統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法，在正常運行時，反并聯晶閘管被觸發(fā)導通，將串聯隔離變壓器和串聯換流器旁路，負荷電流通過反并聯晶閘管，封鎖串聯換流器的觸發(fā)脈沖；當檢測到系統(tǒng)側發(fā)生電壓暫升/暫降時，使反并聯晶閘管在很短的時間內強迫關斷，負荷電流通過串聯隔離變壓器一次側，最后串聯換流器再對系統(tǒng)側電壓暫升/暫降進行補償，使負荷側電壓恢復正常。當系統(tǒng)側電壓恢復正常時，向反并聯晶閘管發(fā)送觸發(fā)脈沖，使反并聯晶閘管導通，將串聯隔離變壓器和串聯換流器旁路。降低串聯隔離變壓器及串聯換流器的功率損耗，達到節(jié)能效果，同時通過控制使晶閘管強制關斷，基本不會對UPQC串聯部分的補償響應時間產生影響。
【專利說明】統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力保護控制的【技術領域】，特別是涉及一種統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術】
[0002]統(tǒng)一電能質量控制器(Unified Power Quality Conditioner,簡稱 UPQC)是一種基于電力電子技術的電能質量治理設備，它綜合了動態(tài)電壓恢復器、靜止同步補償器、有源濾波器等裝置的特點。UPQC主要由串聯換流器和并聯換流器兩部分組成，二者通過直流母線進行能量傳遞。UPQC串聯部分主要用于解決電壓型質量問題，如電壓暫升/暫降，后者主要能解決電流型電能質量問題，如諧波電流、無功電流、三相不平衡電流等。
[0003]與其它電力電子裝置一樣，統(tǒng)一電能質量控制器雖然補償性能優(yōu)越，但存在有功損耗大的問題。統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器通過串聯隔離開關接入系統(tǒng)中，正常運行時負荷電流通過串聯隔離變壓器會引起變壓器損耗，同時該電流通過串聯隔離變壓器耦合注入到串聯換流器中，使串聯換流器也產生有功損耗，這種運行方式并不經濟、節(jié)能，影響統(tǒng)一電能質量控制器的效率。因此需要降低統(tǒng)一電能質量控制器的損耗，使統(tǒng)一電能質量控制器更節(jié)能，同時可以延長變壓器和串聯換流器的壽命。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述統(tǒng)一電能質量控制器的損耗過高的問題，本發(fā)明提出一種使統(tǒng)一電能質量控制器更節(jié)能的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法。
[0005]一種統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)，包括:
[0006]分別設置在統(tǒng)一電能質量控制器的串聯隔離變壓器一次側兩端的第一斷路器和第二斷路器；其中，所述串聯隔離變壓器的二次側與統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器連接；
[0007]與所述串聯隔離變壓器、所述第一斷路器和第二斷路器構成的支路并聯的反并聯
晶閘管；
[0008]設置在所述統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器與所述串聯隔離變壓器二次側之間的第三斷路器；
[0009]設置在所述統(tǒng)一電能質量控制器的并聯換流器與負載之間的第四斷路器；
[0010]與所述反并聯晶閘管以及各個所述斷路器連接的控制器；
[0011]當系統(tǒng)側電壓正常時，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖所述串聯換流器的觸發(fā)脈沖；
[0012]當系統(tǒng)側發(fā)生電壓暫升或者暫降時，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，控制所述反并聯晶閘管強迫關斷，并根據系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，控制串聯換流器對負荷側的電壓進行補償。
[0013]本發(fā)明的所述統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:[0014]S101，檢測系統(tǒng)側電壓是否發(fā)生暫升或者暫降，如果是，則執(zhí)行步驟S103至S104 ；否則執(zhí)行步驟S102 ；
[0015]S102，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖串聯換流器觸發(fā)脈沖；
[0016]S103，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，控制所述反并聯晶閘管強迫關斷；
[0017]S104，所述控制器根據系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，控制串聯換流器對負荷側的電壓進行補償。
[0018]本發(fā)明的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法中，在正常運行時，反并聯晶閘管被觸發(fā)導通，將串聯隔離變壓器和串聯換流器旁路，負荷電流通過反并聯晶閘管，封鎖串聯換流器的觸發(fā)脈沖；當檢測到系統(tǒng)側電壓發(fā)生暫升/暫降時，使反并聯晶閘管在很短的時間內強迫關斷，負荷電流通過串聯隔離變壓器一次側，最后串聯換流器再對系統(tǒng)側電壓暫升/暫降進行補償，使負荷側電壓恢復正常。當系統(tǒng)側電壓恢復正常時，向反并聯晶閘管發(fā)送觸發(fā)脈沖，使反并聯晶閘管導通，重新將串聯隔離變壓器和串聯換流器旁路。
[0019]由于系統(tǒng)側電壓發(fā)生電壓暫升暫降的發(fā)生頻率很低，且每次持續(xù)時間很短，大部分時間處于不需要補償的狀態(tài)，因此本發(fā)明可以大大降低串聯隔離變壓器及串聯換流器的功率損耗，達到節(jié)能的效果，同時通過控制使晶閘管強制關斷，基本不會對UPQC串聯部分的補償響應時間產生影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的結構示意圖；
[0021]圖2是基于模塊化多電平變流器的統(tǒng)一電能質量控制器中的模塊化多電平換流器的簡化示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0023]請參閱圖1，圖1是本發(fā)明統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的結構示意圖。
[0024]所述統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)，包括:
[0025]分別設置在統(tǒng)一電能質量控制器的串聯隔離變壓器一次側兩端的第一斷路器CBl和第二斷路器CB2;其中，所述串聯隔離變壓器的二次側與統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器連接；
[0026]與所述串聯隔離變壓器、所述第一斷路器CBl和第二斷路器CB2構成的支路并聯的反并聯晶閘管SCR ；
[0027]設置在所述統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器與所述串聯隔離變壓器二次側之間的第三斷路器CB3 ；
[0028]設置在所述統(tǒng)一電能質量控制器的并聯換流器與負載之間的第四斷路器CB4 ；
[0029]與所述反并聯晶閘管SCR以及各個所述斷路器連接的控制器(圖未示)。
[0030]當系統(tǒng)側電壓正常時，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖所述串聯換流器的觸發(fā)脈沖；[0031]當系統(tǒng)側發(fā)生電壓暫升或者暫降時，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，控制所述反并聯晶閘管強迫關斷，并根據系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，控制串聯換流器對負荷側的電壓進行補償。
[0032]UPQC的并聯部分換流器直接接于負載與系統(tǒng)之間的線路中，串聯部分換流器則經由串聯隔離變壓器接入交流系統(tǒng)。本發(fā)明還適用于基于模塊化多電平變流器的統(tǒng)一電能質量控制器(Modular Multilevel Converter, MMC-Unified Power Quality Conditioner,MMC-UPQO0所述的MMC型UPQC串并聯部分的主體結構為模塊化多電平換流器，由多個子模塊串聯組成，其子模塊由旁路開關、晶閘管、IGBT、二極管和電容構成，通過換流器子模塊數目的增加提高裝置的容量及其電壓等級。在MMC的故障運行中，通過冗余模塊技術可以快速的將故障子模塊與冗余子模塊進行替換，提高了換流器故障情況下的使用效率。
[0033]所述模塊化多電平換流器的簡化示意圖如圖2所示，每相由2N個子模塊與2個橋臂電抗器串聯而成。串聯部分和并聯部分換流器的拓撲結構都是一樣的，串聯換流器通過串聯隔離變壓器串聯接入線路中，而并聯換流器直接并聯接入系統(tǒng)與負載之間。
[0034]本發(fā)明的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)，反并聯晶閘管SCR并聯接在串聯隔離變壓器一次側，四個斷路器分別安裝在串聯隔離變壓器與系統(tǒng)連接處、串聯隔離變壓器與負載連接處、UPQC并聯換流器與系統(tǒng)連接處以及UPQC串聯換流器與串聯隔離變壓器二次側連接處。正常運行時，UPQC的串聯隔離變壓器被反并聯晶閘管SCR旁路，UPQC串聯換流器閉鎖脈沖，即UPQC部分在正常運行時不提供電壓補償，串聯隔離變壓器及串聯換流器沒有電流通過，不產生功率損耗；當系統(tǒng)側發(fā)生電壓暫升/暫降時，UPQC串聯換流器迅速解除閉鎖脈沖，根據反并聯晶閘管SCR的電流方向輸出一組反向電壓將反并聯晶閘管SCR快速強迫關斷，恢復UPQC串聯部分的電壓補償功能。由于系統(tǒng)側電壓發(fā)生電壓暫升暫降的發(fā)生頻率很低，且每次持續(xù)時間很短，大部分時間處于不需要補償的狀態(tài)，因此本發(fā)明可以大大降低串聯隔離變壓器及串聯換流器的功率損耗，達到節(jié)能的效果，同時通過控制使晶閘管強制關斷，基本不會對UPQC串聯部分的補償響應時間產生影響。
[0035]其中，所述的反并聯晶閘管SCR及其散熱系統(tǒng)可以長期承受額定負載電流，并考慮負載側發(fā)生短路故障情況下所需承受的最大故障電流。
[0036]其中，所述控制器可通過對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，使所述反并聯晶閘管導通。
[0037]并且，所述控制器可通過停止對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，檢測反并聯晶閘管的電流方向，控制所述串聯換流器輸出一組與所述反并聯晶閘管的電流方向相反的電壓，使所述反并聯晶閘管強迫關斷。
[0038]請參閱圖3，圖3是本發(fā)明統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。
[0039]所述統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0040]S101，檢測系統(tǒng)側電壓是否發(fā)生暫升或者暫降，如果是，則執(zhí)行步驟S103至S104 ；否則執(zhí)行步驟S102 ；
[0041]正常狀態(tài)下，檢測系統(tǒng)側電壓為正常值，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖串聯換流器觸發(fā)脈沖。
[0042]本步驟中，檢測系統(tǒng)側電壓是否出現暫升或者暫降，為檢測系統(tǒng)側電壓的暫升或暫降可以將所述系統(tǒng)電壓的實時檢測值與預設的電壓閾值范圍比較，如果實時檢測值高于所述電壓閾值范圍或者低于所述電壓閾值范圍，則判斷所述系統(tǒng)側電壓出現暫升或者暫降。
[0043]如果系統(tǒng)側出現電壓暫升或者暫降，則進行步驟S103至S104;如果系統(tǒng)側電壓未出現暫升或者暫降，則維持所述反并聯晶閘管導通以及串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖；當系統(tǒng)側電壓的從原本暫升或者暫降之后恢復到正常時，執(zhí)行步驟S102，然后結束本次動作，系統(tǒng)繼續(xù)運行。
[0044]S102，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖串聯換流器觸發(fā)脈沖；
[0045]所述控制器可對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，使所述反并聯晶閘管導通。所述反并聯晶閘管導通之后，即將串聯隔離變壓器以及所述串聯換流器旁路。同時UPQC串聯換流器閉鎖脈沖，即UPQC串聯部分在正常運行時不提供電壓補償，串聯隔離變壓器及串聯換流器沒有電流通過，不產生功率損耗，使UPQC的運行更節(jié)能。
[0046]S103，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，控制所述反并聯晶閘管強迫關斷；
[0047]在本步驟中，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，同時可停止對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，檢測反并聯晶閘管的電流方向，控制所述串聯換流器輸出一組與所述反并聯晶閘管的電流方向相反的電壓，使所述反并聯晶閘管強迫關斷。
[0048]UPQC串聯換流器迅速解除閉鎖脈沖，根據反并聯晶閘管的電流方向輸出反向電壓將反并聯晶閘管快速強迫關斷，恢復UPQC串聯部分的電壓補償功能。
[0049]S104，所述控制器根據系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，控制串聯換流器對負荷側的電壓進行補償。
[0050]對負荷側的電壓進行補償時，如果檢測到系統(tǒng)側電壓暫升，則根據所述系統(tǒng)側電壓升高的幅值，控制串聯換流器對電壓進行電壓降低的補償；如果檢測到系統(tǒng)側電壓暫降，則根據所述系統(tǒng)側電壓降低的幅值，控制串聯換流器對電壓進行電壓升高的補償。
[0051]在恢復UPQC串聯部分的電壓補償功能后，所述串聯換流器會根據所述系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，對負荷側的輸出電壓進行自動補償。由于系統(tǒng)側電壓發(fā)生電壓暫升/暫降的發(fā)生頻率很低，且每次持續(xù)時間很短，大部分時間處于不需要補償的狀態(tài)，因此本發(fā)明所述的控制方法與系統(tǒng)可以大大降低串聯隔離變壓器及串聯換流器的功率損耗，達到節(jié)能的效果，同時通過控制使晶閘管強迫關斷，基本不會對UPQC串聯部分的補償響應時間產生影響。
[0052]本發(fā)明的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)及其控制方法還具有以下有益效果:
[0053]第一，本發(fā)明可以在正常運行狀態(tài)下，旁路串聯隔離變壓器和串聯換流器，降低UPQC裝置的損耗，同時延長串聯隔離變壓器和串聯換流器的使用壽命；
[0054]第二，本發(fā)明可以在檢測到系統(tǒng)電壓暫升/暫降的情況下，快速關斷反并聯晶閘管，使UPQC的串聯部分正常進行電壓補償。
[0055]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于，包括: 分別設置在統(tǒng)一電能質量控制器的串聯隔離變壓器一次側兩端的第一斷路器和第二斷路器；其中，所述串聯隔離變壓器的二次側與統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器連接； 與所述串聯隔離變壓器、所述第一斷路器和第二斷路器構成的支路并聯的反并聯晶閘管； 設置在所述統(tǒng)一電能質量控制器的串聯換流器與所述串聯隔離變壓器二次側之間的第三斷路器； 設置在所述統(tǒng)一電能質量控制器的并聯換流器與負載之間的第四斷路器； 與所述反并聯晶閘管以及各個所述斷路器連接的控制器； 當系統(tǒng)側電壓正常時，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖所述串聯換流器的觸發(fā)脈沖； 當系統(tǒng)側發(fā)生電壓暫升或者暫降時，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，控制所述反并聯晶閘管關閉，并根據系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，控制串聯換流器對負荷側的電壓進行補償。
2.如權利要求1所述的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于: 所述控制器對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，使所述反并聯晶閘管導通。
3.如權利要求2所述的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于: 所述控制器停止對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，檢測反并聯晶閘管的電流方向，控制所述串聯換流器輸出一組與所述反并聯晶閘管的電流方向相反的電壓，使所述反并聯晶閘管強迫關斷。
4.一種如權利要求1所述統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: S101，檢測系統(tǒng)側電壓是否出現暫升或者暫降，如果是，則執(zhí)行步驟S103至S104;否則執(zhí)行步驟S102 ； S102，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通，將所述串聯隔離變壓器旁路，同時封鎖串聯換流器觸發(fā)脈沖； S103，所述控制器解除所述串聯換流器觸發(fā)脈沖的封鎖，控制所述反并聯晶閘管強迫關斷； S104，所述控制器根據系統(tǒng)側電壓暫升或者暫降的幅值，控制串聯換流器對負荷側的電壓進行補償。
5.如權利要求4所述的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制器控制所述反并聯晶閘管導通的步驟包括: 所述控制器對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，使所述反并聯晶閘管導通。
6.如權利要求5所述的統(tǒng)一電能質量控制器的節(jié)能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制器控制所述反并聯晶閘管強迫關斷的步驟包括: 所述控制器停止對所述反并聯晶閘管發(fā)送導通觸發(fā)信號，檢測反并聯晶閘管的電流方向，控制所述串聯換流器輸出一組與所述反并聯晶閘管的電流方向相反的電壓，使所述反并聯晶閘管強迫關斷。
【文檔編號】H02J3/00GK103606914SQ201310566343
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權日:2013年11月13日
【發(fā)明者】劉正富, 陳曉科, 盛超, 王浩, 馬明 申請人:廣東電網公司電力科學研究院