一种馈线互联变流器的制造方法
【专利摘要】一种馈线互联变流器，其第一受控电源（30）的一端通过隔离变压器（14）分别与第一馈线单元电源（10）连接，另一端通过直流母线稳压电容（31）分别与第二受控电源（32）的直流母线和分布式发电或储能单元（33）连接。第二受控电源（32）通过隔离变压器（17）分别与第二馈线单元电源（20）连接。本发明通过对第一受控电源（30）、第二受控电源（32）、分布式发电单元或储能单元（33）的控制，实现第一馈线单元（10）、第二馈线单元（20）、分布式发电单元或储能单元（33）之间有功功率或无功功率的交互转移，以提高第一馈线单元（10）和第二馈线单元（20）的电能质量。
【专利说明】一种馈线互联变流器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于多馈线互联的变流器装置。
【背景技术】
[0002]随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。面对能源紧张的严峻形势，目前世界能源产业面临亟待解决的几个问题是:合理调整能源结构，进一步提高能源利用效率，改善能源产业的安全性，解决环境污染问题。对电力工业来说，单一的集中发电、远距离输电的大型互联网络系统解决上述问题存在困难，加之各国对环境保护的重视以及现行电力系统的一些弊端，一些发达国家(如美国、日本、德国)和一些发展中国家开始研究并应用一次新能源结合高效、经济的新型电力技术——分布式发电技术DG(Distributed Generation)。分布式发电在提高供电安全性、改善能源利用效率、解决环境污染等方面可以做出突出贡献，因此，公共电网与分布式发电技术合理结合，被全球能源和电力专家认为是投资少、能耗低、可靠性高的能量供应系统，将成为21世纪电力工业发展的方向。
[0003]随着分布式发电技术的迅速发展，当大量的分布式电源接入配电网后，传统辐射状无源配电网络将变为一个遍布中小型电源和负荷的有源网络，潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷。配电网根本性的变化将使公共电网各种保护定值与机理发生深刻变化，同时分布式电源的并网运行可能会引起电网电压和频率偏移、电压波动和闪变等电能质量问题，给电网的安全可靠运行带来很大的威胁。含分布式发电的配电网面临着双重挑战，分布式发电的大量接入与电动汽车需求的快速增加。这两种变化导致馈线和变压器上峰值电流增加、配电网电压质量下降。由于分布式发电和负荷的增加，特别是同一条馈线负荷发生巨大变化，分布式发电输出尖峰也快速连续变化时，用传统方法缓解这些问题变得更加困难。可再生能源总体出力的波动特性导致其发电具有不可预测性，这对发电与输配电协调来说是一个问题。尤其是含有风能和光伏发电的能源输出随时间尺度和地理范围的变化率相对较高，其发电的消纳成为一个问题。为了减轻可再生能源输出波动，一个解决方案是利用某种形式的能量存储就近安装在分布式发电机旁边，这将减小输出功率变化对外部供电的影响。但是分布式发电需要考虑投资的问题，多用途馈线互联变流器可以是储能解决方案之一。
[0004]随着电网结构和电力负荷成分的日益复杂，几种电能质量问题在同一配电系统中或在同一用电负荷中同时出现的情况越来越多。例如，对于同一配电母线上既有电压敏感负荷，又有非线性负荷，还有冲击负荷的情况下，就需要同时安装电压补偿装置和电流补偿装置。若针对每一种电能质量问题都分别采取一种类型的调节装置，这样多种装置同时使用将会大大增加治理措施的成本，还会增加装置运行维护的复杂程度，并且各装置之间还存在着协调配合问题，影响联合运行的可靠性，既不经济，也不现实。于是，综合型电能质量调节装置的研究便由此产生。日本学者赤木泰文在1996年首次提出了统一电能质量调节器(UPQC—unified power quality conditioner)的概念。在这种系统中，一个并联变流器和一个串联变流器通过公共的直流母线组合到一起，既能补偿负载引起的谐波、无功电流等问题，又能补偿电源电压骤升、骤降、不对称、闪变、波动等电能质量问题，是一种具有综合功能的电能质量调节器，是用户电力技术发展的最新趋势。如图1所示，UPQC的一种结构为并联侧位于负荷侧，串联侧位于系统侧，另一种结构为并联侧位于系统侧，串联侧位于负荷侧。这两种结构各有优缺点，如并联侧位于负荷侧，则串联侧逆变器中不会有谐波电流存在，而并联有源滤波器部分的三相电压为基波正序，有利于进行谐波分析计算，但缺点是串联部分的容量较大，要承担并联部分的容量。而如果采用并联侧位于系统侧的结构，则串联侧逆变器中会有谐波电流，而系统电压有谐波时并联有源滤波器检测谐波困难一些，但串联部分无需承担并联部分的容量，所以串联部分的容量可以小一些。实际中可以根据需要选择不同的结构。
[0005]中国专利CN102097793B提出一种配电系统中多换流器式统一电能质量调节装置，具有故障限流、动态电压恢复、有源滤波等功能，能综合调节两条配电线路的电能质量，但其未考虑分布式发电或储能的作用，也未考虑能量在多介质中的转移控制方法。加拿大专利W02004/042889提出一种混合功率流控制器和方法，实现有功功率和无功功率在两个电力区之间的转移和控制，但其未考虑分布式发电或储能的作用，其实现的功能也较为单一。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于克服传统分布式发电波动性的缺点，解决放射线馈线末端电压偏低、电压波动等电能质量问题，提出一种馈线互联变流器。本发明通过对馈线互联变流器的控制，实现多条输配电的区域互联、有功功率和无功功率的交换，能够同时满足多条馈线电能质量的调节。
[0007]本发明的馈线互联变流器是在普通统一电能质量调节器(Unified Power
Quality Conditioner-UPQC)的思路上增加多个串联或并联型变流器，即受控电源,用
于连接相邻多条配电馈线，实现不同放射线方式配电网馈线之间的区域互联，实现环线馈线功能，有效平衡馈线功率分配；由于其可以含有储能单元，因此还可以实现削峰填谷的作用，且具有短时断电支撑功能；由于馈线互联变流器放置位置灵活，可以大大增强分布式发电的渗透率，且能够实现逆变器的功能复用，同时改善多条线路的电能质量。通过对本发明的控制，可以实现诸如谐波抑制、电压有功功率补偿、无功调节、环网与解列、故障限流等多目标控制功能。
[0008]本发明馈线互联变流器有以下三种结构:
[0009]1、方案一:本发明包含分布式发电单元、第一受控电源、第二受控电源、第一馈线单元、第二馈线单元和控制器。所述的分布式发电单元可以是光伏发电、风力发电或燃料电池发电等各种能源发电系统。分布式发电单元的输出分别连接到第一受控电源和第二受控电源的直流母线。或者，分布式发电单元的输出通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源和第二受控电源的直流母线。第一受控电源的一端通过隔离变压器与第一馈线单元连接；第一受控电源的另一端通过直流母线稳压电容分别与第二受控电源和分布式发电单元连接。第二受控电源通过隔离变压器与第二馈线单元连接；控制器通过馈线与第一受控电源和第二受控电源连接，控制器通过馈线与分布式发电单元连接。分布式发电单元可以是单相结构，也可以是三相结构。
[0010]2、方案二:本发明包含储能单元、第一受控电源、第二受控电源、第一馈线单元、第二馈线单元和控制器；储能单元分别连接到第一受控电源和第二受控电源的直流母线，第一受控电源的正直流母线和第二受控电源的正直流母线连接，第一受控电源的负直流母线和第二受控电源的负直流母线连接。所述的第一受控电源通过变压器或者滤波器串联接入第一馈线单元，或通过变压器或者滤波器并联接入第一馈线单元；第二受控电源通过变压器或者滤波器串联接入第二馈线单元，或通过变压器或者滤波器并联接入第二馈线单元。所述的储能单元通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源和第二受控电源的直流母线。所述的第一受控电源和第二受控电源是受控电压源或受控电流源。储能单元可以是蓄电池，超级电容器或飞轮储能等各种储能本体。储能单元分别连接到第一受控电源和第二受控电源的直流母线，第一受控电源正直流母线和第二受控电源的正直流母线连接，第一受控电源的负直流母线和第二受控电源的负直流母线连接。储能单元通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源和第二受控电源的直流母线。控制器通过馈线与第一受控电源和第二受控电源连接，控制器通过馈线与储能单元连接。储能单元可以是单相结构，也可以是三相结构。
[0011]3、方案三:本发明包含第一受控电源、第二受控电源、第一馈线单元、第二馈线单元和控制器。所述的馈线互联变流器包含第一受控电源、第二受控电源、第一馈线单元和第二馈线单元；第一受控电源通过隔离变压器和第一馈线单元连接，第一受控电源、电容和第二受控电源通过直流母线串联连接，第二受控电源通过隔离变压器与第二馈线单元连接；两个受控电源把第一馈线单元和第二馈线单元连接起来，实现有功功率和无功功率在两个馈线单元之间的流动。控制器通过馈线与第一受控电源和第二受控电源连接。
[0012]所述馈线互联变流器中第一受控电源和第二受控电源可以是受控电压源，也可以是受控电流源。第一受控电源和第二受控电源可以是受控电压源，也可以是受控电流源。第一馈线单元包含供电电源和负载，负载可以是普通负载，也可以是敏感负载。第二馈线单元包含供电电源和负载，负载可以是普通负载，也可以是敏感负载。第一馈线单元的供电电源、第一馈线单元的负载和第一受控电源输出的隔离变压器连接；第二馈线单元的供电电源、第二馈线单元的负载和第二受控电源输出的隔离变压器连接。第一受控电源和第二受控电源为DC/DC/AC结构。第一受控电源和第二受控电源也可以为DC/AC结构。所述的第一受控电源和第二受控电源分别与第一馈线单元和第二馈线单元连接，连接方式为:第一受控电源通过变压器或者滤波器串联接入第一馈线单元，也可以通过变压器或者滤波器并联接入第一馈线单元。第二受控电源通过变压器或者滤波器串联接入第二馈线单元，也可以通过变压器或者滤波器并联接入第二馈线单元。第一受控电源直接串联或并联接入第一馈线单元，第二受控电源直接串联或并联接入第二馈线单元。第一受控电源和第二受控电源是双向变流器结构。通过对第一受控电源和第二受控电源施加不同的控制策略，第一受控电源和第二受控电源即可以作为单相或3相H桥逆变器方式运行，也可以作为单相或3相H桥整流器方式运行。所述的馈线互联变流器的第一受控电源和第二受控电源的直流母线配置有直流稳压电容。
[0013]所述馈线互联变流器中第一受控电源和第二受控电源具有功能复用能力。第一受控电源和第二受控电源可以分时具有或同时具有不间断电源、动态电压恢复器、有源电力滤波器、静止无功补偿器等一种或多种装置的功能。分布式发电和储能可以与第一受控电源共用或复用第一受控电源自身的逆变器。分布式发电和储能可以与第二受控电源共用或复用第二受控电源自身的逆变器。例如第一受控电源即能解决第一馈线单元电压暂降问题，也能解决第一馈线单元电流谐波问题，此时第一受控电源具有两种功能，即本文所说的“功能复用”。例如储能单元作为第一受控电源的直流供电源，第一受控电源作逆变器方式运行，则称为储能单元与第一受控电源共用或复用第一受控电源自身的逆变器。
[0014]第一种结构方式将有功功率在分布式发电单元和多条馈线单元之间转移的方法，由控制器中的采样检测单元检测第一馈线单元或第二馈线单元有功功率缺额或无功功率缺额，通过对第一受控电源电压环或电流环或功率环控制，将有功功率从第一馈线单元转移至第二馈线单元。通过对第一受控电源电压环或电流环或功率环或第二受控电源电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从分布式发电单元转移至第一馈线单元或第二馈线单元。本方法的特征在于有功功率的灵活控制和转移，有功功率既可以来自分布式发电，也可以来自第一馈线单元或第二馈线单元。当分布式发电单元出力足够时，对第一馈线单元或第二馈线单元有功功率缺额的补充首先来自分布式发电单元；当分布式发电单元出力不足时，对第一馈线单元有功功率缺额的补充首先来自第二馈线单元；当分布式发电单元出力不足时，对第二馈线单元有功功率缺额的补充首先来自第一馈线单元，当分布式发电单元出力不足时通过对第二受控电源和第一受控电源采用电压环或电流环或功率环控制来实现有功功率能量的转移。有功功率的控制和转移由控制器实现。
[0015]第二种结构方式将有功功率在储能单元和多条馈线单元之间转移的方法，由控制器中的采样检测单元检测第一馈线单元或第二馈线单元有功功率或无功功率缺额，通过对第一受控电源电压环或电流环或功率环控制，将有功功率从第一馈线单元转移至储能单元。通过对第二受控电源电压环或电流环或功率环控制将有功功率从储能单元转移至第二馈线单元。通过对第一受控电源电压环或电流环或功率环和第二受控电源电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从第一馈线单元转移至第二馈线单元。本方法的特征在于有功功率的灵活控制和转移，有功功率既可以来自储能单元，也可以来自第一或第二馈线单元。当储能单元出力足够时，对第一馈线单元或第二馈线单元有功功率缺额的补充首先来自储能单元；当储能单元出力不足时，对第一馈线单元有功功率缺额的补充首先来自第二馈线单元；当储能单元出力不足时，对第二馈线单元有功功率缺额的补充首先来自第一馈线单元；当储能单元出力不足时，通过对第二受控电源和第一受控电源采用电压环或电流环或功率环控制来实现有功功率能量的转移。有功功率的控制和转移由控制器实现。
[0016]第三种结构方式将有功功率在多条馈线单元之间转移的方法，由控制器中的采样检测单元检测第一馈线单元或第二馈线单元有功功率或无功功率缺额，通过对第一受控电源电压环或电流环或功率环和第二受控电源电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从第一馈线单元转移至第二馈线单元；通过对第一受控电源电压环或电流环或功率环和第二受控电源电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从第二馈线单元转移至第一馈线单元。本方法的特征在于有功功率的灵活控制和转移，有功功率可以来自第一馈线单元或第二馈线单元。当第一馈线单元有功功率存在缺额时，对第一馈线单元有功功率缺额的补充来自第二馈线单兀；当第二馈线单兀有功功率存在缺额时，对第二馈线单兀有功功率缺额的补充来自第一馈线单元。有功功率的控制和转移由控制器实现。[0017]所述第一受控电源的正直流母线、第二受控电源的正直流母线、分布式发电单元或储能单元的正直流母线连接，第一受控电源的负直流母线、第二受控电源的负直流母线、分布式发电单元或储能单元的负直流母线连接。控制器控制馈线互联变流器保持公共直流母线电压的稳定。
[0018]一种将有功功率在第一馈线单元、第二馈线单元、分布式发电单元或储能单元之间转移的控制器，所述控制器包括:检测电路、运算电路和驱动电路。检测电路的一端分别与第一馈线单元、第二馈线单元、分布式发电单元或储能单元单元连接；驱动电路的一端与第一受控源、第二受控源和分布式发电单元或储能单元连接；检测电路的另一端与运算电路一端连接；运算电路的另一端与驱动电路的另一端连接。检测电路的一端检测第一馈线单元、第二馈线单元、分布式发电或储能单元的输入输出电压和电流信息，传送给运算电路，运算电路根据检测电路检测的信息和已知给定参考信号对比，计算受控电源是否需要动作，如何动作。需要动作时，当接收到运算单元信号，驱动电路驱动第一受控电源或第二受控电源或分布式发电单元或储能单元的动作。
[0019]本发明馈线互联变流器为实现交流配电系统的实时控制和动态补偿，解决电力用户所面临的诸多问题提供多功能、灵活的解决途径。它对各条馈线具有独立可控的串联补偿或并联补偿的能力，使它能在补偿线路之间直接传递有功和无功功率。本发明馈线互联变流器的这种能力使它能够平衡线路间的有功和无功潮流，通过有功功率的平衡疏通减少过负荷线路的负担，补偿线路的电阻性压降和相应的无功功率需求，可以大幅减少电网损耗，增加系统在动态扰动下的整体补偿效果，并保证这种补偿的有效性。也就是说，互联变流器为含分布式发电的多线路的潮流管理提供了高效的控制模式，能有效提高分布式发电的渗透率。
[0020]当一个电网变电站对第一馈线单元和第二馈线单元同时供电时，通过馈线互联变流器在两个馈线单元末端的连接作用，使第一馈线单元和第二馈线单元能够形成环网。但是当第一受控电源仅对第一馈线单元进行谐波补偿和无功支撑，第二受控电源仅对第二馈线单元进行谐波补偿和无功支撑时，第一受控电源和第二受控电源之间没有功率交换，从而可以实现第一馈线单元和第二馈线单元的环网解列。控制器的检测电路检测受控电源各自的运行电流，当第一受控电源的运行电流超过设定保护值时，封锁第一受控电源使其不工作；当第二受控电源的运行电流超过设定保护值时，封锁第二受控电源使其不工作，如此实现环网的短路电流抑制。
[0021]馈线互联变流器也可以为不含分布式发电的多馈线线路提供有功和无功支撑，例如实现城市环网的互联或大区域电网或城市间电网的互联。也可以实现城市工业用电部分和居民生活用电部分的互联，利用两者用电高峰时间交错效应，实现电能的更加有效利用，实现电网削峰填谷的作用，有效提高两者的供电质量，优化发电容量配置结构。本发明可以用作城市电网互联，可以实现潮流优化控制、环网解列、无功支撑、短路电流抑制等功能，有效提升城市电网运行可靠性。另外，本发明馈线互联变流器也可以实现柔性直流输电功能，实现两个区域间电力的柔性输送。
[0022]多个馈线单元通过多个受控电源通过直流母线连接在一起，可以实现多个馈线单元之间的能量交换。
[0023]本发明与现有技术相比，优点在于:[0024]1.可以使得放射性馈线具有环线馈线的功能，但同时在保护时具有放射性馈线彼此独立的优势。
[0025]2.具有有功和无功传输能力，大大增加分布式发电的渗透率，具有无功补偿和谐波滤除能力。
[0026]3.可以大幅减少电网损耗。
[0027]4.可以平衡馈线的功率分配。
[0028]5.可以实现削峰填谷的作用。
[0029]6.具有短时断电支撑功能。
[0030]7.能够实现逆变器的功能复用，解决多条馈线的电能质量问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图la、b为现有的UPQC基本拓扑结构图；
[0032]图2为本发明馈线互联变流器实施例1的结构示意图；
[0033]图3为本发明馈线互联变流器有功功率流转移控制方法示意图；
[0034]图4为本发明馈线互联变流器直流母线稳定直流电压的控制方法示意图；
[0035]图5为当本发明馈线互联变流器直流母线电压偏低时，利用分布式发电单元提升控制效果示意图；
[0036]图6为当本发明馈线互联变流器直流母线电压偏高时，利用储能单元吸收的控制效果不意图；
[0037]图7为本发明实施例2的示意图；
[0038]图8为本发明实施例3的示意图；
[0039]图9为本发明馈线互联变流器的应用实例示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0041]实施例1
[0042]本发明实施例1如图2所示，本发明包含分布式发电单元33、第一受控电源30、第二受控电源32、第一馈线单元10和第二馈线单元20。所述的分布式发电单元33可以是光伏发电、风力发电或燃料电池发电等各种能源发电系统。第一馈线单元10包含供电电源和负载，负载可以是普通负载，也可以是敏感负载。第二馈线单元20包含供电电源和负载，负载可以是普通负载，也可以是敏感负载。第一馈线单元10的供电电源、第一馈线单元10的负载和第一受控电源30输出的隔离变压器14连接；第二馈线单元20的供电电源、第二馈线单元20的负载和第二受控电源32输出的隔离变压器17连接。分布式发电单元33的输出分别连接到第一受控电源30和第二受控电源32的直流母线。或者，分布式发电单元33的输出通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源30和第二受控电源32的直流母线。第一受控电源30的一端通过隔离变压器14与第一馈线单元连接；第一受控电源30的另一端通过直流母线稳压电容31分别与第二受控电源32和分布式发电单元33连接。第二受控电源32通过隔离变压器17与第二馈线单元20连接；控制器34通过馈线与第一受控电源30和第二受控电源32连接，控制器34通过馈线与分布式发电单元33连接。[0043]控制器34实时检测第一馈线单元10的电压电流和功率因数，第二馈线单元20的电压电流和功率因数，直流母线稳压电容31的电压，以及分布式发电单元33的运行工况。根据第一馈线单元10或第二馈线单元20的状态给定参考信号和参数设置，判断第一馈线单元10和第二馈线单元20的负荷电能质量情况，然后，控制器34计算并决定执行第一受控源30、第二受控源32和分布式发电33的工作模式。具体每种工作模式在下面介绍。
[0044]当第一馈线单元10和第二馈线单元20的电能质量满足要求时，本发明馈线互联变流器处于闲时备用状态。当第一馈线单元10出现重载运行，导致负载12的电压偏低时，控制器34控制分布式发电单元33输出有功功率支撑，使分布式发电单元33向第一馈线单元10供给有功功率，实现第一馈线单10元的正常工作。考虑到经济性，分布式发电单元33容量通常不大，因此当分布式发电单元33不能足额提供第一馈线单10元所需有功功率时，控制第二受控电源32，使第二馈线单元20的有功功率向第一馈线单元10转移。同理，此过程也是可逆的。当第二馈线单元20出现重载运行，导致负载23的电压偏低时，控制器34控制分布式发电单元33输出有功功率支撑，使分布式发电单元33向第二馈线单元20供给有功功率，实现第二馈线单元20的正常工作。考虑到经济性，分布式发电单元33容量通常不大，因此当分布式发电单元33不能足额提供第二馈线单20元所需有功功率时，控制第一受控电源30，使第一馈线单元10的有功功率向第二馈线单元20转移。
[0045]当第一馈线单元10或第二馈线单元20发生短时供电中断时，控制器34可以利用分布式发电单元33储存的直流端能量，使第一馈线单元10负荷或第二馈线单元20负荷短时持续工作，或者使第一馈线单元10向第二馈线单元20的负荷供电运行，还可以使第二馈线单元20向第一馈线单元10的负荷供电运行，从而实现某个馈线区域断电时，所有负荷还能正常工作运行。
[0046]当第一馈线单元10发生电压骤升或暂降时，通过控制第一受控电源30、第二受控电源32，以及分布式发电单元33，实现对第一馈线单元10的电压补偿。当第一馈线单元10发生电压暂降时，控制器34通过计算并判断，如果分布式发电单元33能够补足暂降有功功率缺额，则由分布式发电单元33向第一馈线单元10提供有功能量，如果分布式发电单元33不能够补足暂降有功功率缺额，则由第二馈线单元20向第一馈线单元10提供有功能量。当第一馈线单元10发生电压骤升时，控制器34通过控制第一受控电源30，实现对第一馈线单元10的反向补偿,此时能量转移至第二馈线单元20。同理，当第二馈线单元20出现电压骤升时，能量转移至第一馈线单元10。当第二馈线单元20出现电压暂降时，控制器34通过计算并判断，如果分布式发电单元33能够补足暂降有功功率缺额，则由分布式发电单元33向第二馈线单元20提供有功能量，如果分布式发电单元33不能够补足暂降有功功率缺额，则由第一馈线单元10向第二馈线单元20提供有功能量。当第一馈线单元10出现较高的电流谐波和无功功率时，第一受控电源30可以电力有源滤波器APF或静止无功补偿器DSTATC0M功能运行。当第二馈线单元20出现较高的电流谐波和无功功率时，第二受控电源32可以电力有源滤波器APF或静止无功补偿器DSTATC0M功能运行。
[0047]通过对馈线互联变流器中第一受控电源30、第二受控电源32和分布式发电33的控制，可以使之前第一馈线单元10和第二馈线单元20放射状配网运行模式转变为环网运行模式，实现有功功率和(或)无功功率在第一馈线单元10和第二馈线单元20之间的流动。同时，当其中一条馈线发生严重短路故障等不能运行时，第一馈线单元10和第二馈线单元20具有隔断保护能力，不影响另一条馈线的正常运行。当其中一条馈线出现多种电能质量问题时，馈线互联变流器可以解决多种电能质量问题，具有多个功能，实现多目标的控制。
[0048]对本发明馈线互联变流器的控制方法如图3所示，当第二馈线单元20出现电压暂降等电能质量问题时，控制器34根据第二馈线单元20电压幅值、无功或电流谐波等情况，进行计算、判断，并发出动作指令，由第一受控电源30对直流母线电容31进行直流母线电压稳定控制，并向第二受控电源32提供能量输出，第二受控电源32根据第二馈线单元20出现的电能质量问题，执行相应的补偿控制策略。例如当第二馈线单元20发生电压跌落额定电压220V跌落至110V，控制器34迅速检测到电压跌落的电能质量问题，根据电压跌落深度进行计算和控制，第二受控电源32执行电压跌落补偿，使第二馈线单元20的电压补偿至220V额定运行电压，同时第一受控电源30采用图4所示的控制方法，直流母线电压采样值与给定值之差进行比例积分微分(PID)控制，控制输出结果与第一受控电源30的输出电流之差进行比例积分(PI)控制，结果送入第一受控电源30的IGBT，进而稳定直流母线电容31的电压，从第一馈线单元10取电,持续向第二馈线单元20输送。当第一馈线单元10和第二馈线单元20均发生电压跌落时，控制器34控制分布式发电单元或储能单元33持续提供有功电能，支持稳定直流母线电容31的电压。当本发明馈线互联变流器直流母线电容31电压偏低时，控制器34控制分布式发电单元或储能单元33或未发生电压跌落一侧受控电源的功率流，采用图4所示的控制方法，稳定直流母线电容31的电压。控制效果如图5所示，当直流母线电压低至720V时，通过对分布式发电单元或储能单元33或者未发生电压跌落的受控电源进行控制，实现直流母线电压稳定在755V。图6所示为当第一馈线单元10或第二馈线单元20发生电压骤升，第一受控源30或第二受控源32作为动态电压恢复器DVR运行时，补偿电网电压骤升，造成直流母线电容31上电压升高，此时采用储能单元吸收的方式，采用图4所示的控制方法，能够实现互联变流器直流母线电压的稳定运行。
[0049]实施例2
[0050]图7所示为馈线互联变流器实施例2的主电路结构示意图。包含储能单元33、第一受控电源30、第二受控电源32、第一馈线单元10和第二馈线单元20 ;第一馈线单元10包含供电电源和负载，负载可以是普通负载，也可以是敏感负载。第二馈线单元20包含供电电源和负载，负载可以是普通负载，也可以是敏感负载。第一馈线单元10的供电电源、第一馈线单元10的负载和第一受控电源30输出的隔离变压器14连接；第二馈线单元20的供电电源、第二馈线单元20的负载和第二受控电源32输出的隔离变压器17连接。储能单元33分别连接到第一受控电源30和第二受控电源32的直流母线，第一受控电源30的正直流母线和第二受控电源32的正直流母线连接，第一受控电源30的负直流母线和第二受控电源32的负直流母线连接。所述的第一受控电源30通过变压器或者滤波器串联接入第一馈线单元10，或通过变压器或者滤波器并联接入第一馈线单元10 ;第二受控电源32通过变压器或者滤波器串联接入第二馈线单元20，或通过变压器或者滤波器并联接入第二馈线单元20。所述的储能单元33通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源30和第二受控电源33的直流母线。所述的第一受控电源30和第二受控电源32是受控电压源或受控电流源。储能单元33可以是蓄电池,超级电容器或飞轮储能等各种储能本体。储能单元33分别连接到第一受控电源30和第二受控电源32的直流母线，第一受控电源30正直流母线和第二受控电源32的正直流母线连接，第一受控电源30的负直流母线和第二受控电源32的负直流母线连接。储能单元33通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源30和第二受控电源32的直流母线。储能单元33可以是单相结构，也可以是三相结构。
[0051]将有功功率在储能单元33和多条馈线单元10、20之间转移的方法，由控制器34中的采样检测单元检测第一馈线单元10或第二馈线单元20有功功率或无功功率缺额，通过对第一受控电源30电压环或电流环或功率环控制，将有功功率从第一馈线单元10转移至储能单元33。通过对第二受控电源32电压环或电流环或功率环控制将有功功率从储能单元33转移至第二馈线单元20。通过对第一受控电源30电压环或电流环或功率环和第二受控电源32电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从第一馈线单元10转移至第二馈线单元20。本方法的特征在于有功功率的灵活控制和转移，有功功率既可以来自储能单元33,也可以来自第一或第二馈线单元。当储能单元33出力足够时,对第一馈线单元10或第二馈线单元20有功功率缺额的补充首先来自储能单元33 ;当储能单元33出力不足时，对第一馈线单元10有功功率缺额的补充首先来自第二馈线单元20 ;当储能单元33出力不足时，对第二馈线单元20有功功率缺额的补充首先来自第一馈线单元10 ;当储能单元33出力不足时，通过对第二受控电源32和第一受控电源30采用电压环或电流环或功率环控制来实现有功功率能量的转移。有功功率的控制和转移由控制器34实现。
[0052]实施例3
[0053]图8所示的馈线互联变流器的主电路不含有分布式发电单元。所述的馈线互联变流器包含第一受控电源30、第二受控电源32、第一馈线单元10和第二馈线单元20 ;第一受控电源30通过隔离变压器14和第一馈线单元10连接，第一受控电源30、电容31和第二受控电源32通过直流母线串联连接，第二受控电源32通过隔离变压器15与第二馈线单元20连接；两个受控电源30、32把第一馈线单元10和第二馈线单元20连接起来，实现有功功率和无功功率在两个馈线单元之间的流动。
[0054]将有功功率在多条馈线单元之间转移的方法，由控制器34中的采样检测单元检测第一馈线单元10或第二馈线单元20有功功率或无功功率缺额，通过对第一受控电源30电压环或电流环或功率环和第二受控电源32电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从第一馈线单元10转移至第二馈线单元20 ;通过对第一受控电源30电压环或电流环或功率环和第二受控电源32电压环或电流环或功率环的控制，将有功功率从第二馈线单元20转移至第一馈线单元10。本方法的特征在于有功功率的灵活控制和转移，有功功率可以来自第一馈线单元10或第二馈线单元20。当第一馈线单元10有功功率存在缺额时,对第一馈线单元10有功功率缺额的补充来自第二馈线单元20 ;当第二馈线单元20有功功率存在缺额时，对第二馈线单元20有功功率缺额的补充来自第一馈线单元10。有功功率的控制和转移由控制器34实现。
[0055]实施例4
[0056]图9为一种馈线互联变流器的具体应用实例。通过馈线互联变流器把无功负荷、敏感负荷、非线性负荷和轻载普通负荷连接在一起，通过控制实现多个负荷的高电能质量电力供给。
[0057]电源变电站供两路负荷，其中一路为无功负荷和敏感负荷，另外一路为轻载普通负荷和非线性负荷，互联变流器在两路供电支路的末端连接，互联变流器直流母线含有光伏发电或其它分布式发电单元，当两供电电路末端电压或无功有缺额时，通过互联变流器的控制，可以实现两供电电路末端电能质量的总体提高。
【权利要求】
1.一种馈线互联变流器，其特征在于:所述的馈线互联变流器包含分布式发电单元(33)、第一受控电源(30)、第二受控电源(32)、第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20);所述的第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20)均包含供电电源和负载；第一馈线单元(10)的供电电源、第一馈线单元(10)的负载和第一受控电源(30)输出的隔离变压器(14)连接；第二馈线单元(20)的供电电源、第二馈线单元(20)的负载和第二受控电源(32)输出的隔离变压器(17)连接；分布式发电单元(33)的输出分别连接到第一受控电源(30)和第二受控电源(32)的直流母线；第一受控电源(30)的一端通过隔离变压器(14)与第一馈线单元连接；第一受控电源(30)的另一端通过直流母线稳压电容(31)分别与第二受控电源(32)和分布式发电单元(33)连接；第二受控电源(32)通过隔离变压器(17)与第二馈线单元(20)连接；控制器(34)通过馈线分别与第一受控电源(30)和第二受控电源(32)及分布式发电单元(33)连接。
2.根据权利要求1所述的馈线互联变流器，其特征在于:所述的第一受控电源(30)通过变压器或者滤波器串联或并联接入第一馈线单元(10);所述的第二受控电源(32)通过变压器或者滤波器串联或并联接入第二馈线单元(20)。
3.根据权利要求1或2所述的馈线互联变流器，其特征在于:所述的第一受控电源(30 )和第二受控电源(32 )是受控电压源或受控电流源。
4.根据权利要求1所述的馈线互联变流器，其特征在于:由控制器(34)的采样检测单元检测第二馈线单元(20)的有功功率缺额，通过对第一受控电源(30)和第二受控电源(32 )的控制，将有功功率从第一馈线单元(10 )转移至第二馈线单元(20 );通过对第二受控电源(20)和分布式发电单元(33)的控制，将有功功率从分布式发电单元(33)转移至第二馈线单元(20);由控制器(34)的采样检测单元检测第一馈线单元(10)的有功功率缺额，通过对第二受控电源(30)和第一受控电源(32)的控制，将有功功率从第二馈线单元(10)转移至第一馈线单元(20);通过对第一受控电源(30)和分布式发电单元(33)的控制，将有功功率从分布式发电单元(33)转移至第一馈线单元(10)。
5.根据权利要求4所述的馈线互联变流器，其特征在于:所述的控制器(34)实时检测第一馈线单元(10)的电压电流和功率因数，第二馈线单元(20)的电压电流和功率因数，直流母线稳压电容(31)的电压，以及分布式发电单元(33)的运行工况；根据第一馈线单元(10)或第二馈线单元(20)的状态给定参考信号和参数设置，判断第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20)的负荷电能质量情况，然后，控制器(34)计算并决定执行第一受控源(30)、第二受控源(32)和分布式发电(33)的工作模式: 当第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20)的电能质量满足要求时，所述的馈线互联变流器处于闲时备用状态；当第一馈线单元(10)出现重载运行，导致第一馈线单元(10)电压偏低时，控制器(34)控制分布式发电单元(33)输出有功功率支撑，使分布式发电单元(33)向第一馈线单元(10)供给有功功率；当分布式发电单元(33)不能足额提供第一馈线单元(10)所需的有功功率时，控制第二受控电源(32)，使第二馈线单元(20)的有功功率向第一馈线单元(10)转移；当第二馈线单元(20)出现重载运行，导致第二馈线的电压偏低时，控制器(34)控制分布式发电单元(33)输出有功功率支撑，使分布式发电单元(33)向第二馈线单元(20)供给有功功率；当分布式发电单元(33)不能足额提供第二馈线单元(20)所需有功功率时，控制第一受控电源(30)，使第一馈线单元(10)的有功功率向第二馈线单元(20)转移； 当第一馈线单元(10)发生短时供电中断时，控制器(34)利用分布式发电单元(33)向第一馈线单元(10)提供能量，使第一馈线单元(10)负荷短时持续工作，或者使第二馈线单元(20)向第一馈线单元(10)的负荷供电运行；当第二馈线单元(20)发生短时供电中断时，控制器(34)利用分布式发电单元(33)向第二馈线单元(20)提供能量，使第二馈线单元(20)负荷短时持续工作，或者使第一馈线单元(10)向第二馈线单元(20)的负荷供电运行； 当第一馈线单元(10)发生电压骤升或暂降时，通过控制第一受控电源(30)、第二受控电源(32)以及分布式发电单元(33)，实现分布式发电单元(33)或第二馈线单元(20)对第一馈线单元(10)的电压补偿；当第一馈线单元(10)发生电压暂降时，控制器(34)检测并进行判断，如果分布式发电单元(33)能够补足暂降有功缺额，则由分布式发电单元(33)向第一馈线单元(10)提供有功能量；如果分布式发电单元(33)不能够补足暂降有功缺额，则由第二馈线单元(20)向第一馈线单元(10)提供有功能量；当第一馈线单元(10)发生电压骤升时，控制器(34)通过控制第一受控电源(30)，实现对第一馈线单元(10)的反向补偿，此时能量转移至第二馈线单元(20);当第二馈线单元(20)出现电压骤升时，能量转移至第一馈线单元(10);当第二馈线单元(20)出现电压暂降时，控制器(34)判断如果分布式发电单元(33)能够补足暂降有功功率缺额，则由分布式发电单元(33)向第二馈线单元(20)提供有功能量，如果分布式发电单元(33)不能够补足暂降有功功率缺额，则由第一馈线单元(10)向第二馈线单元(20)提供有功能量；当第一馈线单元(10)出现高的电流谐波和无功功率时，第一受控电源(30)以电力有源滤波器或静止无功补偿器功能运行，对第一馈线单元的谐波和无功进行补偿，使第一馈线单元(10)电能质量达标；当第二馈线单元(20)出现高的电流谐波和无功功率时，第二受控电源(32)以电力有源滤波器或静止无功补偿器功能运行，对第二馈线单元(20)的谐波和无功进行补偿，使第二馈线单元(20)电能质量达标。
6.一种馈线互联变流器，其特征在于:所述馈线互联变流器包含储能单元(33)、第一受控电源(30)、第二受控电源(32)、第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20);第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20)均包含供电电源和负载；第一馈线单元(10)的供电电源、第一馈线单元(10)的负载和第一受控电源(30)输出的隔离变压器(14)连接；第二馈线单元(20)的供电电源、第二馈线单元(20)的负载和第二受控电源(32)输出的隔离变压器(17)连接；储能单元(33)分别连接到第一受控电源(30)和第二受控电源(32)的直流母线，第一受控电源(30)的正直流母线和第二受控电源(32)的正直流母线连接，第一受控电源(30)的负直流母线和第二受控电源(32)的负直流母线连接；所述的第一受控电源(30)通过变压器或者滤波器串联接入第一馈线单元(10);第二受控电源(32)通过变压器或者滤波器串联接入第二馈线单元(20);所述的储能单元(33)通过DC/DC升压或降压电路分别连接到第一受控电源(30)和第二受控电源(33)的直流母线。所述的第一受控电源(30)和第二受控电源(32)是受控电压源或受控电流源。
7.根据权利要求6所述的馈线互联变流器，其特征在于:由控制器(34)中的采样检测单元检测第一馈线单元(10)或第二馈线单元(20)的有功功率缺额，通过对第一受控电源(30)的控制，将有功功率从第一馈线 单元(10)转移至储能单元(33)，或将有功功率从储能单元(33)转移至第一馈线单元(10);通过对第二受控电源(32)的控制，将有功功率从第二馈线单元(20)转移至储能单元(33)，或将有功功率从储能单元(33)转移至第二馈线单元(20);通过对第一受控电源(30)和第二受控电源(32)的控制，将有功功率从第一馈线单元(10)转移至第二馈线单元(20)，或将有功功率从第二馈线单元(20)转移至第一馈线单元(10);当储能单元(33)出力足够时,对第一馈线单元(10)或第二馈线单元(20)有功功率缺额的补充首先来自储能单元(33);当储能单元(33)出力不足时,对第一馈线单元(10)有功功率缺额的补充首先来自第二馈线单元(20);当储能单元(33)出力不足时,对第二馈线单元(20)有功功率缺额的补充首先来自第一馈线单元(10);当储能单元(33)出力不足时，通过对第二受控电源(32)和第一受控电源(30)的控制来实现有功功率能量的转移。
8.根据权利要求4或5或7所述的馈线互联变流器，其特征在于:所述的控制器(34)包括检测电路、运算电路和驱动电路；检测电路的一端与第一馈线单元(10)、第二馈线单元(20)、分布式发电单元或储能单元单元(33)连接；驱动电路的一端与第一受控源(30)、第二受控源(32)和分布式发电单元或储能单元(33)连接；检测电路的另一端与运算电路一端连接；运算电路的另一端与驱动电路的另一端连接。
9.一种馈线互联变流器，其特征在于:所述的馈线互联变流器包含第一受控电源(30)、第二受控电源(32)、第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20);第一受控电源(30)通过隔离变压器(14)和第一馈线单元(10)连接，第一受控电源(30)、电容(31)和第二受控电源(32)通过直流母线串联连接，第二受控电源(32)通过隔离变压器(15)与第二馈线单元(20)连接；两个受控电源(30、32)把第一馈线单元(10)和第二馈线单元(20)连接起来，实现有功功率和无功功率在两个馈线单元之间的流动。
10.根据权利要求9所述的馈线互联变流器，其特征在于:由控制器(34)中的采样检测单元检测第一馈线单元(10)或第二馈线单元(20)的有功功率或无功功率缺额，通过对第一受控电源(30)和第二受控电源(32)的控制，将有功功率从第一馈线单元(10)转移至第二馈线单元(20);通过对第一受控 电源(30)和第二受控电源(32)的控制，将有功功率从第二馈线单元(20)转移至第一馈线单元(10);通过对第一受控电源(30)的控制，实现对第一馈线单元(10)无功的补偿，通过对第二受控电源(32)的控制，实现对第二馈线单元(20)无功的补偿。
【文档编号】H02J3/28GK103904675SQ201410058582
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】霍群海, 吴理心, 韦统振, 韩立博, 张桐硕 申请人:中国科学院电工研究所