專利名稱：一種混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直流電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，用以實(shí)現(xiàn)直流電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，交流電力系統(tǒng)的缺點(diǎn)及局限性日益突出。在交流輸電線路中，除了有導(dǎo)線的電阻損耗外還有交流感抗的損耗，線路損耗大，遠(yuǎn)距離輸電效率低。交流輸電線路中，任意一相發(fā)生永久性故障,必須全線停電,故障損失大。交流輸電必須同步運(yùn)行，交流系統(tǒng)并網(wǎng)還要考慮相位的一致性，控制復(fù)雜。在交流配電網(wǎng)絡(luò)中，交流輸電能力受到同步發(fā)電機(jī)間功角穩(wěn)定性問題的限制，且隨著輸電距離的增大，同步機(jī)間的聯(lián)系電抗增大，電流的相位在交流輸電系統(tǒng)的兩端會(huì)產(chǎn)生顯著的相位差，穩(wěn)定性問題更加突出，使得交流輸配電能力受到更大限制。 與交流電力系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的直流電力系統(tǒng)不存在穩(wěn)定性問題，切換更加容易，運(yùn)行可靠性高；直流輸電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生線路電容電流損耗，輸電效率高；輸送同樣的有功功率情況下，直流配電只有正負(fù)兩極兩根輸電線，無(wú)集膚效應(yīng)，導(dǎo)線截面利用充分，能節(jié)省線材、塔材及線路走廊，輸電容量大，輸送距離遠(yuǎn)；對(duì)絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度要求比交流低，直流電纜絕緣介質(zhì)的投資少，適合海下電纜及城市配電網(wǎng)電纜輸電。采用直流電力系統(tǒng)后，將不再需要目前直流輸電技術(shù)的換流站，成本大幅度降低。直流輸電的兩條架空線通常采取相鄰布線，電流大小相同，方向相反，相距很近，產(chǎn)生的磁場(chǎng)幾乎可以完全抵消，具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)。隨著大量分布式能源接入電力系統(tǒng)，直流電力系統(tǒng)更方便于分布式能源的接入。近年來用戶用電形式中含直流環(huán)節(jié)的電器增多，本質(zhì)上使用直流的電器增多，使用直流配電網(wǎng)之后，減少電能的變換過程，提高電能效率。預(yù)計(jì)在不久的將來，隨著直流技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展及完善，直流電力系統(tǒng)推廣勢(shì)在必行，將會(huì)在電力系統(tǒng)領(lǐng)域與交流電力系統(tǒng)并存甚至取代交流電力系統(tǒng)。隨著社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量以及供電可靠性提出了越來越高的要求。在交流電力系統(tǒng)中，人們已經(jīng)采取一系列FACTS裝置運(yùn)用于交流電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)與治理。但是目前的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置均是針對(duì)于交流電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，很少有關(guān)于直流電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器方面的研究及發(fā)明。一旦直流電力系統(tǒng)投入使用，同樣不可避免地會(huì)遇到類似的電能質(zhì)量問題，現(xiàn)有的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技術(shù)及裝置將基本上無(wú)法適應(yīng)直流電力系統(tǒng)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)直流電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量有效調(diào)節(jié)。一種混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括電壓電流信號(hào)采集單元，其連接控制器，用于采集直流電力系統(tǒng)的母線電壓和電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)預(yù)處理后傳送給控制器；控制器，其分別連接電壓電流信號(hào)采集單元、并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器和儲(chǔ)能單元，用于接收電壓電流信號(hào)采集單元的母線電壓和電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器和儲(chǔ)能單元；用于進(jìn)行電流補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)型補(bǔ)償器，包括第一 DC/DC雙向變換器和第一濾波單元；DC/DC雙向變換器，其分別連接控制器、直流儲(chǔ)能單元和第一濾波單元，用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制自身開關(guān)器件的開斷，從而將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電流輸出給電力系統(tǒng)，或者將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給直流儲(chǔ)能單元；濾波單元，其一端的兩個(gè)端口與第一 DC/DC雙向變換器串聯(lián)，另一端的兩個(gè)端口與直流母線并聯(lián)，用于對(duì)直流儲(chǔ)能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電流進(jìn)行濾波處理。用于進(jìn)行電壓補(bǔ)償?shù)拇?lián)型補(bǔ)償器，包括第二 DC/DC雙向變換和第二濾波單元 器，其分別連接控制器、儲(chǔ)能單元和濾波單元，用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制自身開關(guān)器件的開斷從而將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電壓輸出給電力系統(tǒng)，或者將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元；濾波單元，其一端的兩個(gè)端口與第二 DC/DC雙向變換器并聯(lián)，另一端的兩個(gè)端口與直流母線串聯(lián)，且在該兩串聯(lián)接入點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)電容，用于對(duì)儲(chǔ)能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電壓進(jìn)行濾波處理。儲(chǔ)能單元，其分別連接控制器、并聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器和串聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器，用于接收控制器的控制指令，在該指令控制下接收電力系統(tǒng)通過并聯(lián)型補(bǔ)償器和串聯(lián)型補(bǔ)償器輸出的直流電能或者通過并聯(lián)型補(bǔ)償器和串聯(lián)型補(bǔ)償器向電力系統(tǒng)提供的直流電能。進(jìn)一步地，所述控制指令包括電流補(bǔ)償指令、諧波電流補(bǔ)償指令、電流快速注入指令、電流控制指令、電壓補(bǔ)償指令、諧波電壓補(bǔ)償指令和回路切斷指令。進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)器還包括兩個(gè)隔離型DC/DC雙向變壓器，其中一個(gè)隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊連接并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一濾波單元，原邊并聯(lián)直流母線；另一個(gè)隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊連接串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二濾波單元，原邊串聯(lián)直流母線。本發(fā)明有以下技術(shù)效果(I)本發(fā)明在應(yīng)用中，當(dāng)直流電力系統(tǒng)的母線電壓發(fā)生電壓跌落或上升時(shí)，該混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)向直流電力系統(tǒng)注入直流電流或者吸收直流電流，同時(shí)也可以在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)向直流電力系統(tǒng)提供一個(gè)直流電壓，使直流電力系統(tǒng)的母線電壓保持恒定或者在一定的允許范圍內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定直流電力系統(tǒng)電壓的目的。(2)本發(fā)明在應(yīng)用中，當(dāng)直流電力系統(tǒng)的直流母線上出現(xiàn)諧波電流時(shí)，該混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以濾除直流母線中的諧波電流，或當(dāng)直流電力系統(tǒng)的直流母線上出現(xiàn)諧波電壓時(shí)，該混合型直流系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以濾除直流母線諧波電壓，平滑直流母線電壓及電流波形，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)之間的諧波隔離，阻止諧波在兩者之間雙向流動(dòng)。(3)本發(fā)明在應(yīng)用中，當(dāng)直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)開路故障時(shí)，該混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以在開路故障發(fā)生的第一時(shí)間瞬時(shí)向直流電力系統(tǒng)注入直流電流，在等待備用回路切換過程中暫時(shí)支撐負(fù)荷的運(yùn)行，同時(shí)平抑切換過程引起的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷從故障回路向備用回路的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移，防止開路故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，有利于減少開路故障損失；(4)本發(fā)明在應(yīng)用中，在直流電力系統(tǒng)備用回路與主回路之間進(jìn)行相互切換過程時(shí)，該混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器瞬時(shí)向直流電力系統(tǒng)注入或者吸收直流電流，平抑備用回路與主回路相互切換過程中引起的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。(5)本發(fā)明在應(yīng)用中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)回路的最大通過電流的限制作用，方便對(duì)直流電力系統(tǒng)進(jìn)行控制與管理。(6)本發(fā)明在應(yīng)用中，當(dāng)直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，該混合型直流系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以在短路故障發(fā)生的第一時(shí)間瞬時(shí)切斷回路，限制直流電力系統(tǒng)短路時(shí)故障大電流，有利于快速切除故障，防止短路故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。(7)本發(fā)明在應(yīng)用中，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以為混合型直流系統(tǒng)調(diào)節(jié)器提供或吸收直流系 統(tǒng)能量。(8)本發(fā)明在應(yīng)用中，開關(guān)管可采用IGBT/IGCT/GT0等全控器件，可以實(shí)現(xiàn)快速開通與關(guān)斷，動(dòng)作速度快。(9)本發(fā)明在應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)直流電力系統(tǒng)與調(diào)節(jié)器之間能量的雙向流動(dòng)。(10)本發(fā)明在應(yīng)用中，開關(guān)管產(chǎn)生的高次諧波在通過濾波單元濾除，對(duì)直流電力系統(tǒng)本身影響較小。(11)本發(fā)明在應(yīng)用中，如果調(diào)節(jié)器采用經(jīng)隔離型雙向DC/DC變壓器接入直流電力系統(tǒng)，可以靈活方便地進(jìn)行升壓和降壓，實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的接入要求，便于調(diào)節(jié)器的器件選型與保護(hù)；同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器與直流電力系統(tǒng)的電氣隔離作用。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為并聯(lián)型補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)示意3為串聯(lián)型補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)示意4為實(shí)例的DC/DC雙向變換器I和2的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為實(shí)例的直流儲(chǔ)能單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為實(shí)例的濾波器3和4的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明直接接入直流電力系統(tǒng)的示意圖；圖8為本發(fā)明經(jīng)隔離型DC/DC變壓器接入直流電力系統(tǒng)的示意圖；圖9為本發(fā)明中使用的隔離型DC/DC變壓器的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，圖中的結(jié)構(gòu)都是開放式的，不局限于圖中所畫的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的一種混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖I示，包括并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器、儲(chǔ)能單元、電壓電流信號(hào)采集單元和控制器；電壓電流信號(hào)采集單元連接控制器，控制器分別連接并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I、串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和儲(chǔ)能單元，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I分別連接第一濾波單元3和儲(chǔ)能單元，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2分別連第二接濾波單元4和儲(chǔ)能單元。更具體地講，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I通過兩個(gè)直流端口 i和j與第一濾波單元3相連接，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I通過另外兩個(gè)直流端口 c和d與儲(chǔ)能單元相連接，如圖2所示；串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2通過兩個(gè)直流端口 m和η與第二濾波單元4相連接，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2通過另外兩個(gè)直流端口 e和f與儲(chǔ)能單元相連接，如圖3所示。電壓電流信號(hào)采集單元用于采集直流電力系統(tǒng)的母線電壓和電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)預(yù)處理后傳送給控制器?？刂破鹘邮针妷弘娏餍盘?hào)采集單元的母線電壓和電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I、串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和儲(chǔ)能單元，具體過程如下當(dāng)直流母線上出現(xiàn)直流電壓跌落或者上升時(shí)，為保持直流母線電壓恒定或者維持 在給定值，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的電流補(bǔ)償指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和儲(chǔ)能單元，同時(shí)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓補(bǔ)償指令并傳送給串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和儲(chǔ)能單元；當(dāng)直流母線上出現(xiàn)諧波電流，為抵消諧波電流以及隔離電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)之間的諧波電流傳輸，控制器產(chǎn)生諧波電流補(bǔ)償指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和儲(chǔ)能單元；當(dāng)直流母線上出現(xiàn)諧波電壓，為抵消諧波電壓、平滑直流電壓波形以及隔離電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的諧波電壓傳輸，控制器產(chǎn)生諧波電壓補(bǔ)償指令并傳送給串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二DC/DC雙向變換器2和儲(chǔ)能單元；當(dāng)直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)開路故障，控制器產(chǎn)生電流快速注入指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和儲(chǔ)能單元；當(dāng)直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)回路切換動(dòng)作，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的電流補(bǔ)償指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和儲(chǔ)能單元；當(dāng)直流母線電流出現(xiàn)超過限定值時(shí)，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的電流控制指令并傳送串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和儲(chǔ)能單元。當(dāng)直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，控制器產(chǎn)生回路切斷指令并傳送給串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2。并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制開關(guān)器件的開斷，為直流母線提供直流能量或者從直流母線吸收直流能量，即將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元或?qū)?chǔ)能單元的直流電能補(bǔ)償給電力系統(tǒng)，從而穩(wěn)定平滑直流電力系統(tǒng)母線電壓及電流波形，濾除直流電力系統(tǒng)電流諧波及電壓諧波，或出現(xiàn)開路故障時(shí)快速注入電流以暫時(shí)支撐直流系統(tǒng)，或在回路切換時(shí)平抑回路切換過程中的波動(dòng)，或出現(xiàn)短路故障時(shí)快速切斷回路，或控制串聯(lián)回路的最大通過電流，達(dá)到調(diào)節(jié)直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的目的。并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2均可采用兩電平、三電平及多電平等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體實(shí)現(xiàn)有多種方式，圖4給出了一種具體的電路結(jié)構(gòu)，電路中的開關(guān)管可采用IGBT/IGCT/GTO等全控器件。儲(chǔ)能單元用于接收控制器的控制指令，在該指令控制下接收并聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器I和串聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器2輸出的直流電能或者向并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2提供直流電能。儲(chǔ)能單元可采用蓄電池、超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式。圖5給出了基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能方式的儲(chǔ)能單元結(jié)構(gòu)圖，超級(jí)電容器組中正常的存儲(chǔ)電量設(shè)置為可用容量的一半，使最大可充電、放電量相等。濾波單元用于對(duì)儲(chǔ)能單元通過并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I輸出的直流電流和串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2輸出的直流電壓進(jìn)行濾波處理，以濾除雜波。濾波單元的結(jié)構(gòu)如圖6所示，濾波單元的電容C并聯(lián)在DC/DC雙向變換器的輸出線路上，電容的作用的是穩(wěn)定變換器輸出的電壓。電感L串聯(lián)在DC/DC雙向變換器的輸出線路上，用于濾除電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的輸出諧波。本發(fā)明混合型直流電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)器有兩種接入直流電力系統(tǒng)的方式 第一種是直接接入直流電力系統(tǒng)的接入方式，即并聯(lián)型補(bǔ)償器的濾波單元3通過端口 a和b直接與直流母線并聯(lián)，串聯(lián)型補(bǔ)償器的濾波單元4通過端口 g和h直接與直流母線串聯(lián)，且在串聯(lián)接入點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)電容Cl，如圖7所示；第二種是經(jīng)過隔離型DC/DC雙向變壓器接入方式，即并聯(lián)型補(bǔ)償器的濾波單元3通過端口 a和b與隔離型DC/DC雙向變壓器I的副邊連接，隔離型DC/DC雙向變壓器I的原邊通過兩個(gè)端口 P和q與直流母線并聯(lián)，串聯(lián)型補(bǔ)償器的濾波單元4通過端口 g和h與隔離型DC/DC雙向變壓器2的副邊連接，隔離型DC/DC雙向變壓器2的原邊通過兩個(gè)端口 r和s與直流母線串聯(lián)，且在兩串聯(lián)接入點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)電容Cl，如圖8所示。采用經(jīng)隔離型雙向DC/DC變壓器接入直流電力系統(tǒng)，可以靈活方便地對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出進(jìn)行升壓和降壓，實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的接入要求，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器與直流電力系統(tǒng)的電氣隔離作用。實(shí)施例中的隔離型DC/DC雙向變壓器由單相全橋逆變器、中頻變壓器和單相全橋整流器三部分組成，如圖9所示。隔離型DC/DC雙向變壓器的主要作用是將輸入級(jí)的直流調(diào)制成中頻方波信號(hào)，經(jīng)中頻變壓器變壓并耦合到副方后再轉(zhuǎn)換成直流，該電壓變換過程是可逆的。中頻變壓器可以隔離電位，起變換電壓和功率調(diào)配的作用。本發(fā)明的工作過程具體為電壓電流信號(hào)采集單元采集直流母線的電壓和電流信號(hào)；當(dāng)直流母線上出現(xiàn)直流電壓跌落或者上升時(shí)，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的電流補(bǔ)償指令并傳送并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和直流儲(chǔ)能單元，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓補(bǔ)償指令并傳送串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和直流儲(chǔ)能單元；若直流電壓跌落，儲(chǔ)能單元向并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I輸出直流電能，并聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器I在電流補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電流輸出給電力系統(tǒng)，同時(shí)儲(chǔ)能單元向串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二DC/DC雙向變換器2輸出直流電能，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2在電壓補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電壓輸出給電力系統(tǒng)；若直流電壓上升，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一DC/DC雙向變換器I在電流補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2在電壓補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元存儲(chǔ)該多余的直流電能；當(dāng)直流母線上出現(xiàn)諧波電流，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的諧波電流補(bǔ)償指令并傳送并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一DC/DC雙向變換器I和直流儲(chǔ)能單元；若諧波電流補(bǔ)償指令為正，儲(chǔ)能單元向并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I輸出直流電能，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I在諧波電流補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電流輸出給電力系統(tǒng)；若諧波電流補(bǔ)償指令為負(fù)，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I在諧波電流補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元存儲(chǔ)該直流電能；當(dāng)直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)開路故障，控制器產(chǎn)生電流快速注入指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I及儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元向并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I快速輸出直流電能，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I在電流快速注入指令作用下在開路故障發(fā)生的第一時(shí)間瞬時(shí)控制并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I的開關(guān)器件的開斷，以將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能輸出給電 力系統(tǒng)；當(dāng)直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)進(jìn)行回路切換操作時(shí)，控制器產(chǎn)生電流補(bǔ)償指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I和直流儲(chǔ)能單元；若回路切換時(shí)引起直流電壓的跌落，儲(chǔ)能單元向并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I輸出直流電能，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I在電流補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電流輸出給電力系統(tǒng)；若回路切換時(shí)引起直流電壓的突升，并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一 DC/DC雙向變換器I在電流補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元存儲(chǔ)該多余的直流電能；當(dāng)直流電流出現(xiàn)超過限定值時(shí)，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的電流控制指令并傳送串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和直流儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元減少向串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2輸出的直流電能，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2在電流控制指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，控制直流電流的大小；或者串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2在電流控制指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元存儲(chǔ)串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2傳送過來的直流電能，從而控制直流電流的大??；當(dāng)直流母線上出現(xiàn)諧波電壓，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的諧波電壓補(bǔ)償指令并傳送串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2和直流儲(chǔ)能單元；若諧波電壓補(bǔ)償指令為正，儲(chǔ)能單元向串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2輸出直流電能，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2在諧波電壓補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電壓輸出給電力系統(tǒng)；若諧波電壓補(bǔ)償指令為負(fù)，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2在電壓補(bǔ)償指令作用下進(jìn)行開關(guān)器件的相應(yīng)開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能單元存儲(chǔ)該直流電能。當(dāng)直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，控制器產(chǎn)生回路切斷指令并傳送給串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2，串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二 DC/DC雙向變換器2控制開關(guān)器件關(guān)斷以瞬時(shí)切斷回路；以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但 本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括 電壓電流信號(hào)采集單元，其連接控制器，用于采集直流電力系統(tǒng)的母線電壓和電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)預(yù)處理后傳送給控制器； 控制器，其分別連接電壓電流信號(hào)采集單元、并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器和儲(chǔ)能單元，用于接收電壓電流信號(hào)采集單元的母線電壓和電流信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令并傳送給并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器和儲(chǔ)能單元； 用于進(jìn)行電流補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)型補(bǔ)償器，包括第一 DC/DC雙向變換器和第一濾波單元；DC/DC雙向變換器，其分別連接控制器、直流儲(chǔ)能單元和第一濾波單元，用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制自身開關(guān)器件的開斷，從而將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電流輸出給電力系統(tǒng)，或者將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給直流儲(chǔ)能單元；濾波單元，其一端的兩個(gè)端口與第一 DC/DC雙向變換器并聯(lián)，另一端的兩個(gè)端口與直流母線并聯(lián)，用于對(duì)直流儲(chǔ)能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電流進(jìn)行濾波處理。
用于進(jìn)行電壓補(bǔ)償?shù)拇?lián)型補(bǔ)償器，包括第二 DC/DC雙向變換和第二濾波單元器；，其分別連接控制器、儲(chǔ)能單元和濾波單元，用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制自身開關(guān)器件的開斷從而將直流儲(chǔ)能單元輸出的直流電能調(diào)整為合適的補(bǔ)償電壓輸出給電力系統(tǒng)，或者將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲(chǔ)能單元；濾波單元，其一端的兩個(gè)端口與第二 DC/DC雙向變換器并聯(lián)，另一端的兩個(gè)端口與直流母線串聯(lián)，且在該兩串聯(lián)接入點(diǎn)并聯(lián)一個(gè)電容，用于對(duì)儲(chǔ)能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電壓進(jìn)行濾波處理。
儲(chǔ)能單元，其分別連接控制器、并聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器和串聯(lián)型補(bǔ)償器的DC/DC雙向變換器，用于接收控制器的控制指令，在該指令控制下接收電力系統(tǒng)通過并聯(lián)型補(bǔ)償器和串聯(lián)型補(bǔ)償器輸出的直流電能或者通過并聯(lián)型補(bǔ)償器和串聯(lián)型補(bǔ)償器向電力系統(tǒng)提供的直流電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述控制指令包括電流補(bǔ)償指令、諧波電流補(bǔ)償指令、電流快速注入指令、電流控制指令、電壓補(bǔ)償指令、諧波電壓補(bǔ)償指令和回路切斷指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的混合型直流電力系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述調(diào)節(jié)器還包括兩個(gè)隔離型DC/DC雙向變壓器，其中一個(gè)隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊連接并聯(lián)型補(bǔ)償器的第一濾波單元，原邊并聯(lián)直流母線；另一個(gè)隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊連接串聯(lián)型補(bǔ)償器的第二濾波單元，原邊串聯(lián)直流母線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合型直流系統(tǒng)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包括電壓電流信號(hào)采集單元、控制器、并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器和儲(chǔ)能單元。電壓電流信號(hào)采集單元連接控制器，控制器分別連接并聯(lián)型補(bǔ)償器、串聯(lián)型補(bǔ)償器和儲(chǔ)能單元，并聯(lián)型補(bǔ)償器和串聯(lián)型補(bǔ)償器均連接儲(chǔ)能單元。控制器分別控制并聯(lián)型補(bǔ)償器和串聯(lián)型補(bǔ)償器的開斷，以將儲(chǔ)能單元的電能調(diào)整為補(bǔ)償電流或補(bǔ)償電壓注入直流系統(tǒng)，或以將直流系統(tǒng)的電能傳送給儲(chǔ)能單元，從而抑制負(fù)荷投切時(shí)的波動(dòng)，穩(wěn)定直流母線電壓，濾除電壓及電流諧波，以及開路故障時(shí)快速注入電流支撐負(fù)荷，在回路切換時(shí)平抑波動(dòng)，控制最大電流，以及短路故障時(shí)快速切斷回路，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)直流系統(tǒng)電能質(zhì)量的目的。
文檔編號(hào)H02J1/10GK102832612SQ20121031233
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者陸繼明, 韋甜柳, 王丹, 毛承雄 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)