一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，該發(fā)明當直流電力系統(tǒng)的母線電壓發(fā)生電壓跌落或上升時，該并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器可以在毫秒級時間內向直流電力系統(tǒng)注入直流電流或者吸收直流電流，使直流電力系統(tǒng)的母線電壓保持恒定或者在一定的允許范圍內，達到穩(wěn)定直流電力系統(tǒng)電壓的目的。
【專利說明】
一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)領域，更具體地，涉及一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，交流電力系統(tǒng)的缺點及局限性日益突出。在交流輸電線路中，除了有導線的電阻損耗外還有交流感抗的損耗，線路損耗大，遠距離輸電效率低。交流輸電線路中，任意一相發(fā)生永久性故障，必須全線停電，故障損失大。交流輸電必須同步運行，交流系統(tǒng)并網(wǎng)還要考慮相位的一致性，控制復雜。在交流配電網(wǎng)絡中，交流輸電能力受到同步發(fā)電機間功角穩(wěn)定性問題的限制，且隨著輸電距離的增大，同步機間的聯(lián)系電抗增大，電流的相位在交流輸電系統(tǒng)的兩端會產(chǎn)生顯著的相位差，穩(wěn)定性問題更加突出，使得交流輸配電能力受到更大限制。
[0003]與交流電力系統(tǒng)對應的直流電力系統(tǒng)不存在穩(wěn)定性問題，切換更加容易，運行可靠性高；直流輸電時不會產(chǎn)生線路電容電流損耗，輸電效率高；輸送同樣的有功功率情況下，直流配電只有正負兩極兩根輸電線，無集膚效應，導線截面利用充分，能節(jié)省線材、塔材及線路走廊，輸電容量大，輸送距離遠;對絕緣介質的絕緣強度要求比交流低，直流電纜絕緣介質的投資少，適合海下電纜及城市配電網(wǎng)電纜輸電。采用直流電力系統(tǒng)后，將不再需要目前直流輸電技術的換流站，成本大幅度降低。直流輸電的兩條架空線通常采取相鄰布線，電流大小相同，方向相反，相距很近，產(chǎn)生的磁場幾乎可以完全抵消，具有環(huán)保優(yōu)勢。隨著大量分布式能源接入電力系統(tǒng)，直流電力系統(tǒng)更方便于分布式能源的接入。近年來用戶用電形式中含直流環(huán)節(jié)的電器增多，本質上使用直流的電器增多，使用直流配電網(wǎng)之后，減少電能的變換過程，提高電能效率。預計在不久的將來，隨著直流技術進一步發(fā)展及完善，直流電力系統(tǒng)推廣勢在必行，將會在電力系統(tǒng)領域與交流電力系統(tǒng)并存甚至取代交流電力系統(tǒng)。
[0004]隨著社會的發(fā)展，現(xiàn)代用電設備對電能質量以及供電可靠性提出了越來越高的要求。在交流電力系統(tǒng)中，人們已經(jīng)采取一系列FACTS裝置運用于交流電力系統(tǒng)的電能質量調節(jié)與治理。但是目前的電能質量調節(jié)裝置均是針對于交流電力系統(tǒng)設計的，很少有關于直流電力系統(tǒng)的電能質量調節(jié)器方面的研究及發(fā)明。一旦直流電力系統(tǒng)投入使用，同樣不可避免地會遇到類似的電能質量問題，現(xiàn)有的電能質量調節(jié)技術及裝置將基本上無法適應直流電力系統(tǒng)的要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，實現(xiàn)直流電力系統(tǒng)的電能質量有效調節(jié)。
[0006]為了達到上述技術效果，本發(fā)明的技術方案如下:
[0007]—種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，包括電壓電流信號采集單元，其連接控制器，用于采集直流電力系統(tǒng)的母線電壓和電流信號，對該信號預處理后傳送給控制器；
[0008]控制器，其分別連接電壓電流信號采集單元、DC/DC雙向變換器和直流儲能單元，用于接收電壓電流信號采集單元的母線電壓和電流信號，對該信號進行分析處理，產(chǎn)生相應的控制指令并傳送給DC/DC雙向變換器和直流儲能單元；
[0009]直流儲能單元，其分別連接控制器和DC/DC雙向變換器，用于接收控制器的控制指令，在該指令控制下接收電力系統(tǒng)通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電能或者通過DC/DC雙向變換器向電力系統(tǒng)提供直流電能；
[0010]DC/DC雙向變換器，其分別連接控制器、直流儲能單元和濾波單元，用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制自身開關器件的開斷，從而將直流儲能單元輸出的直流電能調整為合適的補償電流輸出給電力系統(tǒng)，或者將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給直流儲能單元；
[0011]濾波單元，其一端的兩個端口與DC/DC雙向變換器并聯(lián)，另一端的兩個端口與直流母線并聯(lián)，用于對直流儲能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電流進行濾波處理。
[0012]進一步地，，所述調節(jié)器還包括隔離型DC/DC雙向變壓器，隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊與濾波單元并聯(lián)，隔離型DC/DC雙向變壓器的原邊與直流母線并聯(lián)。
[0013]進一步地，所述控制指令包括電流補償指令、諧波電流補償指令和電流快速注入指令。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明在應用中，當直流電力系統(tǒng)的母線電壓發(fā)生電壓跌落或上升時，該并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器可以在毫秒級時間內向直流電力系統(tǒng)注入直流電流或者吸收直流電流，使直流電力系統(tǒng)的母線電壓保持恒定或者在一定的允許范圍內，達到穩(wěn)定直流電力系統(tǒng)電壓的目的；
[0016]2、本發(fā)明在應用中，當直流電力系統(tǒng)的直流母線上出現(xiàn)諧波電流時，該并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器可以濾除直流母線中的諧波電流，實現(xiàn)電源側與負荷側之間的諧波隔離，阻止諧波電流在兩者之間雙向流動；
[0017]3、本發(fā)明在應用中，當直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)開路故障時，該并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器可以在開路故障發(fā)生的第一時間瞬時向直流電力系統(tǒng)注入直流電流，在等待備用回路切換過程中暫時支撐負荷的運行，同時平抑切換過程引起的波動，實現(xiàn)負荷從故障回路向備用回路的平穩(wěn)轉移，防止開路故障的進一步擴大，有利于減少開路故障損失；
[0018]4、本發(fā)明在應用中，在直流電力系統(tǒng)備用回路與主回路之間的相互切換過程時，該并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器瞬時向直流電力系統(tǒng)注入或者吸收直流電流，平抑備用回路與主回路相互切換過程中引起的波動，實現(xiàn)負荷的平穩(wěn)轉移；
[0019]5、本發(fā)明在應用中，儲能系統(tǒng)可以為并聯(lián)型直流系統(tǒng)調節(jié)器提供或吸收直流系統(tǒng)會
[0020]6、本發(fā)明在應用中，開關管可采用IGBT/IGCT/GT0等全控器件，可以實現(xiàn)快速開通與關斷，動作速度快；
[0021]7、本發(fā)明在應用中，可實現(xiàn)直流電力系統(tǒng)與調節(jié)器之間能量的雙向流動；
[0022]8、本發(fā)明在應用中，開關管產(chǎn)生的高次諧波在通過濾波單元濾除，對直流電力系統(tǒng)本身影響較?。?br>[0023]9、本發(fā)明在應用中，如果調節(jié)器采用經(jīng)隔離型雙向DC/DC變壓器接入直流電力系統(tǒng)，可以靈活方便地進行升壓和降壓，實現(xiàn)不同電壓等級的接入要求，便于調節(jié)器的器件選型與保護；同時還可以實現(xiàn)調節(jié)器與直流電力系統(tǒng)的電氣隔離作用。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的結構不意圖；
[0025]圖2為實例的并聯(lián)型DC/DC雙向變換電路結構示意圖；
[0026]圖3為實例的直流儲能單元結構示意圖；
[0027]圖4為實例的濾波器電路結構示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明直接接入直流電力系統(tǒng)的示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明經(jīng)隔離型DC/DC變壓器接入直流電力系統(tǒng)的示意圖；
[0030]圖7為本發(fā)明中使用的隔離型DC/DC變壓器的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0032]為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；
[0033]對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0034]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明。
[0035]實施例1
[0036]本發(fā)明提供的一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，其電路結構示意圖如圖1所示，包括:DC/DC雙向變換器、直流儲能單元、濾波單元、電壓電流信號采集單元和控制器;電壓電流信號采集單元連接控制器，控制器分別連接DC/DC雙向變換器和儲能單元，DC/DC雙向變換器分別連接濾波單元和儲能單元。更具體地講，DC/DC雙向變換器通過兩個直流端口 c和d與濾波單元相連接，DC/DC雙向變換器通過另外兩個直流端口 e和f與儲能單元相連接。
[0037]電壓電流信號采集單元用于采集直流電力系統(tǒng)的母線電壓和電流信號，對該信號預處理后傳送給控制器。
[0038]控制器接收電壓電流信號采集單元的母線電壓和電流信號，對該信號進行分析處理，產(chǎn)生相應的控制指令并傳送給DC/DC雙向變換器和儲能單元，具體過程如下:
[0039]當直流母線上出現(xiàn)直流電壓跌落或者上升時，為保持直流母線電壓恒定或者維持在給定值，控制器產(chǎn)生相應的電流補償指令并傳送給DC/DC雙向變換器和儲能單元；
[0040]當直流母線上出現(xiàn)諧波電流，為抵消諧波電流以及隔離電源側與負荷側之間的諧波電流傳輸，控制器產(chǎn)生諧波電流補償指令并傳送給DC/DC雙向變換器和儲能單元；
[0041]當直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)開路故障，控制器產(chǎn)生電流快速注入指令并傳送給DC/DC雙向變換器和儲能單元；
[0042]當直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)回路切換動作，控制器產(chǎn)生相應的電流補償指令并傳送給DC/DC雙向變換器和儲能單元；
[0043]DC/DC雙向變換器用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制開關器件的開斷，為直流母線提供直流能量或者從直流母線吸收直流能量，即將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲能單元或將儲能單元的直流電能補償給電力系統(tǒng)，從而穩(wěn)定平滑直流電力系統(tǒng)母線電壓，濾除直流電力系統(tǒng)電流諧波，或出現(xiàn)開路故障時快速注入電流以暫時支撐直流系統(tǒng)，或在回路切換時平抑回路切換過程中的波動，達到調節(jié)直流電力系統(tǒng)電能質量的目的。DC/DC雙向變換器可采用兩電平、三電平及多電平等拓撲結構，具體實現(xiàn)有多種方式，圖2給出了一種具體的電路結構，電路中的開關管可采用IGBT/IGCT/GT0等全控器件。
[0044]儲能單元用于接收控制器的控制指令，在該指令控制下接收DC/DC雙向變換器輸出的直流電能或者向DC/DC雙向變換器提供直流電能。儲能單元可采用蓄電池、超級電容器、飛輪儲能、超導儲能等儲能方式。圖3給出了基于超級電容器儲能方式的儲能單元結構圖，超級電容器組中正常的存儲電量設置為可用容量的一半，使最大可充電、放電量相等。
[0045]濾波單元用于對儲能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電流進行濾波處理，以濾除雜波。濾波單元的結構如圖4所示，濾波單元的電容C并聯(lián)在DC/DC雙向變換器的輸出線路上，電感L串聯(lián)在DC/DC雙向變換器的輸出線路上，用于濾除電能質量調節(jié)器的輸出諧波。
[0046]本發(fā)明并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)調節(jié)器有兩種接入直流電力系統(tǒng)的方式:
[0047]第一種是直接接入直流電力系統(tǒng)的接入方式，即濾波單元通過端口a和b直接與直流母線并聯(lián)，如圖5所示；
[0048]第二種是經(jīng)過隔離型DC/DC雙向變壓器接入方式，即濾波單元通過端口 a和b與隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊連接，隔離型DC/DC雙向變壓器的原邊通過兩個端口 g和h與直流母線并聯(lián)，如圖6所示。采用經(jīng)隔離型雙向DC/DC變壓器接入直流電力系統(tǒng)，可以靈活方便地對調節(jié)器的輸出進行升壓和降壓，實現(xiàn)不同電壓等級的接入要求，同時還可以實現(xiàn)調節(jié)器與直流電力系統(tǒng)的電氣隔離作用。實施例中的隔離型DC/DC雙向變壓器由單相全橋逆變器、中頻變壓器和單相全橋整流器三部分組成，如圖7所示。隔離型DC/DC雙向變壓器的主要作用是將輸入級的直流調制成中頻方波信號，經(jīng)中頻變壓器變壓并耦合到副方后再轉換成直流，該電壓變換過程是可逆的。中頻變壓器可以隔離電位，起變換電壓和功率調配的作用。
[0049 ]本發(fā)明的工作過程具體為:
[0050]電壓電流信號采集單元采集直流母線的電壓和電流信號；
[0051]當直流母線上出現(xiàn)直流電壓跌落或者上升時，控制器產(chǎn)生相應的電流補償指令并傳送DC/DC雙向變換器和直流儲能單元;若直流電壓跌落，儲能單元向DC/DC雙向變換器輸出直流電能，DC/DC雙向變換器在電流補償指令作用下進行開關器件的相應開斷，以將直流儲能單元輸出的直流電能調整為合適的補償電流輸出給電力系統(tǒng);若直流電壓上升，DC/DC雙向變換器在電流補償指令作用下進行開關器件的相應開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲能單元，儲能單元存儲該多余的直流電能；
[0052]當直流母線上出現(xiàn)諧波電流，控制器產(chǎn)生相應的諧波電流補償指令并傳送DC/DC雙向變換器和直流儲能單元;若諧波電流補償指令為正，儲能單元向DC/DC雙向變換器輸出直流電能，DC/DC雙向變換器在諧波電流補償指令作用下進行開關器件的相應開斷，以將直流儲能單元輸出的直流電能調整為合適的補償電流輸出給電力系統(tǒng);若諧波電流補償指令為負，DC/DC雙向變換器在諧波電流補償指令作用下進行開關器件的相應開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲能單元，儲能單元存儲該直流電能；
[0053]當直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)出現(xiàn)開路故障，控制器產(chǎn)生電流快速注入指令并傳送給DC/DC雙向變換器及儲能單元，儲能單元向DC/DC雙向變換器快速輸出直流電能，DC/DC雙向變換器在電流快速注入指令作用下在開路故障發(fā)生的第一時間瞬時控制DC/DC雙向變換器的開關器件的開斷，以將直流儲能單元輸出的直流電能輸出給電力系統(tǒng)；
[0054]當直流母線電壓和電流顯示直流電力系統(tǒng)進行回路切換操作時，控制器產(chǎn)生電流補償指令并傳送給DC/DC雙向變換器和直流儲能單元;若回路切換時引起直流電壓的跌落，儲能單元向DC/DC雙向變換器輸出直流電能，DC/DC雙向變換器在電流補償指令作用下進行開關器件的相應開斷，以將直流儲能單元輸出的直流電能調整為合適的補償電流輸出給電力系統(tǒng);若回路切換時引起直流電壓的突升，DC/DC雙向變換器在電流補償指令作用下進行開關器件的相應開斷，以將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給儲能單元，儲能單元存儲該多余的直流電能。
[0055]相同或相似的標號對應相同或相似的部件；
[0056]附圖中描述位置關系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0057]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，其特征在于，包括電壓電流信號采集單元，其連接控制器，用于采集直流電力系統(tǒng)的母線電壓和電流信號，對該信號預處理后傳送給控制器； 控制器，其分別連接電壓電流信號采集單元、DC/DC雙向變換器和直流儲能單元，用于接收電壓電流信號采集單元的母線電壓和電流信號，對該信號進行分析處理，產(chǎn)生相應的控制指令并傳送給DC/DC雙向變換器和直流儲能單元； 直流儲能單元，其分別連接控制器和DC/DC雙向變換器，用于接收控制器的控制指令，在該指令控制下接收電力系統(tǒng)通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電能或者通過DC/DC雙向變換器向電力系統(tǒng)提供直流電能； DC/DC雙向變換器，其分別連接控制器、直流儲能單元和濾波單元，用于接收控制器的控制指令，在該指令作用下控制自身開關器件的開斷，從而將直流儲能單元輸出的直流電能調整為合適的補償電流輸出給電力系統(tǒng)，或者將電力系統(tǒng)多余的直流電能傳送給直流儲能單元； 濾波單元，其一端的兩個端口與DC/DC雙向變換器并聯(lián)，另一端的兩個端口與直流母線并聯(lián)，用于對直流儲能單元通過DC/DC雙向變換器輸出的直流電流進行濾波處理。2.根據(jù)權利要求1所述的并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，其特征在于，所述調節(jié)器還包括隔離型DC/DC雙向變壓器，隔離型DC/DC雙向變壓器的副邊與濾波單元并聯(lián)，隔離型DC/DC雙向變壓器的原邊與直流母線并聯(lián)。3.根據(jù)權利要求1所述的并聯(lián)型直流電力系統(tǒng)電能質量調節(jié)器，其特征在于，所述控制指令包括電流補償指令、諧波電流補償指令和電流快速注入指令。
【文檔編號】H02J1/02GK105826914SQ201610158295
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】黎德良, 張淼, 袁梓鋒, 蘇協(xié)飛
【申請人】廣東工業(yè)大學