本發(fā)明屬于電能質(zhì)量治理裝置領域，具體地說是一種具有短路限流功能的混合型統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。

背景技術：

統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（unified power quality conditioner，UPQC）綜合了有源電力濾波器（active power filter，APF）和動態(tài)電壓恢復器（dynamic voltage restorers，DVR）的功能，它將串聯(lián)補償功能和并聯(lián)補償功能結合，能夠解決電壓突變、電壓波動和閃變、短時電壓中斷問題，改善電壓不平衡和諧波水平，是一種綜合性能較好的電能質(zhì)量治理裝置。

目前對UPQC的研究主要集中在三相三線制系統(tǒng)，由于沒有零序通路，不能輸出零序分量，限制了其在電壓不平衡補償和諧波補償?shù)阮I域的應用。為解決這一問題，出現(xiàn)了一種采用引出直流側(cè)中點三橋臂結構的三相四線制UPQC，但其控制策略較為復雜，且三相不能實現(xiàn)完全解耦。而且無論三相三線制UPQC或三相四線制UPQC，無法實現(xiàn)對某一相的單獨控制；此外，在交流側(cè)發(fā)生單相短路故障時其余兩相都無法繼續(xù)工作，導致整個UPQC裝置退出運行。

更重要的是，同其他串聯(lián)型柔性交流輸電裝置（flexible AC transmission system，F(xiàn)ACTS）一樣，由于串接在線路中，一旦負載側(cè)發(fā)生短路時，系統(tǒng)短路電流會全部流過裝置的串聯(lián)部分，這對于過載能力較低的電力電子器件來說是致命的，勢必會造成UPQC串聯(lián)換流器的損毀，這也限制了UPQC乃至所有串聯(lián)型FACTS裝置在電力系統(tǒng)中的應用。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種具有短路限流功能的混合型統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)串聯(lián)側(cè)三相獨立控制，能夠輸出零序分量。

為此，本發(fā)明采用如下的技術方案：一種具有短路限流功能的混合型統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器，包含一個并聯(lián)換流器、三個具有短路限流功能的單相H橋型逆變器和三相串聯(lián)變壓器；

所述三個具有短路限流功能的單相H橋型逆變器直流側(cè)并聯(lián)接于并聯(lián)換流器直流母線，交流側(cè)分別與三相串聯(lián)變壓器副邊連接；所述的具有短路限流功能的單相H橋型逆變器由H橋型逆變器與H橋型限流器交流側(cè)串聯(lián)組成，其直流側(cè)含有一短路電流釋放電路。

進一步地，所述的H橋型限流器包括H橋型整流器與跨接在H橋型整流器直流側(cè)的限流電感。

進一步地，所述的短路電流釋放電路包含逆導型功率器件和電流旁路管，其中電流旁路管并聯(lián)接于H橋型逆變器的直流側(cè)正負極，逆導型功率器件串聯(lián)接于H橋型逆變器的直流側(cè)負極與直流電容負極之間。

進一步地，所述的逆導型功率器件為逆導型晶閘管、逆導型GTO、逆導型IGBT或逆導型IGCT。

進一步地，所述的電流旁路管為晶閘管、GTO、IGBT或IGCT。

進一步地，所述的三相串聯(lián)變壓器為三相五柱式變壓器或三臺單相變壓器。

進一步地，當負載側(cè)發(fā)生短路故障時，具有短路限流功能的單相H橋型逆變器立即切換為短路限流模式，既能保證調(diào)節(jié)器自身免受短路電流的危害，同時又能有效限制系統(tǒng)短路電流水平；在發(fā)生單相或兩相短路故障時，非故障相能繼續(xù)運行而無需整個調(diào)節(jié)器退出。

本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明的調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)串聯(lián)側(cè)三相獨立控制，能夠輸出零序分量。當負載側(cè)發(fā)生短路故障時，既能保證調(diào)節(jié)器自身免受短路電流的危害，同時又能有效限制系統(tǒng)短路電流水平。此外，在發(fā)生單相或兩相短路故障時，非故障相可以繼續(xù)運行而無需整個調(diào)節(jié)器退出。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的拓撲結構圖。

圖2為本發(fā)明的拓撲結構簡圖。

圖3為本發(fā)明的短路電流通路圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例詳細描述本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明不受所述實施例所限。

從圖1中可見，本發(fā)明具有短路限流功能的混合型統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器包含一個并聯(lián)換流器、三個具有短路限流功能的單相H橋型逆變器和三相串聯(lián)變壓器，具有短路限流功能的單相H橋型逆變器如圖2虛線框中所示，其直流側(cè)并聯(lián)接于并聯(lián)換流器直流母線，交流側(cè)分別與三相串聯(lián)變壓器副邊連接。具有短路限流功能的單相H橋型逆變器由H橋型逆變器與H橋型限流器交流側(cè)串聯(lián)組成，其直流側(cè)含有一個短路電流釋放電路。

圖2中，U_sa、U_sb、U_sc為系統(tǒng)送端三相電壓；C為直流電容，U_dc為直流電容電壓；L₁、L₂分別為并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)濾波電感；L_d為限流電感；m、n為直流母線正負極端子；x₁、y₁，x₂、y₂，x₃、y₃分別為三相串聯(lián)變壓器的六個端子；D₁、D₄為H橋型逆變器中IGBT的續(xù)流二極管，T₁、T₂為H橋型限流器的整流晶閘管，D₅、D₆為H橋型限流器的整流二極管兼續(xù)流管；G_p、D_p、T_p構成短路電流釋放電路，其中G_p、D_p構成逆導型功率器件，T_p為電流旁路管。圖1和圖3中符號均與圖2中相同。圖2中i=1，2，3。

短路電流釋放電路中的G_p和T_p可以是晶閘管、GTO、IGBT、IGCT等。

工作原理如下：

（1）正常運行時工作原理

如圖2所示，正常運行時，三個具有短路限流功能的單相H橋型逆變器（即虛線框）中的H橋型限流器T₁、T₂全觸發(fā)導通，短路電流釋放電路中G_p觸發(fā)導通，T_p關斷，具有短路限流功能的單相H橋型逆變器直流側(cè)與并聯(lián)換流器直流母線相連接。經(jīng)過短暫的充電過程后，限流電感電流達到負載電流的峰值，隨后H橋型限流器進入穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。由于續(xù)流管D₅、D₆的續(xù)流作用，H橋型逆變器的交流側(cè)相當于短接狀態(tài)，具有短路限流功能的單相H橋型逆變器與普通H橋型逆變器完全等效。

（2）負載側(cè)發(fā)生單相短路故障時工作原理

以A相為例，假設負載側(cè)A相發(fā)生接地短路故障，且發(fā)生在A相正向電壓峰值處（此時短路故障最嚴重），如圖3所示。此時A相短路電流通過串聯(lián)變壓器的耦合作用全部流進A相具有短路限流功能的單相H橋型逆變器。控制器檢測到A相接地故障后，立即封鎖H橋型逆變器IGBT觸發(fā)脈沖、H橋型限流器T₁、T₂觸發(fā)脈沖和短路電流釋放電路的G_p觸發(fā)脈沖，同時觸發(fā)T_p導通，由于晶閘管的開關速度小于IGBT，所以T_p導通在G_p關斷后，防止了直流母線短路導致直流電容放電進而影響其他兩相運行。T_p導通后，由于直流電容的箝位作用，D_p關斷，此時短路電流的流通路徑如圖3中粗線所示，由于限流電感電流的上升趨勢導致續(xù)流管承受反壓而關斷，短路電流從x1端子流入，通過D₁、T_p、D₄、D₅、L_d、T₂，從y1端子流出，限流電感L_d承擔限流作用。短路電流達到峰值后，限流電感電壓開始反向，限流電感電流通過D₅、D₆續(xù)流，H橋型限流器交流側(cè)端子相當于開路，1個周波（20ms）內(nèi)流經(jīng)裝置的短路電流被徹底切斷，此時系統(tǒng)側(cè)由A相串聯(lián)變壓器飽和勵磁電抗繼續(xù)限流。A相具有短路限流功能的單相H橋型逆變器退出后，B、C兩相則繼續(xù)運行不受影響。

（3）負載側(cè)發(fā)生兩相或三相短路故障時工作原理

系統(tǒng)負載側(cè)發(fā)生兩相或三相短路故障時，其工作原理與發(fā)生單相短路故障時相同，同時封鎖故障相H橋型逆變器IGBT觸發(fā)脈沖、H橋型限流器T₁、T₂觸發(fā)脈沖和短路電流釋放電路的G_p觸發(fā)脈沖并觸發(fā)T_p導通，一個周波（20ms）內(nèi)，故障相具有短路限流功能的單相H橋型逆變器退出運行，同時故障相串聯(lián)變壓器飽和勵磁電抗繼續(xù)限制系統(tǒng)短路電流，而非故障相則可繼續(xù)工作（兩相短路故障時）。