法器J6的输出端输入比例积分器PI5的输入端，PI5的输出端接入解耦控制器的iq *输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω分别输入解耦控制器的输入端子L、输入端子ω，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K2后作为PWM21～PWM26信号输出；当K2闭合、K1和K3断开时，PWM21～PWM26信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使该治理装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc。
图5为供电中断补偿模式的控制策略示意图。采集该治理装置出口侧三相电流Ia、Ib和Ic信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的id和iq输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的ud和uq输入端子；
采集负荷侧电压信号，分别为Ula、Ulb和Ulc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量uld和交轴电压分量ulq，将直轴电压分量uld输入加法器J7的“-”端，将数值U*输入加法器J7的“+”端，加法器J7的输出端输入比例积分器PI6的输入端，PI6的输出端接入解耦控制器的id *输入端子；将交轴电压分量ulq输入加法器J8的“-”端，将数值0输入加法器J8的“+”端，加法器J8的输出端输入比例积分器PI7的输入端，PI7的输出端接入解耦控制器的iq *输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω输入解耦控制器的L和ω输入端子，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K3后作为PWM31～PWM36信号输出；当K3闭合，K1和K2断开时，PWM31～PWM36信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使本方面装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc。
图6为解耦控制器的执行逻辑示意图，解耦控制器的两个输入值包括以下任意一组：直轴电压分量utd和交轴电压分量utq、直轴电流分量id和交轴电流分量iq、直轴电流分量目标值i*d和交轴电流分量目标值i*q、输出值包括直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq、或者漏抗电感值L和角频率ω。
图7为工作模式和工作状态（模式）切换流程。本发明的治理装置具有退出状态、工作状态这两种状态。所述工作状态包括待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式、供电中断补偿模式，这五种工作模式。下面逐一进行介绍：
装置状态1：退出状态。将电源侧进线断路器Q1和负荷侧出线断路器Q3断开，装置旁路断路器Q4闭合，该治理装置与电网和负荷的主回路电气连接全部断开，以进行设备维护检修，在所述退出状态下三相旁路断路器闭合，负荷侧仍可正常用电。
装置状态2：工作状态。将电源侧进线断路器Q1和负荷侧出线断路器Q3闭合，装置旁路断路器Q4断开，该治理装置自动进入工作状态，根据预先设定的工作模式和参数定值工作，进行高电压、低电压和供电电压中断的综合补偿治理。
该治理装置在运行前应设置一组电压、角频率定值，包括电源侧交流电压中断定值Uset1、电源侧交流电压低定值Uset2、电源侧交流电压高定值Uset3、直流电压目标值Uset4、负荷侧目标电压定值U*、负荷侧目标角频率ω0。
该治理装置在工作状态下，又细分为五种工作模式，分别为待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式、供电中断补偿模式。
工作模式1：待机模式。当电源侧交流电压、直流侧电压均处于正常区间，具体指电源侧A相接线端子、电源侧B相接线端子、电源侧C相接线端子三个节点的电压U1a、U1b和U1c有效值均大于Uset2且低于Uset3时，且直流侧电压Udc在参考电压Uset4的95%～100%区间内，即同时满足Uset2<U1a<Uset3、Uset2<U1b<Uset3、Uset2<U1c<Uset3、以及0.95Uset4<Udc<1.05Uset4时，该治理装置进入待机模式。
工作模式2：电池组充放电模式。当电源侧交流电压处于正常运行区间，直流侧电压偏离正常区间，电源侧A相接线端子、电源侧B相接线端子、电源侧C相接线端子三个节点的电压U1a、U1b和U1c有效值均大于Uset2且低于Uset3时，且直流侧电压Udc偏离参考电压Uset4的95%～100%区间时，即同时满足Uset2<U1a<Uset3、Uset2<U1b<Uset3、Uset2<U1c<Uset3、以及Udc<0.95Uset4或Udc>1.05Uset4，该治理装置进入电池组充放电模式；在电池组充放电模式下，如果当前直流端口的电压值Udc高于1.05Uset4时，即Udc>1.05Uset4，该治理装置的储能单元通过三相桥式电压源换流器和串联变压器向电网放电；如果当前直流端口的电压值Udc低于0.95Uset4时，即Udc<0.95Uset4，该治理装置的储能单元通过三相桥式电压源换流器和串联变压器向电网获取电能；当直流侧电压回到正常区间后，即满足0.95Uset4<Udc<1.05Uset4，该治理装置结束电池组充放电模式，返回待机模式。
工作模式3：低电压补偿模式。当电源侧A相接线端子、电源侧B相接线端子、电源侧C相接线端子三个节点的电压U1a、U1b和U1c有效值均大于Uset1且不大于Uset2时，即同时满足Uset<U1≤Uset2，Uset1<U1b≤Uset2和Uset1<U1c≤Uset2时，该治理装置进入低电压补偿模式；在所述低电压补偿模式下，该治理装置的储能单元存储的能量通过三相桥式电压源换流器和串联变压器注入电网，与电源的电压波形正向叠加后为负荷供电，保证负荷侧A相接线端子、负荷侧B相接线端子、负荷侧C相接线端子三个节点的电压处于正常区间，进而治理低电压问题，采取该治理装置进行低电压治理时的电源侧、装置输出侧和负荷侧电压波形如图8所示。
工作模式4：高电压补偿模式。当电源侧A相接线端子、电源侧B相接线端子、电源侧C相接线端子三个节点的电压U1a、U1b和U1c有效值均大于Uset3高电压定值时，即同时满足U1a≥Uset3，U1b≥Uset3和U1c≥Uset3时，该治理装置进入高电压补偿模式；在所述高电压补偿模式下，该治理装置通过三相桥式电压源换流器和串联变压器从电网取能为内部电池组充电，与电源的电压波形反向叠加后为负荷供电，保证负荷侧A相接线端子、负荷侧B相接线端子、负荷侧C相接线端子三个节点的电压处于正常区间，进而治理高电压问题，采取该治理装置进行高电压治理时的电源侧、装置输出侧和负荷侧电压波形如图9所示。
工作模式5：供电中断补偿模式。当电源侧线路由于雷击、短路、接地故障，使供电中断后，该治理装置切换至电压中断补偿模式。首先闭锁三相电压源换流器；然后断开电源侧进线断路器Q1，接着闭合断路器Q2，最后将三相电压源换流器切换至电压中断补偿策略，由发明装置内部储能单元存储的能量通过三相桥式电压源换流器和串联变压器为负荷供电，保证负荷侧A相接线端子19、负荷侧B相接线端子20、负荷侧C相接线端子21三个节点的电压处于正常区间，采取该治理装置进行供电电压中断治理时的电源侧、装置输出侧和负荷侧电压波形如附图10所示。
当电源侧故障消除，电压恢复正常后，该治理装置退出电压中断补偿模式。首先闭锁三相桥式电压源换流器，停止电压中断补偿算法，然后断开断路器Q2，接着闭合断路器Q1，最后，根据不同的电压区间返回不同的运行状态。当电源侧交流电压满足Uset2<U1a<Uset3，Uset2<U1b<Uset3，Uset2<U1c<Uset3时，该治理装置返回待机模式；当电源侧交流电压满足Uset<U1≤Uset2，Uset1<U1b≤Uset2和Uset1<U1c≤Uset2时，该治理装置返回低电压补偿模式；当电源侧交流电压满足U1a≥Uset3，U1b≥Uset3和U1c≥Uset3时，该治理装置返回高电压补偿模式。
如果电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器采用常规断路器，供电中断后负荷侧供电经过上述两组开关的操作后即可实现恢复，因此，该治理装置具备供电中断快速补偿能力。如果电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器均采用快速机械开关（单开关操作时间≤5ms，两组开关的操作时间合计≤10ms），则该治理装置将具备10ms内完成供电中断快速补偿能力，进而保证配网敏感设备的高可靠供电。其他工作模式之间的切换流程和条件，详见附图7所示。
综上所述，该治理装置将三台单相串联变压器接入电源和负载中间，当电网电压正常时，通过串联变压器给装置内部的电池组充电至低于额定电量的一定的数值；当负荷高峰期末端负荷出现低电压时，装置通过三台单相串联变压器注入电网一个电压波形，与电网电压波形叠加后，为负荷供电，使负荷端电压得到提升；当负荷低谷期末端负荷出现高电压时，装置通过三台单相串联变压器注入电网一个电压波形，与电网电压波形反向叠加后，为负荷供电，使负荷端电压得到降低；当供电线路发生雷击、短路、接地等故障使电源侧电压中断时，装置断开电源侧断路器，并闭合三台单相串联变压器电源侧的三相对地断路器，由本发明装置为末端负荷供电，保证了供电连续性。
该治理装置具有退出、运行两种状态下，在运行状态下又细分为五种工作模式，分别为待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式、供电中断补偿模式，各种模式下配置的参数定值包括：电源侧交流电压中断定值Uset1、电源侧交流电压低定值Uset2、电源侧交流电压高定值Uset3、直流电压目标值Uset4、负荷侧目标电压定值U*、负荷侧目标角频率ω0。采用本发明的控制策略和切换逻辑，结合合理的参数定值，该治理装置各种运行状态、补偿模式下的拓扑清晰、补偿目标明确，这是该治理装置能够在进行低电压、过电压、供电中断综合治理的同时，兼顾无功功率补偿、功率因数提升、降低网损、削峰填谷等附加作用的关键。
串联变压器的接线形式、参数设计也是该治理装置实现各种功能的关键，串联变压器由三台单相、双绕组变压器构成，每台变压器的一次绕组串联接入主回路，二次绕组接入三相桥式电压源换流器的交流端口，变压器的漏抗L作为三相桥式电压源换流器与电网的连接电抗器使用，省去了连接电抗器设备，简化了接线，节省了装置内部空间，但其参数必须满足三相桥式电压源换流器接入电网要求。另外，串联变压器的电网侧必须通过独立的断路器完成三台变压器一次绕组三个非同名端的对地短接，从而完成在供电中断模式下切断电源侧网络、隔离故障，同时完成串联变压器接线方式调整，且变压器一次绕组的额定电压应为系统相电压。电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器存在严格的互锁关系，否则将引起设备短路甚至损坏。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种配电网供电电压偏差及中断治理装置，其特征在于，该治理装置包括电源侧A相、B相、C相接线端子，电源侧进线断路器Q1，变压器网侧对地短接断路器Q2，A相、B相、C相串联变压器，负荷侧出线断路器Q3，装置旁路断路器Q4，负荷侧A相、B相、C相接线端子，A相、B相、C相上桥臂二极管和IGBT，A相、B相、C相下桥臂二极管和IGBT、直流储能电池组、A相、B相、C相滤波阻尼电阻器Ra、Rb、Rc，A相、B相、C相滤波电容器Ca、Cb、Cc；
电源侧A相、B相、C相三相交流电压源分别和电源侧A、B相、C相接线端子相连；电源侧进线断路器Q1的上口分别和电源侧A相、B相、C相接线端子连接，电源侧进线断路器Q1的下口分别和A相、B相、C相串联变压器的一次绕组的非同名端连接；
变压器网侧对地短接断路器Q2的上口与电源侧进线断路器Q1的下口连接，所述变压器网侧对地短接断路器Q2的下口接地；
A相串联变压器的一次绕组的非同名端分别与电源侧进线断路器Q1的下口连接，一次绕组的同名端分别与负荷侧出线断路器Q3的上口连接；A相串联变压器的二次绕组的非同名端接地，二次绕组的同名端分别与电压源换流器的交流A相、B相、C相交流端口连接；
负荷侧出线断路器Q3的下口分别与负荷侧A相、B相、C相接线端子连接；
装置旁路断路器Q4的上口分别与电源侧A相、B相、C相接线端子连接，下口分别与负荷侧A相、B相、C相接线端子连接；
A相上桥臂二极管和IGBT、B相上桥臂二极管和IGBT、C相上桥臂二极管和IGBT、A相下桥臂二极管和IGBT、B相下桥臂二极管和IGBT、C相下桥臂二极管和IGBT采用三相桥式电压源换流器接线方式；
所述三相桥式电压源换流器接线方式，包括：A相上桥臂的IGBT的发射极与A相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流A相端口连接；B相上桥臂的IGBT的发射极与B相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流B相端口连接；C相上桥臂的IGBT的发射极与C相下桥臂的IGBT的集电极连接在一起，并与电压源换流器的交流C相端口连接；
A相、B相、C相上桥臂的三个IGBT的集电极短接在一起，并与直流正极端口DC+连接；A相、B相、C相下桥臂的三个IGBT的发射极短接在一起，与直流负极端口DC-连接；A相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：A相上桥臂二极管的阳极和A相上桥臂的IGBT的发射极一并与A相串联变压器的二次绕组的同名端连接，A相上桥臂二极管的阴极和A相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口DC+相连；
B相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：B相上桥臂二极管的阳极和B相上桥臂的IGBT的发射极一并与B相串联变压器的二次绕组的同名端相连，B相上桥臂二极管的阴极和B相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口DC+相连；
C相上桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：C相上桥臂二极管的阳极和C相上桥臂的IGBT的发射极一并与C相串联变压器的二次绕组的同名端相连，C相上桥臂二极管的阴极和C相上桥臂的IGBT的集电极一并与直流正极端口DC+相连；
A相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：A相下桥臂二极管的阴极和A相下桥臂的IGBT的集电极一并与A相串联变压器的二次绕组的同名端相连，A相下桥臂二极管的阳极和A相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口DC-相连；
B相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：B相下桥臂二极管的阴极和B相下桥臂的IGBT的集电极一并与B相串联变压器的二次绕组的同名端相连，B相下桥臂二极管的阳极和B相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口DC-相连；
C相下桥臂二极管和IGBT之间采用逆并联接线方式，包括：C相下桥臂二极管的阴极和C相下桥臂的IGBT的集电极一并与C相串联变压器的二次绕组的同名端相连，C相下桥臂二极管的阳极和C相下桥臂的IGBT的发射极与直流负极端口DC-相连；
A相滤波电容器Ca、B相滤波电容器Cb、C相滤波电容器Cc采用三相星形接线，三相输出侧分别串联A相滤波阻尼电阻器Ra、B相滤波阻尼电阻器Rb、C相滤波阻尼电阻器Rc后接至电压源换流器的交流A相、交流B相以及交流C相端口；
电源侧进线断路器Q1和变压器网侧对地短接断路器Q2存在互锁关系，仅当电源侧进线断路器Q1断开时，才允许变压器网侧对地短接断路器Q2闭合；仅当变压器网侧对地短接断路器Q2断开时，才允许电源侧进线断路器Q1闭合；
所述治理装置具有退出状态、工作状态这两种状态；所述工作状态包括待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式、供电中断补偿模式，这五种工作模式；
在供电中断补偿模式下，当电源侧线路由于雷击、短路、接地故障，使供电中断后，该治理装置切换至电压中断补偿模式；首先闭锁三相电压源换流器；然后断开电源侧进线断路器Q1，接着闭合断路器Q2，最后将三相电压源换流器切换至电压中断补偿策略，由装置内部储能单元存储的能量通过三相桥式电压源换流器和串联变压器为负荷供电，保证负荷侧A相接线端子、负荷侧B相接线端子、负荷侧C相接线端子三个节点的电压处于正常区间；
当电源侧故障消除，电压恢复正常后，该治理装置退出电压中断补偿模式；首先闭锁三相桥式电压源换流器，停止电压中断补偿算法，然后断开断路器Q2，接着闭合断路器Q1，最后，根据不同的电压区间返回不同的运行状态；当电源侧交流电压满足Uset2<U1a<Uset3，Uset2<U1b<Uset3，Uset2<U1c<Uset3时，该治理装置返回待机模式；当电源侧交流电压满足Uset<U1a≤Uset2，Uset1<U1b≤Uset2和Uset1<U1c≤Uset2时，该治理装置返回低电压补偿模式；当电源侧交流电压满足U1a≥Uset3，U1b≥Uset3和U1c≥Uset3时，该治理装置返回高电压补偿模式，其中Ula、Ulb和Ulc为采集负荷侧电压信号，Uset1是电源侧交流电压中断定值，Uset2是电源侧交流电压低定值、Uset3是电源侧交流电压高定值；
如果电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器采用常规断路器，供电中断后负荷侧供电经过上述两组断路器的操作后即可实现恢复；如果电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器均采用快速机械开关，所述快速机械开关的单开关操作时间≤5ms，两组开关的操作时间合计≤10ms。
2.一种配电网供电电压偏差及中断治理方法，该方法应用于如权利要求1所述的治理装置中，其特征在于，所述治理装置具有退出状态、工作状态这两种状态；所述工作状态包括待机模式、电池组充放电模式、低电压补偿模式、高电压补偿模式、供电中断补偿模式，这五种工作模式；
该治理装置处于待机模式、电池组充放电模式、低电压治理和高电压治理模式时，选择开关K0的第一路与第二路连通；该装置处于供电中断治理模式时，选择开关K0的第一路与第三路连通；
所述电池组充放电模式的控制策略包括：
将采集直流端口电池组端电压Udc信号输入加法器J3的“-”端，直流电压目标值Uset4输入加法器J3的“+”端，加法器J3的输出量输入比例积分器PI2的输入端，比例积分器PI2的输出端接入解耦控制器的输入端子“id *”；
采集电源侧A相、B相、C相接线端子处的电流信号，得到三个电流信号Isa、Isb和Isc，对所述三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量isd和交轴电流分量isq，将交轴电流分量isq输入加法器J4的“-”端，将数值0输入加法器J4的“+”端，加法器J4的输出端输入比例积分器PI3的输入端，比例积分器PI3的输出端接入解耦控制器的输入端子“iq *”；
采集装置出口侧三相电流信号，得到三个电流信号Ia、Ib和Ic，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的“id”和“iq”输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的“ud”和“uq”输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω分别输入解耦控制器的输入端子“L”、输入端子“ω”，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换，以得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K1后作为PWM11～PWM16信号输出；当K1闭合、K2和K3断开时，PWM11～PWM16信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使该治理装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子之间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc；
低电压补偿模式、高电压补偿模式的控制策略，包括：
采集该治理装置出口侧三相电流Ia、Ib和Ic信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的“id”和“iq”输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的“ud”和“uq”输入端子；
采集负荷侧电压信号，分别为Ula、Ulb和Ulc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量uld和交轴电压分量ulq，将直轴电压分量uld输入加法器J5的“-”端，将数值U*输入加法器J5的“+”端，加法器J5的输出端输入比例积分器PI4的输入端，PI4的输出端接入解耦控制器的“id *”输入端子；
采集电源侧三相电流Isa、Isb和Isc信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量isd和交轴电流分量isq，将交轴电流分量isq输入加法器J6的“-”端，将数值0输入加法器J6的“+”端，加法器J6的输出端输入比例积分器PI5的输入端，PI5的输出端接入解耦控制器的“iq *”输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω分别输入解耦控制器的输入端子“L”、输入端子“ω”，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K2后作为PWM21～PWM26信号输出；当K2闭合、K1和K3断开时，PWM21～PWM26信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使该治理装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc；
供电中断补偿模式的控制策略，包括：
采集该治理装置出口侧三相电流Ia、Ib和Ic信号，对三个电流信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，弧度角为电压相位弧度角θs，得到直轴电流分量id和交轴电流分量iq，分别输入解耦控制器的“id”和“iq”输入端子；
采集三台串联变压器一次绕组端电压信号，分别为Uta、Utb和Utc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量utd和交轴电压分量utq，分别输入解耦控制器的“ud”和“uq”输入端子；
采集负荷侧电压信号，分别为Ula、Ulb和Ulc，对三个电压信号进行abc静止坐标系到dq旋转坐标系的变换，得到直轴电压分量uld和交轴电压分量ulq，将直轴电压分量uld输入加法器J7的“-”端，将数值U*输入加法器J7的“+”端，加法器J7的输出端输入比例积分器PI6的输入端，PI6的输出端接入解耦控制器的“id *”输入端子；将交轴电压分量ulq输入加法器J8的“-”端，将数值0输入加法器J8的“+”端，加法器J8的输出端输入比例积分器PI7的输入端，PI7的输出端接入解耦控制器的“iq *”输入端子；
同时将串联变压器的漏抗等效电感值L和输出角频率ω输入解耦控制器的“L”和“ω”输入端子，解耦控制器输出直轴电压分量目标值u*td和交轴电压分量目标值u*tq，将u*td和u*tq首先进行dq旋转坐标系到abc静止坐标系到的变换得到u*ta、u*tb和u*tc，再经过PWM信号调制器进行调制后，输出信号串联开关K3后作为PWM31～PWM36信号输出；当K3闭合，K1和K2断开时，PWM31～PWM36信号分别控制三相桥式逆变电路IGBT栅极，使本方面装置通过串联变压器在电源侧端子和负荷侧端子间产生目标电压u*ta、u*tb和u*tc；
在供电中断补偿模式下，当电源侧线路由于雷击、短路、接地故障，使供电中断后，该治理装置切换至电压中断补偿模式；首先闭锁三相电压源换流器；然后断开电源侧进线断路器Q1，接着闭合断路器Q2，最后将三相电压源换流器切换至电压中断补偿策略，由装置内部储能单元存储的能量通过三相桥式电压源换流器和串联变压器为负荷供电，保证负荷侧A相接线端子、负荷侧B相接线端子、负荷侧C相接线端子三个节点的电压处于正常区间；
当电源侧故障消除，电压恢复正常后，该治理装置退出电压中断补偿模式；首先闭锁三相桥式电压源换流器，停止电压中断补偿算法，然后断开断路器Q2，接着闭合断路器Q1，最后，根据不同的电压区间返回不同的运行状态；当电源侧交流电压满足Uset2<U1a<Uset3，Uset2<U1b<Uset3，Uset2<U1c<Uset3时，该治理装置返回待机模式；当电源侧交流电压满足Uset<U1a≤Uset2，Uset1<U1b≤Uset2和Uset1<U1c≤Uset2时，该治理装置返回低电压补偿模式；当电源侧交流电压满足U1a≥Uset3，U1b≥Uset3和U1c≥Uset3时，该治理装置返回高电压补偿模式，其中Ula、Ulb和Ulc为采集负荷侧电压信号，Uset1是电源侧交流电压中断定值，Uset2是电源侧交流电压低定值、Uset3是电源侧交流电压高定值；
如果电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器采用常规断路器，供电中断后负荷侧供电经过上述两组断路器的操作后即可实现恢复；如果电源侧进线断路器和变压器网侧对地短接断路器均采用快速机械开关，所述快速机械开关的单开关操作时间≤5ms，两组开关的操作时间合计≤10ms。
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| CN108964026A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-07 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种用于中压配电网的统一电能质量调节器 |
| WO2021196448A1 (zh) * | 2019-12-30 | 2021-10-07 | 中铁电气化局集团有限公司 | 基于四端口模块化多电平变流器的贯通同相牵引供电系统 |
| CN113922381A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-01-11 | 普世通（北京）电气有限公司 | 一种动态电压恢复器（dvr）装置及其控制方法 |
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| Title |
|---|
| 王兆安 等.《谐波抑制和无功功率补偿》.机械工业出版社,1998,第259、291页. * |
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