CN108923438A - 一种多电能质量治理装置协调控制*** - Google Patents

一种多电能质量治理装置协调控制*** Download PDF

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Abstract

一种多电能质量治理装置协调控制***，由多个电能质量治理装置(1)构成，安装在电网中重要敏感负荷或公共耦合点馈线的前端；每个电能质量治理装置(1)含有串联型治理单元(11)、并联型治理单元(12)和中央控制器(13)；串联型治理单元(11)与并联型治理单元(12)通过共用直流母线连接，中央控制器(13)与串联型治理单元(11)及并联型治理单元(12)连接。多个电能质量治理装置(1)联合运行使用时配有管理中心(2)。所述的管理中心(2)与所述的中央控制器(13)通信，管理中心(2)通过采集电网电压、负载电压和负载电流信息判断电网电能质量问题，协调运行多个电能质量治理装置(1)。

Description

一种多电能质量治理装置协调控制***
技术领域
本发明涉及一种电能质量调节设备。
背景技术
作为一种清洁的二次能源，电力在国民经济和日常生活中具有非常重要的作用，然而，随着社会科技的进步，现代工业生产逐渐趋于自动化与智能化，配电网结构也日益复杂，敏感负荷的种类、数量也逐渐增多，普通的供电质量已经不能够满足某些重要负荷的需求，因而对供电质量也提出了比以往更为严格的要求。这就要求供电部门采取措施提高供电质量，以保证重要负荷得到优质的电力供应。与此同时，由于各种电能质量治理装置需求的市场潜力极大，在实际应用中补偿效果明显，加上各种电力电子器件的性价比的不断提高，预计电能质量治理技术会有非常广阔的发展前景。
如图1所示，传统的统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)作为一种具有先进典型性的电能质量治理技术，将基于电压补偿原理的串联型治理技术和基于电流补偿原理的并联型治理技术结合，组成了一个综合性的电能质量治理装备，既可以补偿非线性负载的不对称和谐波，也可以补偿电网电压的不对称谐波，既可以减少非线性负荷对电网带来的电能污染，也可以为重要敏感负荷提供高质量的电力供应，可以解决大部分的电能质量问题，具有非常开阔的市场前景。
但是，传统的UPQC也存在一些限制，同时随着敏感负荷的种类、数量迅速增多，配电网结构也日趋复杂，电能质量的治理技术方面提出更为严格的要求。从治理装置功率的方面考虑，目前敏感负荷的容量越来越大，电压等级也越来越高，传统的UPQC装置功率受到电力电子器件的开关频率和通流能力的限制，在大功率的应用场合中电能质量治理效果不佳；从治理装置可靠性、灵活性方面考虑，目前传统的UPQC装置拓扑结构固定，串联治理单元与并联治理单元功能单调，电能质量同时治理困难，若治理装置故障则敏感负荷的高质量的电力供应失效。
因此，研究一种新型的多电能质量治理装置的串、并联协调控制策略是实现高压、大容量、高可靠性和灵活性的有效手段之一，同时也可以较好的解决器件开关频率与容量之间的矛盾。
文献“多台并联型APF联合补偿协调控制”(杨振宇，赵剑锋，唐国庆.电力***及其自动化学报.2006,18(6):32-37.)中对多个并联型电能质量治理设备——有源电力滤波器装置的并联协调控制进行了研究，提出了多台有源电力滤波器的联合运行使用的控制方法，并通过控制实现了联合运行时的稳定性控制。此文献并没有对多个并联电能质量治理设备的功能复用进行研究，同时也没有串联型电能质量治理设备串并联联合运行的内容。
中国专利201310242709.8提出了一种SVG/APF并联运行的多机通信***及方法，该专利主要针对多台SVG/APF设备通过局域网设备之间进行通信，从而实现各并联设备之间的协调输出。此专利中没有对串、并联型式的电能质量装备提出拓扑结构方案，并且由于其设计的局限性，无法对多台治理设备的运行提出集中控制或分散控制的协调控制方式，同时也无法对多台治理设备提供不同的功能指令分配的控制方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有电能质量调节技术在多种类大容量敏感负荷应用场合的使用限制，立足于多个电能质量治理装置的串、并联拓扑结构优化和协同控制策略研究等问题，提出一种多电能质量治理装置协调控制***，本发明可以提高电能质量治理***的容量配置和补偿指标，同时也提高了电能质量治理***的可靠性和灵活性。
本发明电能质量治理装置协调控制***由多个电能质量治理装置构成，每个所述的电能质量治理装置含有串联型治理单元、并联型治理单元和中央控制器。其中串联型治理单元与并联型治理单元通过共用直流母线连接，中央控制器分别与串联型治理单元和并联型治理单元连接。多个电能质量治理装置联合运行使用时配有管理中心。管理中心与电能质量治理装置的中央控制器通信。所述的管理中心通过采集电网电压、负载电压和负载电流信息，判断电网电能质量问题，协调运行多个电能质量治理装置。
所述的电能质量治理装置安装在电网中重要敏感负荷或公共耦合点馈线的前端，为敏感负荷或整个馈线提供较高的电压质量，同时减少敏感负荷对电网的电力污染问题。
所述的电能质量治理装置可以是单相、三相三线制、三相四线或三相独立变流结构。
所述的电能质量治理装置由所述的串联型治理单元和所述的并联型治理单元共母线构成。所述的电能质量治理装置包括配置直流侧储能单元和不配置直流侧储能单元两种结构形式。直流侧储能单元与所述的串联型治理单元和所述的并联型治理单元共母线。不配置直流侧储能单元的电能质量治理设备在治理电能质量问题时，所需的能量通过电网侧或负载侧整流获得；配置直流侧储能单元的电能质量治理设备在治理电能质量问题时，所需的能量可以通过配置大容量电解电容、动力电池或超级电容器进行储能获得。
所述的电能质量治理装置与电网的连接方式包括直挂网、通过隔离变压器连接或者两种混合形式。
所述的电能质量治理装置中的串联型治理单元和并联型治理单元可由单个变流模块结构、或级联多变流模块，或者两者混合构成。单个变流模块通常由两桥臂至四桥臂的功率开关器件组成；级联多变流模块结构通常由多个单个变流模块串联构成。
所述的电能质量治理装置具有处理电压骤升、电压暂降、无功补偿、谐波污染，电压偏离，电压波动以及电压不平衡等电能质量问题的功能。
所述的串联型治理单元和所述的并联型治理单元的容量配置可以是相同的，也可以是容量配置不同的。
所述的电能质量治理装置中的串联型治理单元和并联型治理单元可以是先串后并形式，也可以是先并后串形式。
所述的中央控制器含有通信单元，所述的通信单元实现不同电能质量治理装置之间的协调通信。
所述的管理中心可以是独立的计算机或微处理器***，也可以是多个电能质量治理装置的其中一个或多个中央控制器。
所述的多个电能质量治理装置联合运行使用时以不同的串、并联拓扑结构连接。多个电能质量治理装置中，并联型治理单元和串联型治理单元的并网连接点以首尾相接，依次串联的方式协同运行。此种拓扑结构可以提高电能质量治理***补偿电压暂降的补偿深度，提高电能质量治理***的性能指标。
所述的多个电能质量治理装置联合运行使用时，是以不同的串、并联拓扑结构连接的，所述的多个并联型治理单元和所述的多个串联型治理单元的并网连接点可以分别以并联的方式协同运行。此种拓扑结构可以提高电能质量治理***的补偿容量，使得此***在大容量敏感负荷的电能质量治理时依然保持其性能指标。
所述的多个电能质量治理装置联合运行使用时，是以不同的串、并联拓扑结构连接的，所述的多个并联型治理单元的并网连接点并联接入电网，所述的多个串联型治理单元的并网连接点依次串联接入电网的方式协同运行。此种拓扑结构串联型治理单元的串联接入可以提高电能质量治理***补偿电压暂降的补偿深度，提高电能质量治理***的性能指标，同时并联型治理单元在公共耦合点的并联使用可以有效地提高电能质量治理***对电流无功、谐波的治理能力，并且避免了多个电能质量治理装置间的阻抗影响，提高了并联型治理单元的补偿容量和性能。
所述的多个电能质量治理装置的串并联使用能够提供不同的电能质量补偿方案，提高了整个电能质量治理***灵活性，同时，当某个电能质量治理装置失效时，其他电能质量治理装置依然可以正常工作，提高了***的可靠性。
所述的多个电能质量治理装置在联合运行使用时，所述的管理中心的协同控制策略可以采用均分补偿指令的控制方式，也可以采用按容量比分配的控制方式，也可以采用按容量限幅分配的控制方式，也可以采用按不同的补偿功能分配的控制方式。
所述的多个电能质量治理装置可以采取集中控制或分散控制方式，集中控制时管理中心根据电网***电能质量故障类型执行多个电能质量治理装置进行动作，分散控制时，每个电能质量治理装置根据电能质量故障类型自己判断并执行自身补偿动作，并通过慢速通信采用与补偿相互关联的多变量控制方法实现多个电能质量补偿装置的协调运行。
本发明一种多电能质量治理装置协调控制***，在电能质量治理方面具有多个优点：
1、本发明将多个电能质量治理装置通过串并联的方式进行组合，可以快速实现电能质量治理问题中大容量，高电压的需求；
2、本发明所提供的方案通过不同的串并联组合方式，可适应不同特点的负载场合，提高了***的适用性；
3、本发明所提供的方案中多个电能质量治理装置的协同控制可以实现多种电能质量治理装置的功能复用，增加了***的灵活性；
4、本发明所提供的方案中多个电能质量治理装置的协同控制可以实现多台装备的冗余备份，提高了***的可靠性。
附图说明
图1为传统统一电能质量调节器的常见拓扑结构图；
图2为本发明多电能质量治理装置协调控制***示意图；
图3为本发明的第一种串、并联拓扑结构图；
图4为本发明的第二种串、并联拓扑结构图；
图5为本发明的第三种串、并联拓扑结构图；
图6为本发明协调控制***集中控制结构图；
图7为本发明协调控制***分散控制结构图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图2所示，所述的本发明电能质量治理装置协调控制***由多个电能质量治理装置1构成。所述的电能质量治理装置1含有串联型治理单元11、并联型治理单元12和中央控制器13。其中串联型治理单元11与并联型治理单元12通过共用直流母线连接，中央控制器13与串联型治理单元11和并联型治理单元12连接。多个电能质量治理装置联合运行使用时，配有管理中心2，所述的管理中心2与所述的中央控制器13通信，所述的管理中心2通过采集电网电压、负载电压和负载电流信息判断电网电能质量问题，协调运行多个电能质量治理装置1。
所述的电能质量治理装置1可以是单相、三相三线制、三相四线或三相独立变流结构。
所述的电能质量治理装置1由所述的串联型治理单元11和所述的并联型治理单元12共母线构成。所述的电能质量治理装置1包括配置直流侧储能单元和不配置直流侧储能单元两种结构形式，所述的直流侧储能单元连接在共用直流母线上。
所述的电能质量治理装置1与电网的连接方式包括直挂网、通过隔离变压器连接或者两种混合形式。
所述的电能质量治理装置1中的串联型治理单元11和并联型治理单元12可以是单个变流模块结构，或级联多变流模块结构,或者两者混合形式。
所述的电能质量治理装置1具有处理电压骤升、电压暂降、无功补偿、谐波治理，电压偏离，电压波动以及不平衡补偿等功能。
所述的串联型治理单元11和所述的并联型治理单元12的容量配置可以相同，也可以不同。
所述的串联型治理单元11和并联型治理单元12的并网连接点可以先为串联型治理单元11后为并联型治理单元12的形式，也可以是先为并联型治理单元12后为串联型治理单元11的形式。
所述的中央控制器13含有通信单元，所述的通信单元与所述的管理中心2相连接，实现不同电能质量治理装置之间的协调通信。
所述的管理中心2可以是独立的计算机或微处理器***，也可以是多个电能质量治理装置1中的其中一个或多个中央控制器13。当管理中心2为独立的计算机或微处理器时，独立的计算机或微处理器通过采集电网电压、负载电压和负载电流信息，判断电网质量问题，协调运行多个电能质量治理装置1。当管理中心2为其中一个或多个中央控制器13时，通过采集电网电压、负载电压和负载电流信息，判断电网电能质量问题，协调运行多个电能质量治理装置1。
如图3所示，所述的第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20在以不同的串、并联拓扑结构运行时，所述的第一串联型治理单元101、所述的第一串联型治理单元102、第二串联型治理单元201、第二并联型治理单元202的并网连接点以首尾相接，依次串联，此种拓扑结构可以提高电能质量治理***补偿电压暂降的补偿深度，提高电能质量治理***的性能指标。
如图4所示，所述的第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20以不同的串、并联拓扑结构运行时，所述的第一并联型治理单元102与第二并联型治理单元202的并网连接点并联；且所述的第一串联型治理单元101与第二串联型治理单元201的并网连接点以并联的方式联合运行使用，此种拓扑结构可以提高电能质量治理***的补偿容量，使得次***在大容量敏感负荷的电能质量治理时，可以依然保持其性能指标。
如图5所示，所述的第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20以不同的串、并联拓扑结构运行时，所述的第一并联型治理单元102与第二并联型治理单元202的并网连接点并联接入电网公共耦合点，所述的第一串联型治理单元101和第二串联型治理单元201的并网连接点串联接入电网，以此方式联合运行使用，此种拓扑结构串联型治理单元的串联接入可以提高电能质量治理***补偿电压暂降的补偿深度，提高电能质量治理***的性能指标，同时并联型治理单元在公共耦合点的并联使用可以有效地提高电能质量治理***对电流无功、谐波的治理能力，并且避免了多个电能质量治理装置间的阻抗影响，提高了并联型治理单元的补偿容量和性能。
如图6所示，所述的第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20在联合运行使用时，所述的管理中心30采用集中控制的***协同控制策略。集中控制时，管理中心30采集电网电压、负载电压和负载电流信息判断电网电能质量问题，根据电网***电能质量故障类型控制第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20进行电能质量补偿、无功支撑或谐波治理等动作。
如图7所示，所述的第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20采取分散控制方式。分散控制时，第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20采集电网电压、负载电压和负载电流信息，判断电网电能质量问题，根据电能质量故障类型，第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20判断并执行自身电能质量补偿动作，不与管理中心30通讯，独立运行。
所述的第一电能质量治理装置10和第二电能质量治理设备20联合运行使用时，可以采用均分补偿指令的控制方式，也可以采用按容量比分配的控制方式，也可以采用按容量限幅分配的控制方式，也可以采用按不同的补偿功能分配的控制方式。

Claims (9)

1.一种多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：所述的电能质量治理装置协调控制***由多个电能质量治理装置(1)构成，安装在电网中重要敏感负荷或公共耦合点馈线的前端；每个所述的电能质量治理装置(1)含有串联型治理单元(11)、并联型治理单元(12)和中央控制器(13)；串联型治理单元(11)与并联型治理单元(12)通过共用直流母线连接，中央控制器(13)与串联型治理单元(11)及并联型治理单元(12)连接；多个电能质量治理装置(1)联合运行使用时配有管理中心(2)；所述的管理中心(2)与所述的中央控制器(13)通信，管理中心(2)通过采集电网电压、负载电压和负载电流信息判断电网电能质量问题，协调运行多个电能质量治理装置(1)。
2.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：所述的电能质量治理装置为单相或三相结构，由所述的串联型治理单元(11)和所述的并联型治理单元(12)共母线构成；所述的电能质量治理装置包括配置直流侧储能单元和不配置直流侧储能单元两种结构形式；所述的电能质量治理装置与电网的连接方式包括直挂网、通过隔离变压器连接或者两种混合形式；所述的电能质量治理装置包括单个变流模块结构、级联多变流模块结构或者两者混合形式；单个变流模块由两桥臂至四桥臂的功率开关器件组成；级联多变流模块结构由多个单个变流模块串联构成。
3.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：所述的中央控制器(13)含有通信单元，所述的通信单元实现不同电能质量治理装置之间的协调通信。
4.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：所述的管理中心为独立的计算机或微处理器***，或者是电能质量治理装置的中央控制器。
5.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：多个所述的电能质量治理装置以串、并联拓扑结构运行时，第一串联型治理单元(101)、第一串联型治理单元(102)、第二串联型治理单元(201)、第二并联型治理单元(202)的并网连接点首尾相接，依次串联。
6.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：多个所述的电能质量治理装置以串、并联拓扑结构运行时，第一并联型治理单元(102)与第二并联型治理单元(202)的并网连接点并联，且第一串联型治理单元(101)与第二串联型治理单元(201)的并网连接点并联。
7.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：多个所述的电能质量治理装置以串、并联拓扑结构运行时，所述的多个并联型治理单元的并网连接点并联接入电网公共耦合点，所述的多个串联型治理单元的并网连接点以串联接入电网的方式协同运行。
8.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：多个所述的电能质量治理装置采取集中控制方式时，管理中心(2)根据电网***电能质量故障类型控制多个电能质量治理装置的补偿动作；多个所述的电能质量治理装置采取分散控制方式时，每个电能质量治理装置根据电能质量故障类型判断并执行自身补偿动作。
9.根据权利要求1所述的多电能质量治理装置协调控制***，其特征在于：多个所述的电能质量治理装置联合运行时，采用均分补偿指令的控制方式，或按容量比分配的控制方式，或按容量限幅分配的控制方式，或采用按不同的补偿功能分配的控制方式。
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