本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)負(fù)荷的迅速增長，導(dǎo)致電網(wǎng)短路功率及短路容量不斷增大，短路故障電流對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有很大的危害性；非線性裝置和沖擊性負(fù)荷廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，而電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備迅速增加，人們對電能質(zhì)量的要求愈加嚴(yán)苛。因此，限制短路電流，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠性，向負(fù)荷提供高質(zhì)量電能，成為我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力系統(tǒng)建設(shè)、發(fā)展必須解決的問題。

目前應(yīng)用較多的限流技術(shù)方案，主要是通過在母線上串聯(lián)電抗器。然而母線串聯(lián)電抗只能實(shí)現(xiàn)故障限流功能，電抗器長期串接在電網(wǎng)內(nèi)，浪費(fèi)電網(wǎng)功率，而且串聯(lián)電抗器參數(shù)不能太大，導(dǎo)致限流的效果不足；或者針對橋式限流器的研究也較多，但是裝置復(fù)用率低，成本較高，且一般的限流技術(shù)方案不能對電能質(zhì)量進(jìn)行改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)及其控制方法，不僅可補(bǔ)償電網(wǎng)電流諧波和負(fù)載無功，能解決電壓暫升、暫降及三相不平衡問題等電能質(zhì)量問題，而且能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)短路限流功能，可對故障電流的限制幅度進(jìn)行主動調(diào)控，實(shí)現(xiàn)與繼電保護(hù)整定值配合。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)，采用三單相結(jié)構(gòu)，三單相串聯(lián)部分并于穩(wěn)壓電容C左側(cè)，穩(wěn)壓電容C右側(cè)連接PWM并聯(lián)變流器，由穩(wěn)壓電容C將三單相結(jié)構(gòu)與PWM并聯(lián)變流器連接起來；其中，三單相串聯(lián)部分的每相由串聯(lián)變壓器T、電感L與電容C₁構(gòu)成的LC濾波、DVR模塊以及直流連接DC-link環(huán)節(jié)組成。

進(jìn)一步的，所述DVR模塊包括4個IGBT模塊、穩(wěn)壓電容和可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4，通過串聯(lián)變壓器接入電網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述PWM并聯(lián)變流器由三相全控橋組成，經(jīng)輸出濾波電感L₂并網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述DC-link環(huán)節(jié)由可控管T₁、T₃、限流電感L₁、并接的耗能電阻r_f、開關(guān)管T₂和缷能二極管D₅組成，其中可控管T₁、限流電感L₁、并接的耗能電阻r_f與開關(guān)管T₂串接，限流電感L₁及耗能電阻r_f并接于二極管D₅，T₃連接穩(wěn)壓電容C和DVR模塊。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)的控制方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，檢測電網(wǎng)電流I_S和電網(wǎng)電壓U_S，未發(fā)生故障時，開關(guān)管T₁斷開，控制DVR模塊的四個可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4，所提系統(tǒng)等同于傳統(tǒng)UPQC，實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓補(bǔ)償以及諧波無功電流治理；

步驟2，檢測負(fù)載電流I_a，計(jì)算直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與實(shí)際值之差，差值經(jīng)過PI控制調(diào)節(jié)，得到有功電流分量計(jì)算的參數(shù)i_up，i_up與基波有功分量相加后進(jìn)行dq0-abc同步變換，得到I_a有功分量大小I_af；

步驟3，計(jì)算負(fù)載電流I_a與I_af的差值I_Δ，得到PWM并聯(lián)變流器輸出電流I_b與I_Δ的偏差，偏差經(jīng)PI控制調(diào)節(jié)后得PWM并聯(lián)變流器的開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電流Is諧波治理和無功補(bǔ)償；

步驟4，檢測到電網(wǎng)電壓U_S暫升、暫降、三相不平衡問題，控制DVR模塊的四個可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓補(bǔ)償；

步驟5，檢測負(fù)載電壓U_L和串聯(lián)變壓器一次側(cè)電壓U_T1，計(jì)算電網(wǎng)電壓與負(fù)載電壓的差值U_Δ，差值U_Δ與串聯(lián)變壓器一次側(cè)電壓U_T1的偏差經(jīng)PI控制調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)值經(jīng)定頻滯環(huán)比較器得到可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓對電網(wǎng)電壓的實(shí)時跟蹤；

步驟6，檢測電網(wǎng)電流I_S，判斷電網(wǎng)短路故障情況，當(dāng)短路電流超過動作值時，可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4關(guān)斷；控制T₃斷開，導(dǎo)通T₁，串聯(lián)變壓器二次側(cè)電壓經(jīng)不控整流橋D₁-D₄流經(jīng)DC-link環(huán)節(jié)的卸放支路，限流電感進(jìn)而耦合到原邊線路以限制短路電流及其上升率；

步驟7，檢測接地故障發(fā)生后，通過可控管T₂的導(dǎo)通與關(guān)斷，即控制耗能電阻r_f；

步驟8，短路故障消除后，控制T₃導(dǎo)通，T₁關(guān)斷，限流電感L₁通過缷能二極管D₅卸能，線路電流恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，所提系統(tǒng)等同于傳統(tǒng)UPQC。

本發(fā)明的有益效果：可以迅速抑制系統(tǒng)不同類型短路故障下的短路電流，保護(hù)電力系統(tǒng)與用戶負(fù)荷的設(shè)備；DVR系統(tǒng)可補(bǔ)償電壓抬升、跌落和三相電壓不平衡，提高電力系統(tǒng)供電可靠性、穩(wěn)定性，提高用戶側(cè)的供電電壓質(zhì)量。利用接地故障后UPQC的可控管退出，進(jìn)而形成橋式限流器對過電流進(jìn)行抑制，提高系統(tǒng)裝置利用率，檢測接地故障后，控制卸放電阻導(dǎo)通占空比可等效調(diào)節(jié)限流阻抗大小，從而精確調(diào)節(jié)線路電流的大小。且直流側(cè)電容無過電壓沖擊。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種基于統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)及其控制方法的拓?fù)鋱D。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種基于統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)及其控制方法的原理圖，其中，圖2a為正常模式等效電路圖；圖2b為故障限流模式等效電路圖。圖中用灰色部分來表示需斷開的模塊和支路。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種基于統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用三單相結(jié)構(gòu)，三單相串聯(lián)部分并于穩(wěn)壓電容C左側(cè)，穩(wěn)壓電容C右側(cè)連接PWM并聯(lián)變流器；其中，三單相串聯(lián)部分的每相由串聯(lián)變壓器T、LC濾波環(huán)節(jié)(電感L與電容C₁)、DVR模塊以及直流連接DC-link環(huán)節(jié)組成；DVR模塊包括4個IGBT模塊(IGBT模塊里面包括D₁-D₄)、穩(wěn)壓電容和可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4，通過串聯(lián)變壓器接入電網(wǎng)；由穩(wěn)壓電容C將三單相結(jié)構(gòu)與PWM并聯(lián)變流器連接起來，PWM并聯(lián)變流器由三相全控橋組成，經(jīng)輸出濾波電感L₂并網(wǎng)。

進(jìn)一步的，三單相結(jié)構(gòu)為：串聯(lián)變壓器一次側(cè)接電網(wǎng)，二次側(cè)并聯(lián)電容C₁后串接電感L作為濾波器從而濾除高次諧波，經(jīng)DVR模塊后并聯(lián)DC-link環(huán)節(jié)。

三單相直流DC-link環(huán)節(jié)匯總于穩(wěn)壓電容，三單相直流DC-link環(huán)節(jié)與PWM并聯(lián)變流器共用穩(wěn)壓電容。

DC-link環(huán)節(jié)由可控管T₁、T₃、限流電感L₁、并接的耗能電阻r_f、開關(guān)管T₂和缷能二極管D₅組成，其中可控管T₁、限流電感L₁、并接的耗能電阻r_f與開關(guān)管T₂串接，限流電感L₁及耗能電阻r_f并接于二極管D₅。開關(guān)管T₃連接穩(wěn)壓電容C和DVR模塊。

電網(wǎng)正常工況下，控制可控管T₁關(guān)斷，T₃導(dǎo)通。此時DC-link環(huán)節(jié)斷開，串聯(lián)側(cè)工作在DVR模式，并聯(lián)側(cè)工作在APF模式，整個裝置等效為傳統(tǒng)UPQC模式。

發(fā)生短路故障時，DC-link環(huán)節(jié)參與進(jìn)行限流，控制可控管T₁導(dǎo)通，T₃關(guān)斷，通過調(diào)節(jié)可控管T₂導(dǎo)通占空比可等效調(diào)節(jié)限流阻抗大小，從而精確限制短路電流值，關(guān)斷串聯(lián)側(cè)IGBT模塊，串聯(lián)側(cè)工作在橋式限流器模式，并聯(lián)側(cè)工作在APF模式。

一種基于統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器的故障電流主動調(diào)控型限流系統(tǒng)的控制方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟1，檢測電網(wǎng)電流I_S和電網(wǎng)電壓U_S，未發(fā)生故障時，開關(guān)管T₁斷開，控制DVR模塊的四個可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4，所提系統(tǒng)等同于傳統(tǒng)UPQC，實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓補(bǔ)償以及諧波無功電流治理；

步驟2，檢測負(fù)載電流I_a，計(jì)算直流側(cè)電容電壓設(shè)定值與實(shí)際值之差，差值經(jīng)過PI控制調(diào)節(jié)，得到有功電流分量計(jì)算的參數(shù)i_up，i_up與基波有功分量相加后進(jìn)行dq0-abc同步變換，得到I_a有功分量大小I_af；

步驟3，計(jì)算負(fù)載電流I_a與I_af的差值I_Δ，得到PWM并聯(lián)變流器輸出電流I_b與I_Δ的偏差，偏差經(jīng)PI控制調(diào)節(jié)后得PWM并聯(lián)變流器的開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電流Is諧波治理和無功補(bǔ)償；

步驟4，檢測到電網(wǎng)電壓U_S暫升、暫降、三相不平衡問題，控制DVR模塊的四個可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓補(bǔ)償；

步驟5，檢測負(fù)載電壓U_L和串聯(lián)變壓器一次側(cè)電壓U_T1，計(jì)算電網(wǎng)電壓與負(fù)載電壓的差值U_Δ，差值U_Δ與串聯(lián)變壓器一次側(cè)電壓U_T1的偏差經(jīng)PI控制調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)值經(jīng)定頻滯環(huán)比較器得到可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載電壓對電網(wǎng)電壓的實(shí)時跟蹤；

步驟6，檢測電網(wǎng)電流I_S，判斷電網(wǎng)短路故障情況，當(dāng)短路電流超過動作值時，可控管S_a1、S_a2、S_a3、S_a4關(guān)斷。控制開關(guān)管T₃斷開，導(dǎo)通可控管T₁，串聯(lián)變壓器二次側(cè)電壓經(jīng)不控整流橋D₁-D₄流經(jīng)DC-link環(huán)節(jié)的卸放支路，限流電感進(jìn)而耦合到原邊線路以限制短路電流及其上升率；

步驟7，檢測接地故障發(fā)生后，通過可控管T₂的導(dǎo)通與關(guān)斷，即控制耗能電阻r_f(在工頻周期內(nèi)投入電路時間的不同，一方面可避免耗能電阻r_f持續(xù)導(dǎo)通帶來的過熱，一方面可調(diào)節(jié)DC-link環(huán)節(jié)及線路電流的大小，可實(shí)現(xiàn)線路故障電流大小的主動調(diào)節(jié)，且直流側(cè)無過電壓的沖擊；

步驟8，短路故障消除后，控制開關(guān)管T₃導(dǎo)通，T₁關(guān)斷，限流電感L₁通過缷能二極管D₅卸能，線路電流恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，所提系統(tǒng)等同于傳統(tǒng)UPQC。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。