CN208386154U - 一种中压侧电能质量多目标综合治理系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，10kV电源接入各自移相变压器，变压器副边通过移相实现N组三相输出，移相变压器输出的N组电压通过各自功率单元中的整流桥实现三相整流，输出直流电压，多路电源经过移相、整流后在直流侧并联；每级功率单元的逆变输出部分由控制器和N个级联H桥逆变电路组成，每级H桥逆变电路通过控制器将直流电压逆变为交流电压，N个H桥逆变电路输出串联；输出分为三个独立的三相，组合成三个线电压为10kV的三相电源系统，稳定10kV给负载供电。实现电网侧与负荷侧的扰动隔离，可能有效满足谐波、电压暂降、三相不平衡等多目标电能质量治理问题，同时装置无需复杂的检测算法，具有零时间响应的优点。

Description

一种中压侧电能质量多目标综合治理系统
技术领域
本实用新型属于配网电能质量综合治理技术领域，具体是一种中压侧电能质量多目标综合治理系统。
背景技术
目前，以精密加工、芯片电子制造、数据中心等为代表的高端敏感用户具有经济产值高、示范效应强、供电质量要求高等特点，是我国电力体制改革背景下，售电侧多经营主体的市场竞争热点。作为电力供应的服务方，电网企业为在优质服务、市场竞争中赢得主动，针对电能质量问题提出并实施电网侧综合解决方案意义重大：一方面在以电能质量、优质供电为主要竞争优势和手段的售电市场竞争局面下，传统仅依靠用户层级治理电能质量的方式已难以适应技术发展和市场要求；另一方面，目前单一电能质量问题治理技术在多类电能质量问题并存的场景下面临功能单一、投资冗余、运维分散，难以实现全局最优等问题。因此，亟待开展配电网电能质量多目标综合治理关键技术研究与示范，为公司核心业务提供有力支撑。
多类电能质量问题的分散式治理存在治理设备投资巨大，运维费用昂贵，多目标分散式治理难以实现优化协调控制等问题。电能质量的治理可在公用电网级、工厂电网级、敏感设备级分级、分别或协同采取措施予以治理。当前的治理手段主要集中于工厂电网级和敏感设备级，尚无手段能够在10kV公用配电网层级为电压暂降、波动、谐波、三相不平衡、无功不足等多类电能质量问题的综合治理提供集约化、一体化解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，实现电网侧与负荷侧的扰动隔离，可能有效满足谐波、电压暂降、三相不平衡等多目标电能质量治理问题，同时装置无需复杂的检测算法，具有零时间响应的优点。
本实用新型的技术方案：
一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，包括输入整流单元、功率单元以及输出供电单元，
所述输入整流单元包括输入侧连接的10kV中压电源线路，10kV中压电源线路连接到移相变压器，移相变压器的副边连接到功率单元，移相变压器将10kV中压电源线路移相输出三相电压；
所述功率单元包括储能管理系统、三相桥式整流电路以及H桥逆变电路，所述移相变压器的副边连接到三相桥式整流电路的输入端，三相桥式整流电路将移相变压器输出的交流电压整流成直流电压，所述三相桥式整流电路的输出端连接到H桥逆变电路的输入端，H桥逆变电路的输入端还连接有支撑电容以及与支撑电容串联的储能管理系统，H桥逆变电路的输出端串联连接到输出供电单元用于将直流电压逆变能交流电压；
所述输出供电单元连接用户负载，用于将H桥逆变电路逆变的三相交流电压合成三个线电压为10kV的三相电源系统，稳定10kV给用户负载供电；
所述储能管理系统、三相桥式整流电路以及H桥逆变电路均连接到监测系统和控制器。
所述储能管理系统包括由电池组或超级电容组组成的储能单元，储能单元连接双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器与储能单元和支撑电容之间均设置有开关装置。
所述H桥逆变电路由IGBT连接而成。
所述控制器通过PWM控制器调节H桥逆变电路的调制比以及通过PI控制器进一步调节H桥逆变电路的输出电压。
本实用新型的有益效果是：本实用新型能够在10kV公用配电网层级为电压暂降、波动、谐波、三相不平衡、无功不足等多类电能质量问题的综合治理提供集约化、一体化解决方案。同时能隔离负荷侧的扰动传递到电网侧，采用冗余设计提高可靠性，并利用硬件冗余的特点减少对储能装置的依赖，同时具备零时间影响、控制简单可靠等特点。
附图说明
图1为本实用新型系统整体结构示意图；
图2为本实用新型功率单元结构示意图；
图3为本实用新型系统治理方法流程示意图；
图4为本实用新型H桥逆变电路控制流程示意图；
图5为本实用新型效果对比示意图。
图中标号分别表示：1—10kV中压电源线路，2—移相变压器，3—用户负载，4—功率单元，40—储能管理系统，41—三相桥式整流电路，42—支撑电容，43—H桥逆变电路，44—储能单元，45—双向DC/DC变换器，46—开关装置。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的技术方案：
请参阅图1和图2一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，包括输入整流单元、功率单元以及输出供电单元，图1中N＝8，m＝2；图1中A1～A16,B1～B16,C1～C16为功率单元
所述输入整流单元包括输入侧连接的10kV中压线路1，10kV中压线路1连接到移相变压器2，移相变压器2的副边连接到功率单元4，移相变压器2将10kV中压线路1移相输出三相电压；
所述功率单元4包括储能管理系统40、三相桥式整流电路41以及H桥逆变电路43，所述移相变压器2的副边连接到三相桥式整流电路41的输入端，三相桥式整流电路41将移相变压器2输出的交流电压整流成直流电压，所述三相桥式整流电路41的输出端连接到H桥逆变电路43的输入端，H桥逆变电路43的输入端还连接有支撑电容42以及与支撑电容42串联的储能管理系统40，H桥逆变电路43的输出端串联连接到输出供电单元用于将直流电压逆变能交流电压；
所述输出供电单元连接用户负载3，用于将H桥逆变电路43逆变的三相交流电压合成三个线电压为10kV的三相电源系统，稳定10kV给用户负载3供电；
所述储能管理系统40、三相桥式整流电路41以及H桥逆变电路43均连接到监测系统和控制器。
所述储能管理系统40包括由电池组或超级电容组组成的储能单元44，储能单元44连接双向DC/DC变换器45，所述双向DC/DC变换器45与储能单元44和支撑电容42之间均设置有开关装置46。
所述H桥逆变电路43由IGBT连接而成。
所述控制器通过PWM控制器调节H桥逆变电路的调制比以及通过PI控制器进一步调节H桥逆变电路的输出电压。
请参阅图3和图4，利用中压侧电能质量多目标综合治理系统进行治理的方法，包括以下具体步骤，
S1.一路或多路10kV电源接入各自移相变压器，变压器副边通过移相实现N组三相输出，N不小于8，每组输出相电压有效值Ui，满足N*Ui>m*5.77kV，m为冗余系数，m>1.2；
S2.移相变压器输出的N组电压通过各自功率单元中的整流桥实现三相整流，输出直流电压，多路电源经过移相、整流后在直流侧并联；
S3.监测系统实现直流环节电压监视并通过储能管理系统实现直流环节电压控制，当直流侧电压下降至正常情况下的1/m以下时，储能管理系统控制储能单元投入支撑直流电压，保证直流侧电压在正常情况值的波动范围是1/m～1；
S4.每级功率单元的逆变输出部分由控制器和N个级联H桥逆变电路组成，每级H桥逆变电路通过控制器将直流电压逆变为交流电压Uo，N个H桥逆变电路输出串联，满足相电压N*Uo＝5.77kV；
S5.输出分为三个独立的三相，组合成三个线电压为10kV的三相电源系统，稳定10kV给负载供电。
所述步骤S3中储能管理系统对储能单元的充放电控制通过双向DC/DC变换器来实现，在储能单元的充放电过程中，储能管理系统根据逆变单元直流母线电压的变化实时调整DC/DC变换器输出脉冲的占空比，使得储能单元能够按照预先设定的充放电特性曲线对电能进行充放，保证直流侧电压在正常情况值的波动范围是1/m～1；在储能单元需要更换或维护时，系统控制DC/DC变换器的输出电流为零，断开自动开关，从而保证维护过程的安全方便。
如图4所示，所述步骤S4中，监测系统不断检测各级H桥逆变电路的输出电流及电压，控制器根据各级H桥逆变电路电压、电流是否在正常范围内，判定各级H桥逆变电路是否工作正常，当存在一级H桥逆变电路输出不正常时，系统将对该级进行旁路，控制器使剩余N-1级H桥逆变电路调制比变大，使得最终输出电压不变；
监测系统不断检测各H桥逆变电路直流环节电压，并实时计算其与正常情况下的比值p，控制器根据p的大小调节各级H桥逆变电路输出，当判定p<1/m时，控制器对储能管理系统发出指令，储能管理系统改变双向DC/DC变换器输出，使得储能单元开始放电，在一段时间内支撑直流系统电压，当判定1/m<p<1时，控制器使得各级H桥逆变电路调制比变大，使得逆变侧输出不变，当判定1<p时，控制器使得各级H桥逆变电路调制比变小，使得逆变侧输出不变；
监测系统检测实际输出电压，并判定各相输出电压与5.77kV的差值s，当s绝对值大于116V时，控制器通过PI控制反馈至各级H桥逆变电路输出，使得最终输出电压稳定在5.77kV。
如图5所示为利用本实用新型方法及系统治理电网电压暂降的波形图，图中由上至下分别为H桥链式单元上的直流母线电压波形、H桥链式单元上的直流支撑电容的电流波形、输出电压波形以及用户负载电流波形。由图可见，当系统发生电压暂降时，在储能单元未投入时直流环节电压会有相应的降低，但输出电压仍保持恒定，并能正常供给负荷电流，因此本实用新型方法能有效治理电压暂降。
本实用新型能够在10kV公用配电网层级为电压暂降、波动、谐波、三相不平衡、无功不足等多类电能质量问题的综合治理提供集约化、一体化解决方案。同时能隔离负荷侧的扰动传递到电网侧，采用冗余设计提高可靠性，并利用硬件冗余的特点减少对储能装置的依赖，同时具备零时间影响、控制简单可靠等特点。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，其特征在于：包括输入整流单元、功率单元以及输出供电单元，
所述输入整流单元包括输入侧连接的10kV中压电源线路，10kV中压电源线路连接到移相变压器，移相变压器的副边连接到功率单元，移相变压器将10kV中压电源线路移相输出三相电压；
所述功率单元包括储能管理系统、三相桥式整流电路以及H桥逆变电路，所述移相变压器的副边连接到三相桥式整流电路的输入端，三相桥式整流电路将移相变压器输出的交流电压整流成直流电压，所述三相桥式整流电路的输出端连接到H桥逆变电路的输入端，H桥逆变电路的输入端还连接有支撑电容以及与支撑电容串联的储能管理系统，H桥逆变电路的输出端串联连接到输出供电单元用于将直流电压逆变能交流电压；
所述输出供电单元连接用户负载，用于将H桥逆变电路逆变的三相交流电压合成三个线电压为10kV的三相电源系统，稳定10kV给用户负载供电；
所述储能管理系统、三相桥式整流电路以及H桥逆变电路均连接到监测系统和控制器。
2.根据权利要求1所述的一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，其特征在于：所述储能管理系统包括由电池组或超级电容组组成的储能单元，储能单元连接双向DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器与储能单元和支撑电容之间均设置有开关装置。
3.根据权利要求1所述的一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，其特征在于：所述H桥逆变电路由IGBT连接而成。
4.根据权利要求3所述的一种中压侧电能质量多目标综合治理系统，其特征在于：所述控制器通过PWM控制器调节H桥逆变电路的调制比以及通过PI控制器进一步调节H桥逆变电路的输出电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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