一种基于交交变换器的统一电能质量控制器及其控制方法技术

本发明专利技术属于升降压变换器技术领域，具体公开了一种基于交交变换器的统一电能质量控制器及其控制方法，本发明专利技术充分利用配电已有变压器的绕组，将交交变换器电路和变压器进行一体化设计，通过输入电压和目标电压的关系，确定工作模式，根据工作模式对各电路的开关状态进行控制，实现统一电能质量控制器对负荷电压的稳定控制，减少了传统统一电能质量控制器中的变压器，成本大幅降低；同时该统一电能质量控制器可以有效抑制负载侧短路，当负载侧短路时，通过控制升降压切换开关电路和故障保护电路的开关状态，交交变换器输出和电网电压相位相反的电压，进而减少负载电压幅值，大幅限制负载短路电流

【技术实现步骤摘要】
一种基于交交变换器的统一电能质量控制器及其控制方法


[0001]本专利技术属于升降压变换器
，具体包括一种基于交交变换器的统一电能质量控制器及其控制方法
。

技术介绍

[0002]随着工业自动化程度的快速发展，电能质量问题已成为电力用户的主要关注对象，其中电网电压跌落是影响用电负荷安全运行的主要问题之一
。
尤其在配电末端，长线路
、
重载投切都有可能引起电压暂降问题
。
随着光伏高比例接入电网，尤其整县光伏的大力发展，配电末端电压还会出现电压暂升的情况，引起电网新的电能质量问题
。
电压暂降
/
暂升都可以通过统一电能质量控制器进行调节
。
[0003]传统统一电能质量控制器
(United Power Quality Conditioner
，
UPQC)
是由一个串联有源电力滤波器和一个并联有源电力滤波器通过公共直流母线电容连接构成的背靠背结构，其主要功能是能够综合地补偿电压
、
电流质量问题，包括电网电压波动
、
畸变，负载无功和谐波电流等
。
[0004]传统
UPQC
拓扑结构如图1所示，其中串联变压器需要承受满功率电流，尤其在当负荷短路时，变压器需要具备抗短路电流的能力，不仅增加了设计难度，成本也增加
。
[0005]因此，现有的电能质量控制器成本过高，在当负荷短路时，变压器不具备抗短路电流的能力，不能实现稳定控制
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于交交变换器的统一电能质量控制器及其控制方法，以解决现有的电能质量控制器成本过高，在当负荷短路时，变压器不具备抗短路电流的能力，不能实现稳定控制的问题
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于交交变换器的统一电能质量控制器，其特征在于，包括，一次侧交流电路和二次侧交流电路；
[0009]所述一次侧交流电路包括一次侧交流电源
U
s
，所述二次侧交流电路包括升降压切换开关电路
、
交交变换器电路
、
故障保护电路和负载
Z
L
；
[0010]变压器一次侧绕组与交流电源
U
s
相连，变压器二次侧绕组的部分饶组与升降压切换开关电路
、
交交变换器电路和故障保护电路依次串联，变压器二次侧绕组的另一部分绕组与负载
Z
L
相连；
[0011]所述升降压切换开关电路的输出端连接交交变换器电路的输入端，交交变换器电路的输出端连接故障保护电路的输入端，故障保护电路的输出端连接升降压切换开关电路的输入端；所述负载并联在升降压切换开关电路
、
交交变换器电路和故障保护电路上
。
[0012]进一步的，所述升降压切换开关电路包括第一继电器
R1、
第二继电器
R2、
第一电容
C1和第二电容
C2；变压器二次侧绕组的中点引出两路，一路依次连接第一电容
C1和第二电容
C2，构成回路；另一路与第一继电器
R1和第二继电器
R2依次相连，构成回路；第一继电器
R1的输出端分为两路，一路连接交交变换器电路的第一输入端，另一路连接第二继电器
R2的输入端；
[0013]第一电容
C1和第二电容
C2的中点与变压器二次侧绕组的部分绕组的中点连接，变压器二次侧绕组的部分绕组的中点引出两路，一路连接交交变换器电路的第二输入端；另一路连接故障保护电路的输出端
。
[0014]进一步的，所述交交变换器电路包括第一开关
S1、
第二开关
S2、
电感
L
f
和电容
C
f
，第一开关
S1和第二开关
S2均包括一对反向串联的
IGBT
；第一开关
S1的一端与第一继电器
R1的输出端相连，第一开关
S1的另一端分为两路，一路与第二开关
S2的一端相连，另一路与电感
L
f
的一端相连；电感
L
f
的另一端分为两路，一路与电容
C
f
的一端相连，另一路与故障保护电路的输入端相连；电容
C
f
的另一端与第二开关
S2的另一端连接后与变压器二次侧绕组的部分绕组的中点相连
。
[0015]进一步的，所述故障保护电路包括第三继电器
R3和一对反向并联的晶闸管
SCR
，第三继电器
R3并联在晶闸管
SCR
上；晶闸管
SCR
的一端与电感
L
f
的另一端相连，晶闸管
SCR
的另一端与变压器二次侧绕组的部分绕组的中点相连；
[0016]负载
Z
L
的一端与变压器二次侧绕组的另一部分绕组相连，负载
Z
L
的另一端与晶闸管
SCR
的一端相连
。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种基于交交变换器的统一电能质量控制器的控制方法，其特征在于，基于上述中任一项所述的一种基于交交变换器的统一电能质量控制器，包括：
[0018]基于输入电压和目标电压的大小
、
方向关系，确定工作模式；
[0019]基于确定的工作模式控制升降压切换开关电路内部继电器的开关状态
、
交交变换器电路内部开关状态，以及故障保护电路的开关状态
。
[0020]进一步的，其特征在于，
[0021]将交交变换器电路的输出电压实际值
V
COMP
与输出电压参考值
V
COMP_ref
相比较，将差值通过
PI
控制器后进行限幅控制得到调制波，经过与载波比较后根据线路电流极性进行换流控制，生成
PWM
信号，将
PWM
信号输送至第一开关
S1和第二开关
S2，对第一开关
S1和第二开关
S2进行控制
。
[0022]进一步的，其特征在于，
[0023]当基于交交变换器的统一电能质量控制器处于升压模式，在线路电流达到电流过零点时，向故障保护电路中的晶闸管
SCR
开关发出触发脉冲，变压器二次侧绕组与晶闸管
SCR
和负载
Z
L
形成新的电路回路，关闭第一继电器
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于交交变换器的统一电能质量控制器，其特征在于，包括，一次侧交流电路和二次侧交流电路；所述一次侧交流电路包括一次侧交流电源
U
s
，所述二次侧交流电路包括升降压切换开关电路
、
交交变换器电路
、
故障保护电路和负载
Z
L
；变压器一次侧绕组与交流电源
U
s
相连，变压器二次侧绕组的部分饶组与升降压切换开关电路
、
交交变换器电路和故障保护电路依次串联，变压器二次侧绕组的另一部分绕组与负载
Z
L
相连；所述升降压切换开关电路的输出端连接交交变换器电路的输入端，交交变换器电路的输出端连接故障保护电路的输入端，故障保护电路的输出端连接升降压切换开关电路的输入端；所述负载并联在升降压切换开关电路
、
交交变换器电路和故障保护电路上
。2.
根据权利要求1所述的一种基于交交变换器的统一电能质量控制器，其特征在于，所述升降压切换开关电路包括第一继电器
R1、
第二继电器
R2、
第一电容
C1和第二电容
C2；变压器二次侧绕组的中点引出两路，一路依次连接第一电容
C1和第二电容
C2，构成回路；另一路与第一继电器
R1和第二继电器
R2依次相连，构成回路；第一继电器
R1的输出端分为两路，一路连接交交变换器电路的第一输入端，另一路连接第二继电器
R2的输入端；第一电容
C1和第二电容
C2的中点与变压器二次侧绕组的部分绕组的中点连接，变压器二次侧绕组的部分绕组的中点引出两路，一路连接交交变换器电路的第二输入端；另一路连接故障保护电路的输出端
。3.
根据权利要求2所述的一种基于交交变换器的统一电能质量控制器，其特征在于，所述交交变换器电路包括第一开关
S1、
第二开关
S2、
电感
L
f
和电容
C
f
，第一开关
S1和第二开关
S2均包括一对反向串联的
IGBT
；第一开关
S1的一端与第一继电器
R1的输出端相连，第一开关
S1的另一端分为两路，一路与第二开关
S2的一端相连，另一路与电感
L
f
的一端相连；电感
L
f
的另一端分为两路，一路与电容
C
f
的一端相连，另一路与故障保护电路的输入端相连；电容
C
f
的另一端与第二开关
S2的另一端连接后与变压器二次侧绕组的部分绕组的中点相连
。4.
根据权利要求3所述的一种基于交交变换器的统一电能质量控制器，其特征在于，所述故障保护电路包括第三继电器
R3和一对反向并联的晶闸管
SCR
，第三继电器
R3并联在晶闸管
SCR
上；晶闸管
SCR
的一端与电感
L
f
的另一端相连，晶闸管
SCR
的另一端与变压器二次侧绕组的部分绕组的中点相连；负载
Z
L
的一端与变压器二次侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬，张琦，孙艳飞，杨光，李航，张湘毅，万伯豪，喻晖，温李，寇博绰，郭原湖，李珅珅，吕翔，余森林，侯建林，于寒霄，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：