同时实现潮流控制和小电流接地故障有源补偿消弧的电路的制作方法
【技术领域】
[0001]同时实现潮流控制和小电流接地故障有源补偿消弧的电路，属于中压配电系统领域。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展和社会的进步，各种分布式电源日益增多，造成配电网规模不断扩大，运行方式日渐复杂。早期只在输电系统中存在严重的潮流流动问题，近几年由于分布式电源和微网的大量投入配电系统中，配电系统的潮流流动问题变得愈发严重。同时中压配电系统中接地故障时常发生，对配电系统造成冲击，甚至引起停电事故。在接地故障中约70%的故障为瞬时性单相接地故障，对于小电流接地系统，系统可以带单相接地故障运行两小时，但当故障点电流较大时，电弧难以自行熄灭，容易产生故障过电压，引起多重事故，可能烧毁变压器和开关柜，引起大面积停电事故，造成极大的经济损失。
[0003]对于中压配电系统的潮流控制问题，可以利用现有的应用于输电系统的电力电子装置UPFC (统一潮流控制器)，UPFC可以较好的解决电压波动、无功补偿、潮流控制等各种功能，但对于接地故障却无法处理。为减小单相接地故障电流，部分电压等级的电网通常采用中性点非有效接地方式，包括中性点不接地和经消弧线圈接地，当发生单相接地故障时故障电流较小，可以让电网继续带故障运行一段时间，然而小电流接地故障可能导致电弧的熄灭、重燃，如此反复会造成较大的系统过电压，引起重大的危害事故。因此对小电流接地故障进行有源补偿消弧，将单相接地故障点电流补偿至零，确保故障点100%熄弧具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种通过三相并联模块、三相串联模块以及直流母线稳压单元，可同时实现潮流控制和小电流接地故障有源补偿消弧的电路。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该同时实现潮流控制和小电流接地故障有源补偿消弧的电路，其特征在于:包括:
第一耦合变压器，三组原边绕组分别并联在配电系统A、B、C三相线路与接地端之间；三相并联模块，包括交流侧和直流侧，其交流侧分别与第一耦合变压器副边绕组相连，用于通过第一耦合变压器实现电网的无功补偿以及有源补偿消弧；
直流母线稳压单元，一端与三相并联模块的直流侧相连，用于实现直流稳压以及为输出零序补偿电流提供通道；
三相串联模块，包括交流侧和直流侧，其直流侧与直流母线稳压单元的另一端相连，用于通过第二耦合变压器向配电系统插入电压改变潮流流动；
第二耦合变压器，其原边绕组分别连接在三相串联模块交流侧与接地端之间，副边绕组分别串联在配电系统A、B、C三相线路中。
[0006]优选的，所述的三相并联模块包括用于滤除高次谐波的三相并联滤波单元、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的第一親合变压器，三相并联变流单元的直流侧连接所述的直流母线稳压单元。
[0007]优选的，所述的三相串联模块包括用于滤除三相串联变流单元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第二耦合变压器的原边绕组，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。
[0008]优选的，所述的三相并联变流单元采用三相桥式全控电路，包括IGBT管G1~G6以及二极管D1~D6，三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流控制单元相连。
[0009]优选的，所述的并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分别并联电感LI和电容Cl，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。
[0010]优选的，所述的三相串联变流单元采用三相桥式全控电路，包括IGBT管Gl’ ~G6’以及二极管Dl’ ~D6’，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G2MGBT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压控制单元相连。
[0011]优选的，所述的串联滤波单元包括由电容C4~C6以及电感L4~L6组成的三相串联LC 二阶滤波电路，三相串联变流单元的交流侧分别串联电感L4~L6后分别并联第二耦合变压器三组原边绕组的一端以及电容C4~C6的一端，电容C4~C6的另一端接地，第二耦合变压器三组原边绕组的另一端通过开关K2接地。
[0012]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。
[0013]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 ；
三相并联模块直流侧的正极同时并联蓄电池DCl的正极、电容C7的一端以及三相串联模块的直流侧的正极，三相并联模块直流侧的负极同时并联蓄电池DC2的负极、电容CS的一端以及三相串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。
[0014]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。
[0015]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是:
1、通过本同时实现潮流控制和小电流接地故障有源补偿消弧的电路，通过三相并联模块、三相串联模块以及直流母线稳压单元，可同时实现潮流控制和小电流接地故障有源补偿的功能。当电网发生单相接地故障时，通过三相并联模块以及直流母线稳压单元直流蓄电池可以向电网注入所需的零序补偿电流，将故障点电流补偿至零，并延时减小注入电流判断故障是否恢复。瞬时故障能及时自愈，永久故障则进行隔离维修。在未发生故障时，可通过三相并联模块为直流母线侧储能电容充电，通过三相串联模块向电网插入电压来改变功率潮流分布，提高电力利用效率。
[0016]2、三相并联变流单元采用三相桥式全控电路，具有较高的开关频率，可以工作