[发明专利]动态串联电压补偿器及动态串联电压补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提供交流电的交流(ac)电力系统。特别是，本发明涉及一种用于在这样一种交流电力系统中补偿电压骤降(dip)的串联电压补偿器及动态串联电压补偿方法。

背景技术

正如在本技术领域所公知的，交流(ac)电力系统用于发电、输电和随后的向用户场所配电。这些用户场所例如可以是居民家庭、商业用房、工业建筑或工厂。通常，交流电力系统尤其包括导体(conductor)，沿导体向用户场所提供电力。这种导体的实例包括地下电缆和架空线。

通常，由电源产生的ac电源电压首先为了输电而升压，然后为了配电而降压。配电电压一般处在千伏(KV)范围内。然后将这种配电电压降压到用户电压级，通常为400伏(V)。在大多数交流电力系统中，经过构成交流电网的多重连接向用户场所提供交流电。

在向用户场所(交流)配电的过程中，可能在交流电网中产生故障。这些故障例如可以是由于市政作业损伤地下电缆或由于雷击放电引起的架空线故障。这些故障对向用户场所提供的供电电压产生有害影响，并一般称为电压扰动。

一种类型的电压扰动称为电压骤降(dip)。电压骤降是一种供电电压从正常值的突然和短暂降低。一般，电压骤降的量值和持续时间取决于电压骤降还取决于实施的用于将供电电压恢复到正常值的控制方式。例如，电压骤降的持续时间通常尤其取决于识别引起电压骤降的故障的位置以及电路断路器跳闸并隔离故障位置所需的时间。

一般，按照电学观点，当与引起电压骤降的故障的位置越近时电压骤降的量值就越大。因此，通常在不同的用户场所电压骤降的量值是不同的，其范围可以为供电电压的10％到80％。此外，在以两相或更多相(多相)提供供电电压的交流电力系统中，在这些相中的每一相的电压骤降的量值一般是不同的。经常，在故障位置的单相线对地故障可能最终引起在用户场所的所有相的电压骤降。这是由于使用星形-三角形变压器，公知这些变压器会将一相中的至少某一电压骤降的量值转移到其它相。

在1994年7月12日授予Gyugyi等人的5329222号美国专利中介绍了一种用于补偿电压骤降的技术。这一专利中介绍了一种用于利用串联插入(injection)电压补偿公用线路暂态电压骤降的装置和方法。然而，使用三相逆变器(inverter)和一用于将三相逆变器耦合到高压配电系统的变压器，导致在彼此某种程度耦合的每相上形成串联插入电压。照此耦合的串联插入电压并不适合，这是因为在所有三相上电压骤降可能是不同的，以及对于三相中的每一相依时间不同而变化。

在1999年3月16日授予Cheng等人的5883796号美国专利中介绍了一种用于补偿电压骤降的技术。这一专利中介绍了一种用于利用三相串联插入电压复原电压骤降的装置和方法。因而，由这一专利的装置和方法的提供的插入电压具有与5329222号美国专利相似的局限性，在于某种程度上一再耦合插入电压。

一种用于补偿供电电压中的电压骤降的另一种技术利用电流-对-电压补偿器(current-to-voltage compensator)。电流-对-电压补偿器是根据大多数电压扰动是由于单相线对地故障引起的而其余的相正常这一依据工作的。通过获取在单相电压骤降期间的正常相的电流，以及通过利用半导体逆变器将这一电流转换成串联补偿电压，因此可以补偿电压骤降的相。所以，特别是当所有三相电压骤降时，电流-对-电压补偿器不可能对所有的相适当补偿电压骤降。

此外，对于多相电力系统难于补偿在单相中的电压骤降，在上述补偿器中的能量存储也是一个问题。这是因为通常使用电容器存储能量来提供插入电压或补偿电压。当需要大的能量存储容量以便对长持续时间的电压骤降提供补偿电压时，这些电容器可能费用很高。

此外，在交流配电系统中，利用串联插入式逆变器的电压补偿器提供的逆变器电压通常量值对于偿电压骤降是不足的。因此，这些逆变器电压量值必须得利用升压变压器升压。升压变压器的使用明显增加了常规的电压补偿器的成本，这就使得对于一般低成本的应用场合不太希望使用这些补偿器。