基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统及其控制方法技术方案

基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统及其控制方法，该控制方法包括步骤1，发生电压跌落时将开关S1、S2断开，计算各相负载所需补偿的电压；步骤2，确定电压跌落比k

Double transformer coupling voltage compensation system based on thyristor switching and its control method

【技术实现步骤摘要】
基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电能质量电压补偿
，尤其指一种基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着智能配电网和电力电子技术的快速发展，以及大量的电力电子设备应用、分布式能源接入，电网电能质量问题逐渐突显出来。其中，电压跌落引起的事故次数大约是由电压中断引起的事故次数的10倍，因此电压跌落问题被认为是影响电力负荷稳定运行的重要问题之一。
[0003]为解决配电网电压跌落问题，主要是依靠新增补偿装置来抑制或消除电压跌落的发生。传统的补偿装置有备用发电机、有载调压变压器、静止无功补偿器等，但这些装置受到响应速度、补偿精度制约，不能有效实施对电压跌落的全补偿。随着电力电子技术的快速发展，各类基于功率半导体器件的串联型电力电子装置的不断涌现。其中基于全控型功率器件的电压源型变流器(Voltage Source Converter，VSC)由于拓扑结构简单、控制技术成熟、多电平容易实现等优点，在电力电子装备中备受欢迎。动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)凭借其运行效率高、可靠性高和快速性好等优势，成为保护敏感负荷免受电网电压暂降、骤升等电能质量问题影响的重要技术手段。但电压补偿期间，DVR输出电压范围受逆变器容量限制，补偿范围有限。双DVR协同补偿装置，可以提高了补偿电压可靠性和灵活性，但该装置成本高且控制策略复杂。在传统DVR的基础上，在LC滤波器中串联一个电容，可以有效降低逆变器容量和直流侧电压等级，但串联电容和感性设备参数匹配不当则容易发生震荡，不利于系统安全稳定运行。
[0004]面对配电网中故障电压跌落问题，虽然串联型动态电压恢复器，双DVR补偿装置和串联电容耦合型动态电压恢复器在一定程度上能有效补偿负载电压，但仍然存在成本高和补偿精度不够等问题，因此亟需一种兼具补偿性能与成本的电压补偿装置。

技术实现思路

[0005]为了解决现有的电压补偿装置补偿范围不大和成本高的问题，本专利技术提供一种基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统及其控制方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：
[0007]一种基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统，包括三相补偿单元，每一相补偿单元均包括有源逆变电路、变压器T1、多抽头变压器T2、晶闸管投切电路、开关S1和开关S2；所述有源逆变电路包括电压型H桥逆变器、滤波电容C
f
和滤波电感L
f
；所述晶闸管投切电路包括多组反并联晶闸管；
[0008]所述多抽头变压器T2的一次绕组与三相交流电网并联，所述多抽头变压器T2的二次绕组分接抽头通过反并联晶闸管与变压器T1的一次绕组一端电连接，所述变压器T1的一
次绕组另一端与多抽头变压器T2的二次绕组另一端分别电连接于滤波电容C
f
的两端，所述电压型H桥逆变器的交流侧串联滤波电感L
f
后与滤波电容C
f
并联，所述变压器T1的二次绕组串联接入三相交流电网中，所述三相交流电网包括三相交流电源和负载，所述开关S1与变压器T1的二次绕组并联，所述开关S2与多抽头变压器T2的二次绕组并联。
[0009]进一步地，所述晶闸管投切电路包括依次并联的反并联晶闸管Ts1、反并联晶闸管Ts2和反并联晶闸管Ts3，所述反并联晶闸管Ts1、反并联晶闸管Ts2和反并联晶闸管Ts3的一端分别电连接于多抽头变压器T2的二次绕组的各分接抽头，所述反并联晶闸管Ts1、反并联晶闸管Ts2和反并联晶闸管Ts3的另一端均电连接于滤波电容C
f
的一端。
[0010]再进一步地，所述电压型H桥逆变器包括交流侧的全控型器件V1、V2、V3、V4、以及直流侧的电容C
dc
，所述电容C
dc
分别与全控型器件V1、V2组成的串联线路以及全控型器件V3、V4组成的串联线路并联。
[0011]优选地，所述全控型器件V1、V2、V3、V4均为NPN型的绝缘栅双极晶体管，该绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间串联有二极管。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术还采用了如下技术方法：
[0013]一种基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统的控制方法，包括：
[0014]步骤1，设定三相交流电源的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
，实时检测三相交流电源实际输出的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
，当各相电压U
sa
、U
sb
、U
sc
低于对应相的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
时，确定为发生电压跌落，将开关S1、S2断开，计算各相负载所需补偿的电压；
[0015]步骤2，根据检测到的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
以及设定的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
确定电压跌落比k
sag
，控制需投切的反并联晶闸管导通，通过多抽头变压器T2的一次绕组从三相交流电源处取能，再由多抽头变压器T2的二次绕组输出补偿电压，并通过变压器T1将补偿电压注入三相交流电网中，对各相负载的电压进行一次补偿；
[0016]步骤3，检测各相负载电压补偿状态，根据当前负载电压与三相交流电源的电压标准值之差，控制电压型H桥逆变器通过变压器T1对负载电压进行二次补偿，实现负载电压全补偿；
[0017]步骤4，当检测到三相交流电源的电压恢复为标准值时，关断反并联晶闸管投切，将开关S1和开关S2闭合。
[0018]优选地，在步骤1中，将开关S1、S2断开后，将检测的三相交流电源的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
依次经过Park变换、滤波、Park逆变换得到电压基波分量U
Laq
、U
Lbq
、U
Lcq
，再将电压基波分量U
Laq
、U
Lbq
、U
Lcq
与设定的三相交流电源的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
相减，得到电源电压跌落时各相负载所需补偿的电压U
ra
、U
rb
、U
rc
；
[0019]在步骤2中，根据检测到的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
以及设定的电压标准值U
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统，其特征在于：包括三相补偿单元，每一相补偿单元均包括有源逆变电路、变压器T1、多抽头变压器T2、晶闸管投切电路、开关S1和开关S2；所述有源逆变电路包括电压型H桥逆变器、滤波电容C
f
和滤波电感L
f
；所述晶闸管投切电路包括多组反并联晶闸管；所述多抽头变压器T2的一次绕组与三相交流电网并联，所述多抽头变压器T2的二次绕组分接抽头通过反并联晶闸管与变压器T1的一次绕组一端电连接，所述变压器T1的一次绕组另一端与多抽头变压器T2的二次绕组另一端分别电连接于滤波电容C
f
的两端，所述电压型H桥逆变器的交流侧串联滤波电感L
f
后与滤波电容C
f
并联，所述变压器T1的二次绕组串联接入三相交流电网中，所述三相交流电网包括三相交流电源和负载，所述开关S1与变压器T1的二次绕组并联，所述开关S2与多抽头变压器T2的二次绕组并联。2.根据权利要求1所述的基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统，其特征在于：所述晶闸管投切电路包括依次并联的反并联晶闸管Ts1、反并联晶闸管Ts2和反并联晶闸管Ts3，所述反并联晶闸管Ts1、反并联晶闸管Ts2和反并联晶闸管Ts3的一端分别电连接于多抽头变压器T2的二次绕组的各分接抽头，所述反并联晶闸管Ts1、反并联晶闸管Ts2和反并联晶闸管Ts3的另一端均电连接于滤波电容C
f
的一端。3.根据权利要求2所述的基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统，其特征在于：所述电压型H桥逆变器包括交流侧的全控型器件V1、V2、V3、V4、以及直流侧的电容C
dc
，所述电容C
dc
分别与全控型器件V1、V2组成的串联线路以及全控型器件V3、V4组成的串联线路并联。4.根据权利要求3所述的基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统，其特征在于：所述全控型器件V1、V2、V3、V4均为NPN型的绝缘栅双极晶体管，该绝缘栅双极晶体管的发射极和集电极之间串联有二极管。5.如权利要求1
‑
4中任意一项所述的基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统的控制方法，其特征在于，包括：步骤1，设定三相交流电源的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
，实时检测三相交流电源实际输出的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
，当各相电压U
sa
、U
sb
、U
sc
低于对应相的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
时，确定为发生电压跌落，将开关S1、S2断开，计算各相负载所需补偿的电压；步骤2，根据检测到的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
以及设定的电压标准值U
a_ref
、U
b_ref
、U
c_ref
确定电压跌落比k
sag
，控制需投切的反并联晶闸管导通，通过多抽头变压器T2的一次绕组从三相交流电源处取能，再由多抽头变压器T2的二次绕组输出补偿电压，并通过变压器T1将补偿电压注入三相交流电网中，对各相负载的电压进行一次补偿；步骤3，检测各相负载电压补偿状态，根据当前负载电压与三相交流电源的电压标准值之差，控制电压型H桥逆变器通过变压器T1对负载电压进行二次补偿，实现负载电压全补偿；步骤4，当检测到三相交流电源的电压恢复为标准值时，关断反并联晶闸管投切，将开关S1和开关S2闭合。6.根据权利要求5所述的基于晶闸管投切的双变压器耦合型电压补偿系统的控制方法，其特征在于：在步骤1中，将开关S1、S2断开后，将检测的三相交流电源的电压U
sa
、U
sb
、U
sc
依次经过
Park变换、滤波、Park逆变换得到电压基波分量U
Laq
、U
Lbq
、U
Lcq
，再将电压基波分量U
Laq
、U
Lbq
、U
Lcq
与设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜飞，何振武，肖昌麟，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：