[发明专利]分散式电能质量调节器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能质量调节器，特别涉及一种基于串联型补偿装置与并联型补偿装置的分散式电能质量调节器及其控制方法。

背景技术

随着电力系统中非线性负荷、冲击负荷的不断增加，尤其是电力电子变换装置的广泛应用，电网的谐波畸变越来越严重。同时电网电压也经常出现三相不平衡和谐波干扰现象。另一方面，随着各种复杂的精密的对电能质量要求较高的装置(如计算机)的普及，人们对电能质量提出了越来越高的要求，电能质量装置及控制技术成为当前的热点问题。

如图1所示，传统统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner，UPQC)作为一种柔性配电技术，将基于并联电流补偿原理的一个并联型补偿装置和基于串联电压补偿原理的一个串联型补偿装置结合在一个装置系统中，采用一个中央控制器，用于配电系统，既能补偿非线性负载的不对称和谐波，也能补偿电源电压的不对称和谐波，既能够为负荷侧提供高质量的电力供应，也能够减少负荷对区域电网的污染，使用户免受电网电压不平衡和幅值波动的影响，可以解决大部分电能质量问题，具有综合的电能质量调节功能。

但是，传统UPQC也存在一些限制。从电能质量分级管理角度考虑：由于传统的UPQC通常安装于配电网中靠近公共耦合点(Point of Common Coupling，PCC)之前的交流母线上，同时向配电网的公共耦合点后所有终端用户提供高质量的电能，因此，它不具有同时向不同用户(或敏感负荷)提供不同品质电能质量的能力。从设施灵活性方面考虑，配电网中传统的UPQC安装位置相对固定，容量优化和配置优化所取得的实际效益有限；从投资经济性方面考虑：配电网中所有用户为获得所需一定等级的电能质量，安装传统的UPQC的投资成本相对较高。

因此，研究一种新的解决方案为所有终端用户改善电能质量，并且为那些需要高品质电能的用户降低电力成本有着较大的实用意义和市场推广价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有传统统一电能质量调节器成本较高、控制复杂、安装位置及容量配置不灵活等缺点，立足于智能电网背景下不同电能质量的分级管理及优质电力园区设计等问题，提供一种分散式电能质量调节器，本发明可以降低系统成本，治理配电网内多种电能质量问题，配置更加灵活可靠。

本发明分散式电能质量调节器由一个或多个串联型补偿装置和并联型补偿装置组成。每个所述的串联型补偿装置和并联型补偿装置均含有中央控制器。中央控制器主要实现数据采样、数据运算、发出补偿指令等功能。多个串联型补偿装置和并联型补偿装置组成的本发明分散式电能质量调节器配有管理中心，管理中心根据电网故障类型对各个串联型补偿装置和并联型补偿装置进行管理。

所述的串联型补偿装置安装在电网中对电压敏感的敏感负荷或者公共耦合点馈线的前端，为敏感负荷或者整条馈线提供较高的电压质量。

串联型补偿装置可以是单相、三相三线、三相四线或者三相四桥臂结构。

串联型补偿装置包括直流端配置储能单元与不配置储能单元两种结构形式。不含储能单元的串联型补偿装置所需的能量来自电网侧或者负载侧的电压整流获得，含有储能单元的串联型补偿装置可通过配置大容量电解电容器或者超级电容器进行储能作为能量来源。

直流端配置储能单元的串联型补偿装置中，储能单元通常直接挂在串联型补偿装置的直流母线上。

所述的串联型补偿装置与电网的连接方式包括直挂式和通过隔离变压器连接两种。

根据在低压、中压或高压不同场合的应用及容量限制，所述的串联型补偿装置包括单个逆变单元模块结构和级联多逆变单元模块结构，单个逆变单元模块结构通常为两桥臂至四桥臂的IGBT组合，级联多逆变单元模块结构通常由数个单个逆变单元模块组合而成。对串联型补偿装置的控制方式也分为两电平方式和多电平方式，对串联型补偿装置的控制策略也分为开环控制和闭环控制。

串联型补偿装置可以是不间断电源(Uninterruptable Power Supply，UPS)、动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)、有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)等，当为动态电压恢复器时补偿策略可以是完全补偿、同相位补偿或最小能量补偿。串联型补偿装置除了具有基本的处理电压骤升和电压暂降功能外，还具有谐波治理，电压波动治理等其它功能，除提供有功支撑外还能提供无功支撑。