本发明专利技术涉及一种利用谐振型电子开关的统一电能质量控制装置，属于电力电子和柔性交流输配电技术领域。该装置包括谐振型电子开关、电压源变流器，储能单元及主控制系统，该主控制系统由主控制器和多种传感器所组成；该谐振型电子开关包括一组电感Lr1和Lr2、一组电容Cr1和Cr2以及一组双向晶闸管T1；其中，双向晶闸管T1与电感Lr2、电容Cr1串联所构成的支路与电感Lr1相并联，由Lr1、Lr2、Cr1、T1构成的并联支路与电容Cr2相互串联。该方法为将各种电能质量故障进行判断并控制本装置在4种模式之间进行快速切换和运行；本发明专利技术具备结构简单、成本低廉，抗过载能力强、运行效率高的优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种利用谐振型电子开关的统一电能质量控制装置，属于电力电子和柔性交流输配电
。该装置包括谐振型电子开关、电压源变流器，储能单元及主控制系统，该主控制系统由主控制器和多种传感器所组成；该谐振型电子开关包括一组电感Lr1和Lr2、一组电容Cr1和Cr2以及一组双向晶闸管T1；其中，双向晶闸管T1与电感Lr2、电容Cr1串联所构成的支路与电感Lr1相并联，由Lr1、Lr2、Cr1、T1构成的并联支路与电容Cr2相互串联。该方法为将各种电能质量故障进行判断并控制本装置在4种模式之间进行快速切换和运行；本专利技术具备结构简单、成本低廉，抗过载能力强、运行效率高的优点。【专利说明】
本专利技术属于电力电子和柔性交流输配电
。特别涉及一种用于配、用电系统的电能质量治理装置，尤其是涉及带有谐振型电子开关和储能单元储能单元的电力电子电路装置及该电力电子电路的运行方法。
技术介绍
影响电能质量状况的因素十分复杂，通常统称之为电能质量扰动或电能质量问题。按照扰动持续时间的长短可以将其分为两大类:持续时间不超过若干秒级的通常归为离散型扰动，例如电压跌落，电压骤升，电压振荡以及瞬态过电压等；更长持续时间的为连续型扰动，例如三相电压不平衡，电压闪变，电压谐波和电流谐波等。在现代石油化工、电力、电子、通讯、半导体制造、航空、工业机器人和医疗器械，以及智能配电网、微电网等领域，由于已大量使用了对供电电能质量要求更高的电力电子装置或敏感设备，包括高频电源、变频器、芯片制造生产线、数据或计算中心等，很容易受到各类电能质量扰动的影响，尤其是对电压跌落与骤升、动态无功、谐波、电压波动与闪变以及三相电压不平衡等最为敏感。它们不但影响敏感设备的运行效率，降低其使用寿命，严重地往往会引起这些设备的误操作或者损坏，造成严重的经济损失甚至重大的安全事故。此外，随着电力系统规模的不断扩大和负荷容量的不断增加，加之地区电网之间网际互联日趋紧密，低阻抗大容量变压器的使用，都导致了电力系统短路容量的快速增长。一些大型发电机和主变压器发生近区短路时，短路电流可达100?200kA。而且，主动配电网和微电网的概念会将大量新能源和分布式电源的接入配电网，不但导致了短路容量的进一步增长，还存在难以预期的短路潮流逆转的问题。这样就给电力系统安全、稳定运行以及电力系统中各种电气设备(如断路器、变压器及接地网等)提出了更为严格的要求，需妥善解决故障电流抑制问题。 依赖传统的供电技术通常难以解决多种类型的电能扰动问题，这就需要采用柔性交流配电(Distributed Flexible AC Transmiss1n System, D-FACTS)技术对各种电能质量问题进行有效地控制。如今D-FACTS设备已成为改善电能质量，尤其是解决动态电能质量扰动问题的有力工具。然而，目前绝大部分的D-FACTS设备通常采用单纯的并联型或串联型连接及控制方式，仅能解决部分电能质量问题。 如串联型D-FACTS设备，主要通过调节串联电压来解决配、用电系统中电压方面的电能质量问题，典型设备包括固态切换开关(Solid-State Transfer Switch, SSTS)、动态电压补偿器(Dynamic Voltage Restorer, DVR)、串联型有源电力滤波器(Active PowerFilter, APF)等。其中串联型DVR装置存在的缺陷在于:仅适用于系统侧发生短路故障形成的电压跌落，对于无论是近端断路器跳闸产生的供电中断或者上级断路器跳闸及倒闸形成的短时供电中断，DVR装置均无法构成有效的补偿回路。其次，DVR装置在电压未发生跌落或突升条件下通常处于电子旁路状态，整体设备利用率很低，尽管可像串联型APF装置一样增加对谐波电压的补偿功能，但它无法对谐波和无功电流进行抑制，而后者是实际配电、用电系统中最主要谐波污染源。固态切换开关技术SSTS的问题是，首先需要互为热备用的独立电源系统的支持，这在许多地区和应用场合难以实现，代价高昂；其次，基于晶闸管实现的SSTS，由于需要关断控制，仍然有半个周波到一个周波的断电时间，对许多敏感负荷而言是不可接受的。 并联型D-FACTS设备通常并联在电网中，可以通过调节其注入电网的补偿电流来解决谐波和动态无功电流等潮流引起的电能质量问题，或者可作为独立的电压源为负荷供电以解决配电系统中的部分电压质量问题。典型并联型D-FACTS设备包括配电网静止同步补偿器(Distributed Static Synchronous Compensator, D-STATCOM)、并联型有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)以及在线互动式 UPS(Line_InteractiveUninterruptible Powe rSupply)等。由于D-STATC0M和并联型APF设备是通过改变配电系统中潮流分布实现对电压波动、电压闪变、谐波等电能质量问题的抑制，属间接控制方式，对于电压跌落、电压骤升等电压质量问题无法有效控制。在线互动式UPS可以通过与配、用电系统快速断开继而独立为负荷供电来解决电压型电能质量扰动问题，但其在配、用电系统快速断开时间这一关键问题上存在较大缺陷，目前所采用的交流电子旁路开关断开时间较长，典型时间为4?10ms，导致UPS的输出存在一定时间的供电中断，对于敏感型负荷而言仍然是不可接受的。 综合型D-FACTS设备正是在这种情况下发展起来的。综合型D-FACTS设备能够同时解决配、用电系统中电压和电流两类电能质量问题，典型设备包括统一电能质量控制器(Unified Power Quality Controller, UPQC)、双变换型UPS (Double Convers1n UPS)和在线交互式delta型UPS (Line-1nteractive Delta UPS),这些设备在结构上同时包括“并联型和串联型”或“整流器和逆变器”两部分变流器设备。以UPQC为例，其概念最早由日本学者Akagi于1996年提出，此后日本、美国、德国等国学者在最初的UPQC概念基础上开展了进一步的研究。UPQC的基本结构是一个背靠背式的双向变流器，将双向变流器的两部分分别串联和并联在电网中。UPQC的控制系统采集电网侧和负荷侧的电压电流信号，计算串联部分变流器的输出参考电压以及并联部分变流器的输出参考电流，生成变流器的电力电子开关控制信号，对串联部分变流器和并联部分变流器分别进行电压和电流跟踪控制，使得负荷电压以及电网电流维持正弦波形。同时，背靠背式变流器的直流电容器还可以与蓄电池等直流储能单元并联，当电网侧电压发生诸如电压跌落等严重故障时，UPQC装置通过并联部分变流器为负荷在电网故障期间提供连续电能。双变换型UPS则通过AC-DC-AC两级变流器结构，实现负荷与配、用电系统的完全电压、电流隔离。 综合型D-FACTS设备功能强大，可实现对绝大部分类型电能质量扰动的治理，但目前应用范围仍然有限，主要的限制因素是D-FACTS设备成本高、抗过载能力弱及可靠性差等问题。综合型D-FACTS同时包含并联和串联两部分变流器结构，相对于并联型或串联本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用谐振型电子开关的统一电能质量控制装置，其特征在于：该统一电能质量控制装置包括谐振型电子开关、电压源变流器，储能单元及由主控制器和多种传感器组成的主控制系统；其中，谐振型电子开关串联接入电网与受保护敏感负荷之间，谐振型电子开关的两端口分别为PCC1点和PCC2点；电压源变流器交流输出端口并联接入PCC2点，其直流侧电容端口分别与储能单元的对应输出端口连接；主控制器输入端与各传感器相连；主控制器输出端分别与电压源变流器和谐振型电子开关相连，输出电压源变流器的开关脉冲信号以及谐振型电子开关的开关脉冲信号；该谐振型电子开关包括一组电感Lr1和Lr2、一组电容Cr1和Cr2以及一组双向晶闸管T1；其中，双向晶闸管T1与电感Lr2、电容Cr1串联所构成的支路与电感Lr1相并联，由Lr1、Lr2、Cr1、T1构成的并联支路与电容Cr2相互串联。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜齐荣，魏应冬，田钰笙，
申请(专利权)人：清华大学，张家港智电电力电子研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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