一种大容量统一电能质量控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种大容量统一电能质量控制器。统一电能质量控制器使用多绕组变压器副边连接H桥变换器的结构应用于UPQC并联侧。并联侧三相等效于跨接在线电压上的三个单相整流器模型。由于每个H桥整流器都是独立控制，因此不受三相电压不平衡的影响，利于电网电压波动时UPQC直流侧电压的稳定，并采用基于虚拟正交坐标变换的控制方法，使UPQC并联侧的单相整流装置等效为三相整流器模型，具有三相整流器的功率因数可控和谐波抑制的功能，能够完全实现对称系统电压条件下三相整流器的所有功能。
【专利说明】一种大容量统一电能质量控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统柔性输配电的统一电能质量控制器UPQC，具体涉及一种大容量统一电能质量控制器UPQC。
【背景技术】
[0002]统一电能质量控制器UPQC是用户电力技术(Custom Power)中的新兴装置，它集电压补偿装置、电流补偿装置于一体，统一实现多重电能质量调节功能，一机多能，具有更高的性价比，是用户电力技术发展的最新趋势和关键设备，也是FACTS技术中的关键设备，因此统一电能质量控制器UPQC已成为该领域的研究热点。
[0003]统一电能质量控制器UPQC主电路由串联电压源型换流器和并联电压源型换流器构成。
[0004]UPQC作为功能强大的电能质量综合补偿装置，其串联侧具有动态电压恢复器DVR、动态不间断电源DUPS功能，并联侧具有静止无功发生器SVG、有源电力滤波器APF功能。UPQC的串联和并联单元可独立运行实现各自功能，也可联合运行实现统一的综合功能。
[0005]UPQC的拓扑结构根据变流器接入电网的方式主要有两种结构，按照系统侧-UPQC串联侧-UPQC并联侧-负载侧的连接顺序串入电网的UPQC称为“串并”结构；按照系统侧-UPQC并联侧-UPQC并=串联侧-负载侧的连接顺序串入电网的UPQC称为“并串”结构。UPQC串并结构示意图如图1所示，UPQC并串结构示意图如图2所示。
[0006]两种结构的UPQC各有自身的优劣势:
[0007]对于“串并”结构的UPQC，因串联侧的电压补偿功能，则当系统电压跌落时，并联侧电压仍然可以保持为三相对称电压。因此并联在实现维持直流电压、补偿负载谐波电流和无功的功能时，无需考虑三相电压不平衡的问题，因此并联侧控制方式相对简单。由于并联侧所取的有功都经过串联侧，则大大增加了串联侧容量。如按照电网电压跌落0.5pu，则串联侧容量应与负载额定容量相同，其中一半容量提供给了并联侧。这种容量的选择极大的增大了工程成本，不利于发挥最大的装置容量。
[0008]对于“并串”结构的UPQC，串联侧补偿故障系统电压，保证负载电压的稳定，其容量只与负载需要补偿的容量相关。并联侧由于与系统母线直接相连，则需要考虑三相电压不平衡状况。若用传统三相桥的结构，则大大增加控制难度，易导致直流电压的波动，不适用于UPQC快速动态响应的特点。
实用新型内容
[0009]针对“并串”结构的UPQC并联侧不易于控制的缺点，本实用新型提供一种大容量统一电能质量控制器UPQC，统一电能质量控制器UPQC使用多绕组变压器副边连接H桥变换器的结构应用于UPQC并联侧。并联侧三相等效于跨接在线电压上的三个单相整流器模型。由于每个H桥整流器都是独立控制，因此不受三相电压不平衡的影响，利于电网电压波动时UPQC直流侧电压的稳定。[0010]基于虚拟正交坐标变换的控制方式可使UPQC并联侧的单相整流装置等效为三相整流器模型，具有三相整流器的功率因数功率可控和谐波抑制的功能，能够完全实现对称系统电压条件下三相整流器的所有功能。
[0011]本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的:
[0012]本实用新型提供一种大容量统一电能质量控制器，其改进之处在于，所述统一电能质量控制器包括通过公共直流母线连接的并联型电压源变流器和串联型电压源变流器；所述并联型电压源变流器采用多绕组的单相变压器连接单相H桥变换器结构，所述多绕组单相变压器原边通过并联电抗器接入交流侧电网，所述多绕组单相变压器副边与H桥变换器的交流侧连接；所述串联型电压源变流器采用单相H桥变换器结构，与并联型电压源变流器的H桥变换器形成“背靠背”结构，串联型电压源变流器的单相H桥变换器分别通过RLC滤波电路以及旁路晶闸管单元以级联的方式接入直流侧电网。
[0013]进一步地，所述串联侧单相H桥变换器包括并联的H桥、滤波电容器C支路和电阻Rl支路；电抗器-电阻串联支路连接在H桥其中两个桥臂之间的a点，直流电源Us与电抗器-电阻串联支路并联后连接在H桥另外两个桥臂之间的b点；所述电抗器-电阻串联支路由串联的电抗器L和电阻R组成；
[0014]所述H桥由四个桥臂组成，每个桥臂由IGBT模块组成，所述IGBT模块包括IGBT器件以及与其反并联的二极管组成。
[0015]进一步地，所述并联型电压源变流器的单相H桥变换器结构与串联型电压源变流器的单相H桥变换器结构之间并联有电容器。
[0016]进一步地，所述RLC滤波电路由串联的电容器、电阻和电抗器组成；所述晶闸管单元由反并联的两个晶闸管组成。
[0017]进一步地，所述并联型电压源变流器和串联型电压源变流器均为双向PWM变流器。
[0018]与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是:
[0019]1、本实用新型提供的大容量统一电能质量控制器UPQC使用多绕组变压器副边连接H桥变换器的结构应用于UPQC并联侧。并联侧三相等效于跨接在线电压上的三个单相整流器模型。由于每个H桥整流器都是独立控制，因此不受三相电压不平衡的影响，利于电网电压波动时UPQC直流侧电压的稳定。
[0020]2、本实用新型提供基于虚拟正交坐标变换的控制方式可使UPQC并联侧的单相整流装置等效为三相整流器模型，具有三相整流器的功率因数功率可控和谐波抑制的功能，能够完全实现对称系统电压条件下三相整流器的所有功能。
[0021]3、本实用新型提供基于虚拟正交坐标变换控制方式，使在网侧电压三相不平衡的状态下能够分别控制UPQC装置并联侧的每一相，并且达到三相全控整流器的性能，大大提高了 UPQC的使用工况范围，简化和控制方式，提高了控制性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是现有技术UPQC串并结构示意图；
[0023]图2是现有技术UPQC并串结构示意图；
[0024]图3是本实用新型提供的大容量统一电能质量控制器UPQC并串结构的示意图；[0025]图4是本实用新型提供的单相H桥变换器主电路拓扑接结构图；
[0026]图5是本实用新型提供的基于虚拟正交坐标变换的控制策略框图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0028]本实用新型提供一种大容量统一电能质量控制器UPQC，其结构图示意图如图3所示，统一电能质量控制器采用三相三线制并串结构，包括通过公共直流母线连接的并联型电压源变流器和串联型电压源变流器；并联型电压源变流器采用多绕组的单相变压器连接单相H桥变换器结构，多绕组单相变压器原边通过并联电抗器接入交流侧电网，多绕组单相变压器副边与H桥变换器的交流侧连接；所述串联型电压源变流器采用单相H桥变换器结构，与并联型电压源变流器的H桥变换器形成“背靠背”结构，串联型电压源变流器的单相H桥变换器分别通过LC滤波电路以及晶闸管单元接入直流侧电网。并联型电压源变流器的单相多绕组变压器不仅起到电压等级变换的作用，而且起到电位隔离的作用，使得每个H桥的参考点之间没有电位关系，以便UPQC装置串联侧使用H桥级联方式实现装置的大容量化。
[0029]并联型电压源变流器的单相H桥变换器结构与串联型电压源变流器的单相H桥变换器结构之间并联有电容器。RLC滤波电路由串联的电容器、电阻和电抗器组成；晶闸管单元由反并联的两个晶闸管组成。并联型电压源变流器和串联型电压源变流器均为双向PWM变流器。
[0030]单相H桥变换器的主电路拓扑结构图如图4所示，包括并联的H桥、电容器C支路和电阻RL支路；电抗器-电阻串联支路连接在H桥其中两个桥臂之间的a点，直流电源Us与电抗器-电阻串联支路并联后连接在H桥另外两个桥臂之间的b点；所述电抗器-电阻串联支路由串联的电抗器L和电阻R组成；H桥由四个桥臂组成，每个桥臂由IGBT模块组成，所述IGBT模块包括IGBT器件以及与其反并联的二极管组成。
[0031]本实用新型还提供一种大容量统一电能质量控制器UPQC的控制方法，控制方法采用基于虚拟正交坐标变换的控制方式，使UPQC并联侧的单相整流装置等效为三相整流器模型，具有三相整流器的功率因数功率可控和谐波抑制的功能，能够完全实现对称系统电压条件下三相整流器的所有功能。首先对图4中的主电路采用基尔霍夫定律分析可以得到该电路的数学模型：
【权利要求】
1.一种大容量统一电能质量控制器，其特征在于，所述统一电能质量控制器包括通过公共直流母线连接的并联型电压源变流器和串联型电压源变流器；所述并联型电压源变流器采用多绕组的单相变压器连接单相H桥变换器结构，所述多绕组单相变压器原边通过并联电抗器接入交流侧电网，所述多绕组单相变压器副边与H桥变换器的交流侧连接；所述串联型电压源变流器采用单相H桥变换器结构，与并联型电压源变流器的H桥变换器形成“背靠背”结构，串联型电压源变流器的单相H桥变换器分别通过RLC滤波电路以及旁路晶闸管单元以级联的方式接入直流侧电网。
2.如权利要求I所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述串联侧单相H桥变换器包括并联的H桥、滤波电容器C支路和电阻&支路；电抗器-电阻串联支路连接在H桥其中两个桥臂之间的a点，直流电源Us与电抗器-电阻串联支路并联后连接在H桥另外两个桥臂之间的b点；所述电抗器-电阻串联支路由串联的电抗器L和电阻R组成； 所述H桥由四个桥臂组成，每个桥臂由IGBT模块组成，所述IGBT模块包括IGBT器件以及与其反并联的二极管组成。
3.如权利要求I所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述并联型电压源变流器的单相H桥变换器结构与串联型电压源变流器的单相H桥变换器结构之间并联有电容器。
4.如权利要求I所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述RLC滤波电路由串联的电容器、电阻和电抗器组成；所述晶闸管单元由反并联的两个晶闸管组成。
5.如权利要求I所述的统一电能质量控制器，其特征在于，所述并联型电压源变流器和串联型电压源变流器均为双向PWM变流器。
【文档编号】H02J3/26GK203589727SQ201320797369
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】张一博, 燕翚, 叶卫华, 訾振宁, 刘琳 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司