一种限流式统一电能质量控制器及其控制方法与流程

本发明属于输配电技术领域，尤其是一种限流式统一电能质量控制器及其控制方法。

背景技术：

随着经济社会发展，各种形式的分布式能源、电动汽车以及多种非线性负荷的大量接入，给电网带来了巨大的电能质量问题。统一电能质量控制器（unified power quality conditioner，UPQC）作为一种综合有源滤波器和动态电压调节器功能的综合电能质量控制装置，能够快速综合解决电压、电流等多种电能质量问题，同时该装置还可以进行无功补偿，提高负荷的功率因数，具有广阔的应用前景。

UPQC由于其优良的控制性能和综合电能质量治理能力受到了业界的青睐，但是其同其他串联型柔性交流输电装置（flexible AC transmission system，FACTS）一样，由于串接在线路中，一旦负载侧发生短路故障，UPQC的串联变换器极容易因电力系统的短路故障而被损毁，这极大限制了UPQC装置在电力系统中的大规模应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有通用的统一电能质量控制器极易因电力系统发生短路故障而被损坏的缺陷，提供一种具有电容限压功能的限流式统一电能质量控制器。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种限流式统一电能质量控制器，包括串联变压器、串联变换器和滤波电感，所述串联变压器副边中性点处串接一个带有限流电感和限流电阻的三相桥式限流器，所述串联变换器与滤波电感之间的连接处并联防过充保护电路。

本发明在通用的统一电能质量控制器的基础上接入三相桥式限流器和防过充保护电路，避免统一电能质量控制器中的变换器因电力系统短路故障而被损坏。三相桥式限流器的接入可以有效抑制电力系统短路电流对装置的破坏。防过充保护电路用来防止短路过程中UPQC中的电容器过充造成的损坏。

在系统故障条件下，三相桥式限流器和防过充保护电路形成通路，短路电流不再进入UPQC的串、并联变换器，可以有效保护UPQC的串、并联变换器。

进一步地，所述的三相桥式限流器包括三相整流桥、两个续流二极管、限流电感和限流电阻，所述的两个续流二极管串联跨接在三相整流桥输出端，限流电阻和限流电感串联后也跨接在三相整流桥输出端并与两个串联的续流二极管并联。

进一步地，所述的三相整流桥包括6个整流管。

进一步地，所述的整流管为晶闸管、可控型功率管、门极可关断的电力电子器件或全控型电力电子器件。

进一步地，所述的防过充保护电路包括4个续流管KT₁、KT₂、KT₃和KT₄，其中续流管KT₁、KT₂串联形成支路，续流管KT₃、KT₄串联形成支路，两个支路反向并联在一起，续流管KT₁、KT₂串联连接处与KT₃、KT₄串联连接处相连。

进一步地，所述的续流管为晶闸管、可控型功率管、门极可关断的电力电子器件或全控型电力电子器件。

本发明的另一目的在于提供上述限流式统一电能质量控制器的控制方法，其内容如下：电力系统正常运行时，三相桥式限流器的6个整流管常加触发脉冲，防过充电路的续流管触发脉冲封锁；当电力系统发生短路故障时，三相桥式限流器的6个整流管封锁触发脉冲，串、并联变换器均闭锁，防过充电路的4个续流管触发导通，三相桥式限流器和防过充电路形成通路，短路电流不再进入串、并联变换器。

本发明具有的有益效果是：具有电容限压功能的限流式统一电能质量控制器，能够在有效地处理系统短路故障的同时，有效保护统一电能质量控制器核心部件串联变换器的开关器件和电容器。

附图说明

图1是传统UPQC（即通用UPQC）的拓扑结构图。

图2是本发明的限流式统一电能质量控制器结构模型图。

图3是本发明的限流式统一电能质量控制器在系统故障情况下的短路电流通路图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。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。

图1是通用的统一电能质量控制器的拓扑结构图。图1中，Usa, Usb和Usc分别表示系统电源交流侧三相电压，C表示UPQC的电容器。

图2是本发明具有电容限压功能的限流式电能质量控制器结构图。图2中，Usa, Usb和Usc分别表示系统电源交流侧三相电压，C表示UPQC的电容器，T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆表示桥式限流器中的6个整流管，D₁、D₂表示2个续流二极管，KT₁, KT₂, KT₃, KT₄表示防过充电路中的4个续流管，L_d表示限流电感，R表示限流电阻。

图3是本发明具有电容限压功能的限流式电能质量控制器结构模型在系统故障情况下的短路电流通路图。

建立限流式统一电能质量控制器的具体步骤为：

步骤1：三相桥式限流器接入：

如图1所示，统一电能质量控制器的通用拓扑结构由串联变换器、并联变换器、串联变压器以及滤波电感组成。由于统一电能质量控制器的变换器主要采用全控型电力电子器件，这些器件过载能力较低，极容易因为系统发生短路故障而损坏。为了解决通用的UPQC的短路故障问题，在通用的UPQC串联侧的三相耦合变压器副边中性点串接一个带有限流电感和限流电阻的三相桥式限流器（如图2所示），从而使UPQC在短路故障下能够有效抑制流经UPQC变换器的短路电流，保护UPQC的器件。

步骤2：防过充电路的接入：

步骤1中，通用的UPQC接入了三相桥式限流器，可以有效抑制故障条件下流经变换器的短路电流，但电容器存在过度充电的风险。三相桥式限流器由三相整流桥、两个续流二极管、限流电感和限流电阻组成，所述的两个续流二极管串联跨接在三相整流桥输出端，限流电阻和限流电感串联后也跨接在三相整流桥输出端并与两个串联的续流二极管并联。所述的三相整流桥有6个整流管。

为了防止变换器的电容器在系统短路故障条件下过度充电而损坏电容器或变换器，在步骤1的基础上，UPQC串联侧变换器与滤波电感之间连接处并联防过充保护电路。防过充保护电路是由4个续流管KT₁, KT₂, KT₃, KT₄构成，其中续流管KT₁、KT₂串联形成支路，续流管KT₃、KT₄串联形成支路，两个支路反向并联在一起，KT₁、KT₂串联连接处与KT₃、KT₄串联连接处相连，如图2所示。将防过充电路接在串联换流器和串联侧滤波电感之间，系统发生短路故障时，可以发挥滤波电感的限流作用。

步骤3：运行控制策略：

系统正常运行时，三相桥式限流器的6个整流管T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆常加触发脉冲，防过充电路的续流管KT₁, KT₂, KT₃, KT₄触发脉冲封锁；当系统发上短路故障时，三相桥式限流器的6个整流管封锁触发脉冲，并联变换器和串联变换器均闭锁，防过充电路的续流管KT₁, KT₂, KT₃, KT₄触发导通，三相桥式限流器和防过充电路形成通路，短路电流不再进入串、并联变换器，以AB相电流通路为例展示，如图3所示，可以有效保护串、并联变换器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。