多功能电能质量控制器及电能质量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力技术领域，具体涉及一种可在微电网中使用的多功能电能质量控 制器及电能质量控制方法。
【背景技术】
[0002] 环境保护和能源短缺的双重压力，推动了以低碳绿色能源为核心的智能电网建 设，分布式发电是解决未来能源需求的必经之路，而微网是分布式发电无缝接入大电网的 关键环节，也是建设智能电网的重要基础。微网运行方式灵活，能够提高用户的供电可靠性 和分布式能源的利用率，减少对大电网冲击，具有良好的经济和社会效益。由于微网在电 源、负荷、能源转换单元、储能和运行状态等方面的多样性，分布式电源的间歇性和随机性， 大电网和微网之间的高渗透率，微网的电能质量问题比传统大电网的电能质量问题严重得 多。
[0003] 微网电能质量呈现以下特点：
[0004] 1)谐波高渗透率、多种并网变流器输出谐波相互影响和背景谐波是微网谐波问题 的新特征。传统电网的系统背景谐波较少，谐波主要来自非线性负荷，微网中除了非线性负 荷会产生谐波，作为分布式电源和储能系统接入微网的变流器也可能产生谐波。接入微网 的多种变流器之间的输出谐波相互影响，大电网和微网之间的谐波高渗透率，都有可能产 生谐振现象。
[0005] 2)更加灵活的双向潮流控制，传统配电网呈现"无源网络"和"功率单向流动"的 特性，微网呈现出"有源网络"和"功率双向流动"的特征，高渗透率下大电网应对微网接入 的潮流控制已经成为制约微网进一步发展和应用的重要技术屏障。
[0006] 3)过电压和过电流现象更加频繁，微网的容量一般不大，微网中负荷波动对微电 源输出的影响比传统电网更大，微网中多种变流器并联后运行状态多变，控制模式快速切 换过程中容易出现过压或过流现象。在负荷最低时段，分布式电源的功率输出将会显著抬 高处于微网末端的电压水平。
[0007] 4)多种电能质量问题并存，接入微网的各种变流器并联后多种电能质量问题相互 交叠激励，可能产生连锁反应，进一步恶化微网的电能质量，威胁微网和大电网的安全稳定 运行，烧毁微网发电和用电设备，引发微网和大电网的供电中断。
【发明内容】
[0008] 本发明是针对上述微电网电能质量的特点以及考虑到微网容量不大，安装多种电 能质量控制器不经济等因素，而提出的一种可以隔离谐波、调节潮流、限制过电压和过电 流、实现软起动和无功补偿等功能的多功能电能质量控制器，以及使用该多功能电能质量 控制器的电能质量控制方法。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0010] 一种多功能电能质量控制器，包括基波电流检测单元、控制单元和串联变压器单 元；
[0011] 所述基波电流检测单元包括第一电流互感器、第二电流互感器和基波检测环节， 所述控制单元包括第一电流增益电路、第二电流增益电路和电流发生电路；
[0012] 所述串联变压器单元的一次侧串联接入大电网和微网的公共连接点处，所述第一 电流互感器串接在所述串联变压器单元的一次侧，所述第一电流互感器的输出端与所述基 波电流检测环节的输入端相连，所述第二电流互感器串接在所述串联变压器单元的二次 侧，所述第一电流互感器和所述基波检测环节检测的变压器一次侧基波电流信号以及所述 第二电流互感器检测的变压器二次侧电流信号分别送入所述控制单元中的第一电流增益 电路和第二电流增益电路；
[0013] 所述串联变压器单元的二次侧与所述电流发生电路串接，所述第一电流增益电路 将所述变压器一次侧基波电流信号进行放大作为参考输入信号，所述第二电流增益电路将 所述变压器二次侧电流信号进行放大作为反馈输入信号，分别送入所述电流发生电路，所 述电流发生电路通过闭环控制产生一个电流源，将所述电流源施加到所述串联变压器单元 的二次侧。
[0014] 进一步地：
[0015] 所述多功能电能质量控制器还包括并联接在所述串联变压器单元的两侧的无源 滤波器单元。
[0016] 所述电流发生电路采用电力电子逆变器来实现。
[0017] -种多功能电能质量控制器，包括由三套单相结构的所述多功能电能质量控制器 构成的三相系统，或是对所述多功能电能质量控制器中的电流发生电路采用三相电力电子 逆变器，其余部分采用三套单相结构而构成的三相系统。
[0018] -种电能质量控制方法，对微网使用所述多功能电能质量控制器，通过调节所述 控制单元产生的电流源的大小，改变所述电能质量控制器对系统呈现阻抗的大小，调节大 电网和微网之间潮流。
[0019] 一种电能质量控制方法，对微网使用所述多功能电能质量控制器，当检测到系统 的故障状态时，通过调节所述控制单元产生的电流源的大小，调节所述多功能电能质量控 制器对系统呈现的等效阻抗，以限制系统故障电流，或实现软起动。
[0020] 一种电能质量控制方法，对微网使用所述的多功能电能质量控制器，利用所述多 功能电能质量控制器对谐波呈现为高阻抗，使大电网和微网的谐波电流被迫流入无源滤波 器支路，以隔离谐波。
[0021] 采用本发明的多功能电能质量控制器，可获得以下技术效果：
[0022] 1、实现潮流控制：将电能质量控制器串联接入微网和大电网的公共连接点（PCC) 处，该电能质量控制器对系统呈现为一个可调阻抗，通过调节该阻抗的大小，就可以起到调 节系统潮流的作用。
[0023] 2、起到故障电流限制和软起动的作用：将电能质量控制器串联接入微网和大电网 的公共连接点（PCC)处，系统正常工作时，该电能质量控制器起到潮流控制的作用；而当检 测到系统的故障状态时，迅速调节等效阻抗的大小，这样可以将故障电流降到系统可以承 受的水平。当微网中的分布式电源启动和停机时，调节该电能质量控制器等效阻抗的大小， 还能使分布式电源实现软起动。
[0024] 3、实现谐波隔离：将电能质量控制器串联接入微网和大电网的公共连接点（PCC) 处，该电能质量控制器对谐波呈现为非常大的励磁阻抗，迫使微网和大电网的谐波电源流 入无源滤波器，起到了谐波隔离的作用。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例的多功能电能质量控制器接入微电网系统的单相结构原理 图；
[0026] 图2是串联变压器单元的T型等效电路图；
[0027] 图3为系统基波等效电路图；
[0028]图4为系统谐波等效电路图；
[0029] 图5为本发明实施例的一种三相系统结构不意图。
【具体实施方式】
[0030] 以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的， 而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0031] 参阅图1，在一种实施例中，多功能电能质量控制器包括基波电流检测单元I、控 制单元II、串联变压器单元III和无源滤波器单元IV。
[0032] 电流检测单元I包括检测变压器一次侧电流（也即大电网与微网之间流过的电 流）的电流互感器1、基波检测环节3和检测变压器二次侧电流的电流互感器2。电流互感 器1串接在变压器一次侧，电流互感器1的输出端与基波电流检测环节3的输入端相连，电 流互感器1将测量到的变压器一次侧电流A送入基波检测环节3,电流互感器2串接在变 压器的二次侧，基波检测环节3检测的基波电流信号和电流互感器2测量的电流信号作为 电流检测单元I的输出信号，分别送入控制单元II中的电流增益电路4和电流增益电路5。
[0033] 控制单元II包括电流增益电路4、电流增益电路5和电流发生电路6。
[0034] 电流增益电路4将检测到的变压器一次侧基波电流信号进行放大，得到jre/作为 电流发生电路6的参考输入信号，电流发生电路6产生一个与其参考输入信号1<成比例的 电流，电流增益电路5将检测到的变压器二次侧电流信号进行放大，得到作为电流发生 电路6的反馈输入信号，用于电流发生电路6的闭环控制，该电路通常可采用电力电子逆变 器来实现，电流发生电路6的输出通过串联变压器单元III接入系统。
[0035] 串联变压器单元III的一次侧串联接入大电网和微网7的公共连接点（PCC)处，二 次侧与电流发生电路6相接。
[0036] 可在串联变压器单元III的两侧并联连接无源滤波器单元IV，用于流经大电网和微 网的谐波电流。
[0037] 本发明实施例的工作原理：通过电流互感器1、