一种基于超级电容的负荷质量调节器的制作方法

本发明涉及一种负荷质量调节器，尤其涉及一种基于超级电容的负荷质量调节器。

背景技术：

随着电力系统电能质量的恶化和电力用户对电能质量的要求越来越高，电能质量问题的责任划分和综合解决已经成为当前电力系统的重要研究课题之一。对于公共连接点（PCC）处的电能质量扰动，采用分离责任的方法处理电能质量问题，即供电企业（电源）对电压质量和供电可靠性负责，电力用户（负荷）对电流质量负责，这一方法力图保持供电公司和电力用户间的责任平衡，实践中具有很强的可操作性。由此设想，从供电和用电的立场可以将电能质量问题分为供电质量和负荷质量问题，供电质量包括电压质量和供电可靠性，由供电方负责；负荷质量指用户用电设备的电流质量，由电力用户保证，则可以实现电能质量问题的责任分离，为电能质量问题的综合协调解决提供理论依据。

负荷质量问题，如谐波主要由非线性负载引起，同时大量电力电子装置的应用导致了电网谐波水平逐年升高；又如造成电压波动与闪变的扰动源为交直流电弧炉、电弧焊机、工业轧机、绞车、电力牵引机车等用电设备；部分电压暂降由大容量冲击性负荷的启动引起。这些电能质量问题或直接或间接地由负荷运行特性，即负荷质量所引发，显然，改善负荷质量是解决电能质量问题行之有效的手段之一。

技术实现要素：

为了克服负荷质量调节效率较低的难题，本发明提出一种基于超级电容的负荷质量调节器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用负荷质量调节器和负荷并联运行，通过有源滤波、无功和负序补偿、短时有功支持等作用使得从系统侧看负荷达到上述理想负荷的条件，实现改善电能质量的目标。

基于超级电容的负荷质量调节器包括并联型电力有源滤波器、并联型电力有源滤波器控制器、超级电容储能系统、超级电容储能控制四个部分组成。

所述并联型电力有源滤波器的直流母线上配置了储能设备及其斩波控制电路，并与和负荷并联运行。

所述并联型电力有源滤波器控制器采用坐标变换检测补偿电流获取指令信号并用滞环电流控制得到PWM 控制信号。

所述超级电容储能系统采用来个IGBT为储能系统的升降压斩波IGBT，两个二极管为防止超级电容反极性充电的保护二极管。

所述超级电容储能控制按负荷有功变动范围或发生供电中断时短时向负荷提供全部功率来配置。

本发明的有益效果是：基于超级电容的负荷质量调节器配置有超级电容储能的电压源型四象限变流器，它与负荷并联运行，可以快速补偿波动的、非线性的或有启动冲击性质的负荷电流的谐波、无功、负序及变动的有功分量，使得由系统侧只需向负荷提供单位功率因数、电流正弦、基本恒定没有冲击的有功功率。

附图说明

图1 并联型有源电力滤波器。

图2 并联型有源电力滤波器控制器。

图3 储能系统。

具体实施方式

并联型电力有源滤波器是基于IGBT的三相电压源变流器，超级电容通过DC-DC变换连接到ULQC 的高压直流母线上。图1中，VT1～VT6构成ULQC 逆变器，除了具有滤波及动态无功补偿功能外，由于设置了储能系统，还可以短时间内向负荷提供有功功率。在负荷由重载突变为轻载、甚至空载时，也可以快速吸收突减的有功功率，避免系统电压的剧烈变动。SC 是超级电容，单体电容的耐压很低，一般低于3V，因此实际应用中要将大量的电容器串联，达到可用的电压水平。进行有功补偿时，通过VT8构成的升压斩波（Boost）电路将超级电容端电压升至需要的直流母线电压，并保持在规定的电压值附近，VT1～VT6作为PWM 逆变器工作；而需要对SC充电或吸收部分有功功率时，通过VT7构成的降压斩波（Buck）电路完成，VT1～VT6作为PWM 整流器工作。

并联型电力有源滤波器控制器的主要控制思路为，采用坐标变换检测补偿电流获取指令信号并用滞环电流控制得到PWM 控制信号。控制系统采用电流内环控制及电压外环控制。电流内环控制通过控制开关器件的动作实现对指令电流轨迹的跟踪，达到在保证控制稳定性和一定精度的同时具有快速响应和鲁棒性。由于滞环电流控制方式的电路实现简单、具有无条件稳定、快速响应和较强的鲁棒性。因此，并联型电力有源滤波器采用滞环电流控制器使得各相交流侧实际电流与给定电流的误差被约束在滞环带内。电压外环控制实现并联型电力有源滤波器从系统吸收有功电流补偿自身损耗、维持逆变器直流侧电压恒定及通过VT7对SC充电。

图3中SC 为超级电容，VD1、VD2 为防止超级电容反极性充电的保护二极管，LSC 为斩波电感，VT7、VT8 为储能系统的升降压斩波IGBT，DC-Link 连至并联型电力有源滤波器逆变器的正负直流母线。对于波动负荷，系统可以维持输出一基本恒定的功率，波动功率部分由并联型电力有源滤波器补偿。当负荷汲取的有功功率小于系统提供的基本功率，则功率差值被并联型电力有源滤波器吸收，对超级电容储能系统充电，并联型电力有源滤波器的换流器工作于高频整流模式；当负荷汲取的有功功率大于系统提供的基本功率，则功率差值由并联型电力有源滤波器提供，超级电容储能系统放电，并联型电力有源滤波器的换流器工作于高频逆变模式。