同时实现电能质量调节和小电流接地故障有源消弧的电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 同时实现电能质量调节和小电流接地故障有源消弧的电路，属于中压配电系统技 术领域。
【背景技术】
[0002] 随着现代科学技术的发展，众多非线性负荷的投入使用造成电压和电流波形畸变 等电能质量问题，敏感负荷的不断增加对供电质量和供电可靠性提出了更高的要求；与此 同时配电系统经常发生接地故障，可能会引起电网系统停电事故等造成经济损失，在接地 故障中约70%的故障为瞬时性单相接地故障，当故障点的电流较大时，电弧难以自行熄灭， 容易产生故障过电压，引起多重事故，可能造成变压器和开关柜烧毁，大面积停电事故，造 成极大的经济损失。
[0003] 随着对电能质量问题的重视，改善电能质量的装置也不断增多，目前，主要包括无 源LC滤波器、静态无功功率补偿器等。随着现代电力电子技术的发展和瞬时无功功率理论 的提出，APF (有源电力滤波器）成为最有前景的滤波手段，有源电力滤波器按与电网的连 接方式可分为串联型和并联型有源电力滤波器。1996年日本学者Akagi首次提出了 UPQC (统一电能质量调节器）的概念。UPQC是将串联和并联有源电力滤波器通过公共直流母线 连接在一起，可以解决负载谐波电流和配电网电压骤升骤降等电能质量问题，可以使几种 电能质量功能同时得到改善。
[0004] 对于小电流单相接地故障的消弧技术包括无源和有源消弧技术，目前应用的各类 消弧线圈均属于无源消弧技术。随着配电网容量扩大、电力电子装置的大量使用，接地电流 中的无功、有功和谐波分量都增大，单纯的无源消弧技术难以将故障点补偿至零，因此有源 消弧技术被提出和应用，有源消弧是指通过有源变流电路向配电网注入所需的零序电流将 单相接地故障点电流补偿至零，确保电弧熄灭后不再重燃。
[0005] 对于电能质量和单相接地故障问题，目前没有一种装置可以同时解决这两个问 题。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过三相串联模块、 三相并联模块和直流母线稳压单元，可同时实现电能质量调节和小电流接地故障有源消弧 的同时实现电能质量调节和小电流接地故障有源消弧的电路。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该同时实现电能质量调节和小电流 接地故障有源消弧的电路，包括中压配电系统的A、B、C三相线路，其特征在于：包括： 第一耦合变压器，三组副边绕组分别串联在配电系统A、B、C三相线路中； 三相串联模块，包括交流侧和直流侧，其交流侧分别与第一耦合变压器原边绕组相连， 用于给直流母线稳压单元的储能电容充电和通过第一耦合变压器向配电系统插入电压解 决配电系统电压波动问题； 直流母线稳压单元，一端与三相串联模块的直流侧相连，用于实现直流稳压，为输出零 序补偿电流提供通道，同时在有源补偿消弧时支撑直流母线侧电压； 三相并联模块，包括直流侧和交流侧，其直流侧与直流母线稳压单元的另一端相连，用 于向配电系统注入电流实现负荷电流谐波分量的补偿和有源补偿消弧功能； 第二耦合变压器，其原边绕组连接在并联控制模块交流侧与接地端之间，副边绕组并 联在配电系统的A、B、C三相线路与接地端之间。
[0008] 优选的，所述的三相串联模块包括用于滤除输出电压中高次谐波的串联滤波单 元、三相串联变流单元以及对三相串联变流单元进行控制的电压控制单元；三相串联变流 单元的交流侧通过串联滤波单元连接所述的第一親合变压器，三相串联变流单元的直流侧 连接所述的直流母线稳压单元。
[0009] 优选的，所述的三相并联模块包括用于滤除输出电流中高次谐波的并联滤波单 元、三相并联变流单元以及对三相并联变流单元进行控制的电流控制单元；三相并联变流 单元的交流侧通过并联滤波单元连接所述第二耦合变压器的原边绕组，三相并联变流单元 的交流侧连接所述的直流母线稳压单元。
[0010] 优选的，所述的三相串联变流单元采用由IGBT管G1~G6以及二极管D1~D6组成的 三相桥式全控电路，三相串联变流单元直流侧正极同时并联IGBT管Gl、IGBT管G3、IGBT管 G5的集电极，三相串联变流单元直流侧负极同时并联IGBT管G2、IGBT管G4、IGBT管G6的 发射极；IGBT管Gl、IGBT管G3、IGBT管G5的发射极分别连接IGBT管G2、IGBT管G4、IGBT 管G6的集电极并分别引出三相串联变流单元的交流侧与串联滤波单元相连； 二极管D1~D6的阴极分别连接IGBT管G1~G6的集电极，二极管D1~D6的阳极分别连接 IGBT管G1~G6的发射极，IGBT管G1~G6的门极同时与所述的电压控制单元相连。
[0011] 优选的，所述的串联滤波单元采用由电容C1~C3以及电感L1~L3组成的三相并联 LC二阶滤波电路，第一耦合变压器的三组副边绕组的一端分别并联电感Ll和电容C1，电感 L2和电容C2以及电感L3和电容C3的一端，电容C1~C3的另一端接地，电感L1~L3的另一 端分别连接三相并联变流单元的交流侧，三组副边绕组的另一端通过开关Kl接地。
[0012] 优选的，所述的三相并联变流单元采用IGBT管Gl' ~G6'以及二极管Dl' ~D6'组 成的三相桥式全控电路，三相并联变流单元直流侧正极同时并联IGBT管Gl'、IGBT管G3'、 IGBT管G5'的集电极，三相并联变流单元直流侧负极同时并联IGBT管G2'、IGBT管G4'、 IGBT管G6'的发射极，IGBT管Gl'、IGBT管G3'、IGBT管G5'的发射极分别连接IGBT管 G2'、IGBT管G4'、IGBT管G6'的集电极并分别引出三相并联变流单元的交流侧与并联滤波 单元相连； 二极管Dl' ~D6'的阴极分别并联IGBT管Gl' ~G6'集电极，二极管Dl' ~D6'的阳极分 别并联IGBT管Gl' ~G6'的发射极，IGBT管Gl' ~G6'门极同时与所述的电流控制单元相 连。
[0013] 优选的，所述的并联滤波单元采用电感L4~L6以及电容C4~C6组成的三相并联LC 二阶滤波电路，三相并联变流单元的交流侧分别串联电感L4~L6之后分别并联电容C4~C6 的一端以及第二耦合变压器三组原边绕组的一端，电容C4~C6的另一端以及第二耦合变压 器三组原边绕组的另一端接地；第二耦合变压器三组副边绕组分别并联在A、B、C三相线路 以及接地端之间。
[0014] 优选的，所述的直流母线稳压单元包括在有源补偿消弧时支撑直流母线侧电压的 双蓄电池以及双储能元件，双储能元件中间引出中线直接接地，为输出零序补偿电流提供 通道。
[0015] 优选的，所述的双蓄电池为蓄电池 DCl和DC2,所述的双储能元件为储能电容 C7-C8 ； 三相串联模块直流侧的正极同时并联蓄电池 DCl的正极、电容C7的一端以及三相并联 模块的直流侧的正极，三相串联模块直流侧的负极同时并联蓄电池 DC2的负极、电容C8的 一端以及三相并联模块的直流侧的负极，接地端同时并联蓄电池 DCl的负极、蓄电池 DC2的 正极以及电容C7~C8的另一端，电容C7和C8之间引出中线直接接地。
[0016] 优选的，所述的第二耦合变压器的原副边绕组采用星形中性点直接接方式。
[0017] 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是： 1、本发明的同时实现电能质量调节和小电流接地故障有源消弧的电路，通过三相串联 模块、三相并联模块以及直流母线稳压单元，可同时实现电能质量调节和小电流接地故障 有源消弧的功能。当电网未发生故障时，通过三相串联模块可以解决电压骤升骤降，三相并 联模块可以解决负载谐波电流污染等电能质量问题；当发生单相接地故障时，通过三相串 联模块为直流母线稳压单元的电容充电，通