一种低压配电线路电能质量治理装置及治理方法与流程

本发明实施例涉及电网，尤其涉及一种低压配电线路电能质量治理装置及治理方法。

背景技术：

1、当前低压配电系统中大量单相用电负荷和非线性负荷的日益增长，同时伴随着配电线路导线截面积小、线路老化、供电半径长的现象，会导致线路末端严重的电能质量问题而不能满足用户正常的用电需求。由于用电负荷存在的不平衡、低功率因数、非线性等因素，会引起低压配电线路上存在电压偏差、电压暂降、谐波等电能质量问题。因此电能质量问题不但增大了线路损耗，也影响了供电系统的稳定和用户的用电安全。

2、目前在配电线路上对于不同电能质量问题均有相应解决措施和治理设备，如针对功率因素问题采用无功补偿设备，针对不平衡问题采用三相不平衡调节设备，针对谐波问题采用滤波设备，针对低电压问题采用线路调压设备。在实际应用中线路上的电能质量问题是由多种因素共同作用、相互耦合形成的，如需解决问题需要多种传统治理设备配合使用才能达到应用的需求。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种低压配电线路电能质量治理装置及治理方法，以解决现有的配网线路上三相不平衡、功率因素低、电压不稳定、谐波干扰等多种电能质量问题。

2、第一方面，本发明实施例提供一种低压配电线路电能质量治理装置，包括前级三相逆变单元、直流支撑单元、后级两相逆变单元、变压及旁路单元；

3、所述前级三相逆变单元的输入端与三相四线制交流电源的进线端连接，所述前级三相逆变单元的输出端与所述直流支撑单元连接；所述直流支撑单元与所述后级两相逆变单元的输入端连接，所述后级两相逆变单元的输出端与所述变压单元的输入端连接；所述变压单元的输出端与所述旁路电路、所述三相四线制交流电源的出线端连接。

4、作为优选的，所述前级三相逆变单元包括并网启动装置、电抗器和逆变器，所述并网启动装置包括第一启动电路、第二启动电路和第三启动电路，所述第一启动电路、所述第二启动电路和所述第三启动电路均包括启动开关；所述第一启动电路的启动开关串联有继电器k12和电阻r11，所述第三启动电路的启动开关串联有继电器k13和电阻r12，所述继电器与电阻串联；所述第一启动电路、第二启动电路和第三启动电路均串联一个电抗器；所述逆变器为三电平中性点钳位型拓扑结构组成的三相桥式电路，所述三相桥式电路的每一相电路均包括四组串联的绝缘栅双极型晶体管igbt，以及两个钳位二极管，两个所述钳位二极管在串联后，一端接入四组igbt中第一个igbt和第二个igbt之间，另一端接入第三个igbt和第四个igbt之间。

5、作为优选的，所述直流支撑单元包括支撑电容和分压电阻，所述支撑电容包括支撑电容c1和支撑电容c2，支撑电容c1和支撑电容c2之间的点为中性点，所述分压电阻包括压电阻r21和分压电阻r22，所述分压电阻r21和分压电阻r22串联，所述分压电阻r21和分压电阻r22中间的点连接至所述中性点；所述三相桥式电路中每一相电路中两个钳位二极管之间的连接线均连接至所述中性点；支撑电容c1和支撑电容c2的中性点连接到配电线路的零线。

6、作为优选的，所述后级两相逆变单元包括三个，分别为第一后级两相逆变单元、第二后级两相逆变单元和第三后级两相逆变单元，第一后级两相逆变单元包括单相高频变压器和切换开关k21，第二后级两相逆变单元包括单相高频变压器和切换开关k31，第三后级两相逆变单元包括单相高频变压器和切换开关k41；第一后级两相逆变单元、第二后级两相逆变单元和第三后级两相逆变单元分别串联接入低压配电线路的a、b、c三相回路。

7、作为优选的，所述变压及旁路单元包括三个，分别为第一变压及旁路单元、第二变压及旁路单元和第三变压及旁路单元，所述第一变压及旁路单元包括高频变压器t1和旁路开关k22，所述第二变压及旁路单元包括高频变压器t2和旁路开关k32，所述第三变压及旁路单元包括高频变压器t3和旁路开关k42。

8、第二方面，本发明实施例提供一种根据本发明第一方面实施例所述低压配电线路电能质量治理装置的治理方法，包括：

9、步骤s1、装置启动前，后级两相逆变单元连接的切换开关k21、切换开关k31、切换开关k41处于将变压器二次绕组短接的初始状态；

10、步骤s2、装置启动后，将旁路开关k22、旁路开关k31、旁路开关k33切换至高频变压器t1、高频变压器t2、高频变压器t3串联工作状态；由电阻r11、电阻r12和继电器k12、继电器k13组成的预充电电路为直流支撑单元充电，由继电器k11切换短接至主回路供电；前级三相逆变单元为支撑电容c1、支撑电容c2提供稳定的直流电压同时并网运行，前级三相逆变单元根据配电线路的电能质量分析结果进行无功补偿、三相不平衡补偿和谐波补偿；前级三相逆变单元与直流支撑单元进行有功功率交换，补偿装置有功损耗，并为后端后级两相逆变单元提供有功功率传输，同时保证支撑电容c1、支撑电容c2上下端电压相等并稳定；

11、步骤s3、后级两相逆变单元连接的切换开关k21、切换开关k31、切换开关k41切换至后级两相逆变单元串联工作状态，后级两相逆变单元根据装置输出电压的目标值进行与配电线路同频同相或反相电压逆变输出，通过高频变压器t1、高频变压器t2、高频变压器t3分别对三相配电线路进行稳压调节。

12、作为优选的，前级三相逆变单元为支撑电容c1、支撑电容c2提供稳定的直流电压同时并网运行，前级三相逆变单元根据配电线路的电能质量分析结果进行无功补偿、三相不平衡补偿和谐波补偿，具体包括：

13、对配电线路三相电压、电流进行采样分析，根据补偿目标不同将三相电流分解为基波正序有功分量ip+、基波正序无功分量iq+、基波负序分量i-、基波零序分量i0、各次谐波分量inh；基于支撑电容c1、支撑电容c2直流电压的偏差值对基波正序有功分量ip+进行控制以补偿装置的损耗，并为后级两相逆变单元提供有功功率；

14、对基波正序无功分量iq+进行控制以补偿装置在配电线路接入点的无功功率；对基波负序分量i-及基波零序分量i0进行补偿控制以调节线路三相不平衡度；

15、对谐波分量inh进行补偿控制以消除线路谐波干扰，为基波正序无功分量补偿指令iq+*、基波负序分量补偿指令i-*、基波零序分量补偿指令i0*、各次谐波分量补偿指令inh*分配预设的比例系数，其中对应的系数分别为k+、k-、k0、kh，通过限幅控制生成合成的三相补偿电流控制指令值i*。

16、作为优选的，所述步骤s3具体包括：

17、第一后级两相逆变单元、第二后级两相逆变单元和第三后级两相逆变单元通过对前端电容直流电压逆变，分别对每相线路串联接入的高频变压器t1、高频变压器t2、高频变压器t3二次侧提供幅值可调电压ucn，幅值可调电压ucn与对应高频变压器t1、高频变压器t2、高频变压器t3的一次侧输入端电压相同频率、同相位或反相位，分别耦合到对应的高频变压器t1、高频变压器t2、高频变压器t3一次侧与输入端电压usi叠加形成期望的稳定输出电压uso；计算公式为：uso＝usi+k*uc，其中k对应高频变压器t1、高频变压器t2、高频变压器t3的变比。

18、本发明实施例提供的一种低压配电线路电能质量治理装置及治理方法，包括前级三相逆变单元、直流支撑单元、后级两相逆变单元、变压及旁路单元；所述前级三相逆变单元的输入端与三相四线制交流电源的进线端连接，所述前级三相逆变单元的输出端与所述直流支撑单元连接；所述直流支撑单元与所述后级两相逆变单元的输入端连接，所述后级两相逆变单元的输出端与所述变压单元的输入端连接；所述变压单元的输出端与所述旁路电路、所述三相四线制交流电源的出线端连接；在线路上的应用能够同时起到平衡三相功率、补偿无功功率、滤除谐波干扰、降低线路压降、稳定末端电压、降低线路损耗等作用。