多功能電能質(zhì)量控制器及電能質(zhì)量控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可在微電網(wǎng)中使用的多功能電能質(zhì)量控 制器及電能質(zhì)量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 環(huán)境保護(hù)和能源短缺的雙重壓力，推動了以低碳綠色能源為核心的智能電網(wǎng)建 設(shè)，分布式發(fā)電是解決未來能源需求的必經(jīng)之路，而微網(wǎng)是分布式發(fā)電無縫接入大電網(wǎng)的 關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。微網(wǎng)運(yùn)行方式靈活，能夠提高用戶的供電可靠性 和分布式能源的利用率，減少對大電網(wǎng)沖擊，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。由于微網(wǎng)在電 源、負(fù)荷、能源轉(zhuǎn)換單元、儲能和運(yùn)行狀態(tài)等方面的多樣性，分布式電源的間歇性和隨機(jī)性， 大電網(wǎng)和微網(wǎng)之間的高滲透率，微網(wǎng)的電能質(zhì)量問題比傳統(tǒng)大電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題嚴(yán)重得 多。
[0003] 微網(wǎng)電能質(zhì)量呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：
[0004] 1)諧波高滲透率、多種并網(wǎng)變流器輸出諧波相互影響和背景諧波是微網(wǎng)諧波問題 的新特征。傳統(tǒng)電網(wǎng)的系統(tǒng)背景諧波較少，諧波主要來自非線性負(fù)荷，微網(wǎng)中除了非線性負(fù) 荷會產(chǎn)生諧波，作為分布式電源和儲能系統(tǒng)接入微網(wǎng)的變流器也可能產(chǎn)生諧波。接入微網(wǎng) 的多種變流器之間的輸出諧波相互影響，大電網(wǎng)和微網(wǎng)之間的諧波高滲透率，都有可能產(chǎn) 生諧振現(xiàn)象。
[0005] 2)更加靈活的雙向潮流控制，傳統(tǒng)配電網(wǎng)呈現(xiàn)"無源網(wǎng)絡(luò)"和"功率單向流動"的 特性，微網(wǎng)呈現(xiàn)出"有源網(wǎng)絡(luò)"和"功率雙向流動"的特征，高滲透率下大電網(wǎng)應(yīng)對微網(wǎng)接入 的潮流控制已經(jīng)成為制約微網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的重要技術(shù)屏障。
[0006] 3)過電壓和過電流現(xiàn)象更加頻繁，微網(wǎng)的容量一般不大，微網(wǎng)中負(fù)荷波動對微電 源輸出的影響比傳統(tǒng)電網(wǎng)更大，微網(wǎng)中多種變流器并聯(lián)后運(yùn)行狀態(tài)多變，控制模式快速切 換過程中容易出現(xiàn)過壓或過流現(xiàn)象。在負(fù)荷最低時(shí)段，分布式電源的功率輸出將會顯著抬 高處于微網(wǎng)末端的電壓水平。
[0007] 4)多種電能質(zhì)量問題并存，接入微網(wǎng)的各種變流器并聯(lián)后多種電能質(zhì)量問題相互 交疊激勵(lì)，可能產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)一步惡化微網(wǎng)的電能質(zhì)量，威脅微網(wǎng)和大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定 運(yùn)行，燒毀微網(wǎng)發(fā)電和用電設(shè)備，引發(fā)微網(wǎng)和大電網(wǎng)的供電中斷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明是針對上述微電網(wǎng)電能質(zhì)量的特點(diǎn)以及考慮到微網(wǎng)容量不大，安裝多種電 能質(zhì)量控制器不經(jīng)濟(jì)等因素，而提出的一種可以隔離諧波、調(diào)節(jié)潮流、限制過電壓和過電 流、實(shí)現(xiàn)軟起動和無功補(bǔ)償?shù)裙δ艿亩喙δ茈娔苜|(zhì)量控制器，以及使用該多功能電能質(zhì)量 控制器的電能質(zhì)量控制方法。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0010] 一種多功能電能質(zhì)量控制器，包括基波電流檢測單元、控制單元和串聯(lián)變壓器單 元；
[0011] 所述基波電流檢測單元包括第一電流互感器、第二電流互感器和基波檢測環(huán)節(jié)， 所述控制單元包括第一電流增益電路、第二電流增益電路和電流發(fā)生電路；
[0012] 所述串聯(lián)變壓器單元的一次側(cè)串聯(lián)接入大電網(wǎng)和微網(wǎng)的公共連接點(diǎn)處，所述第一 電流互感器串接在所述串聯(lián)變壓器單元的一次側(cè)，所述第一電流互感器的輸出端與所述基 波電流檢測環(huán)節(jié)的輸入端相連，所述第二電流互感器串接在所述串聯(lián)變壓器單元的二次 側(cè)，所述第一電流互感器和所述基波檢測環(huán)節(jié)檢測的變壓器一次側(cè)基波電流信號以及所述 第二電流互感器檢測的變壓器二次側(cè)電流信號分別送入所述控制單元中的第一電流增益 電路和第二電流增益電路；
[0013] 所述串聯(lián)變壓器單元的二次側(cè)與所述電流發(fā)生電路串接，所述第一電流增益電路 將所述變壓器一次側(cè)基波電流信號進(jìn)行放大作為參考輸入信號，所述第二電流增益電路將 所述變壓器二次側(cè)電流信號進(jìn)行放大作為反饋輸入信號，分別送入所述電流發(fā)生電路，所 述電流發(fā)生電路通過閉環(huán)控制產(chǎn)生一個(gè)電流源，將所述電流源施加到所述串聯(lián)變壓器單元 的二次側(cè)。
[0014] 進(jìn)一步地：
[0015] 所述多功能電能質(zhì)量控制器還包括并聯(lián)接在所述串聯(lián)變壓器單元的兩側(cè)的無源 濾波器單元。
[0016] 所述電流發(fā)生電路采用電力電子逆變器來實(shí)現(xiàn)。
[0017] -種多功能電能質(zhì)量控制器，包括由三套單相結(jié)構(gòu)的所述多功能電能質(zhì)量控制器 構(gòu)成的三相系統(tǒng)，或是對所述多功能電能質(zhì)量控制器中的電流發(fā)生電路采用三相電力電子 逆變器，其余部分采用三套單相結(jié)構(gòu)而構(gòu)成的三相系統(tǒng)。
[0018] -種電能質(zhì)量控制方法，對微網(wǎng)使用所述多功能電能質(zhì)量控制器，通過調(diào)節(jié)所述 控制單元產(chǎn)生的電流源的大小，改變所述電能質(zhì)量控制器對系統(tǒng)呈現(xiàn)阻抗的大小，調(diào)節(jié)大 電網(wǎng)和微網(wǎng)之間潮流。
[0019] 一種電能質(zhì)量控制方法，對微網(wǎng)使用所述多功能電能質(zhì)量控制器，當(dāng)檢測到系統(tǒng) 的故障狀態(tài)時(shí)，通過調(diào)節(jié)所述控制單元產(chǎn)生的電流源的大小，調(diào)節(jié)所述多功能電能質(zhì)量控 制器對系統(tǒng)呈現(xiàn)的等效阻抗，以限制系統(tǒng)故障電流，或?qū)崿F(xiàn)軟起動。
[0020] 一種電能質(zhì)量控制方法，對微網(wǎng)使用所述的多功能電能質(zhì)量控制器，利用所述多 功能電能質(zhì)量控制器對諧波呈現(xiàn)為高阻抗，使大電網(wǎng)和微網(wǎng)的諧波電流被迫流入無源濾波 器支路，以隔離諧波。
[0021] 采用本發(fā)明的多功能電能質(zhì)量控制器，可獲得以下技術(shù)效果：
[0022] 1、實(shí)現(xiàn)潮流控制：將電能質(zhì)量控制器串聯(lián)接入微網(wǎng)和大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)（PCC) 處，該電能質(zhì)量控制器對系統(tǒng)呈現(xiàn)為一個(gè)可調(diào)阻抗，通過調(diào)節(jié)該阻抗的大小，就可以起到調(diào) 節(jié)系統(tǒng)潮流的作用。
[0023] 2、起到故障電流限制和軟起動的作用：將電能質(zhì)量控制器串聯(lián)接入微網(wǎng)和大電網(wǎng) 的公共連接點(diǎn)（PCC)處，系統(tǒng)正常工作時(shí)，該電能質(zhì)量控制器起到潮流控制的作用；而當(dāng)檢 測到系統(tǒng)的故障狀態(tài)時(shí)，迅速調(diào)節(jié)等效阻抗的大小，這樣可以將故障電流降到系統(tǒng)可以承 受的水平。當(dāng)微網(wǎng)中的分布式電源啟動和停機(jī)時(shí)，調(diào)節(jié)該電能質(zhì)量控制器等效阻抗的大小， 還能使分布式電源實(shí)現(xiàn)軟起動。
[0024] 3、實(shí)現(xiàn)諧波隔離：將電能質(zhì)量控制器串聯(lián)接入微網(wǎng)和大電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)（PCC) 處，該電能質(zhì)量控制器對諧波呈現(xiàn)為非常大的勵(lì)磁阻抗，迫使微網(wǎng)和大電網(wǎng)的諧波電源流 入無源濾波器，起到了諧波隔離的作用。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的多功能電能質(zhì)量控制器接入微電網(wǎng)系統(tǒng)的單相結(jié)構(gòu)原理 圖；
[0026] 圖2是串聯(lián)變壓器單元的T型等效電路圖；
[0027] 圖3為系統(tǒng)基波等效電路圖；
[0028]圖4為系統(tǒng)諧波等效電路圖；
[0029] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的一種三相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下對本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的， 而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0031] 參閱圖1，在一種實(shí)施例中，多功能電能質(zhì)量控制器包括基波電流檢測單元I、控 制單元II、串聯(lián)變壓器單元III和無源濾波器單元IV。
[0032] 電流檢測單元I包括檢測變壓器一次側(cè)電流（也即大電網(wǎng)與微網(wǎng)之間流過的電 流）的電流互感器1、基波檢測環(huán)節(jié)3和檢測變壓器二次側(cè)電流的電流互感器2。電流互感 器1串接在變壓器一次側(cè)，電流互感器1的輸出端與基波電流檢測環(huán)節(jié)3的輸入端相連，電 流互感器1將測量到的變壓器一次側(cè)電流A送入基波檢測環(huán)節(jié)3,電流互感器2串接在變 壓器的二次側(cè)，基波檢測環(huán)節(jié)3檢測的基波電流信號和電流互感器2測量的電流信號作為 電流檢測單元I的輸出信號，分別送入控制單元II中的電流增益電路4和電流增益電路5。
[0033] 控制單元II包括電流增益電路4、電流增益電路5和電流發(fā)生電路6。
[0034] 電流增益電路4將檢測到的變壓器一次側(cè)基波電流信號進(jìn)行放大，得到j(luò)re/作為 電流發(fā)生電路6的參考輸入信號，電流發(fā)生電路6產(chǎn)生一個(gè)與其參考輸入信號1<成比例的 電流，電流增益電路5將檢測到的變壓器二次側(cè)電流信號進(jìn)行放大，得到作為電流發(fā)生 電路6的反饋輸入信號，用于電流發(fā)生電路6的閉環(huán)控制，該電路通?？刹捎秒娏﹄娮幽孀?器來實(shí)現(xiàn)，電流發(fā)生電路6的輸出通過串聯(lián)變壓器單元III接入系統(tǒng)。
[0035] 串聯(lián)變壓器單元III的一次側(cè)串聯(lián)接入大電網(wǎng)和微網(wǎng)7的公共連接點(diǎn)（PCC)處，二 次側(cè)與電流發(fā)生電路6相接。
[0036] 可在串聯(lián)變壓器單元III的兩側(cè)并聯(lián)連接無源濾波器單元IV，用于流經(jīng)大電網(wǎng)和微 網(wǎng)的諧波電流。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例的工作原理：通過電流互感器1、