CN114759566B - 一种电网电压恢复装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能电网领域，具体涉及一种电网电压恢复装置及其控制方法，其在供电电源跌落或中断时，能通过该电压恢复装置的两组电压源换流器，第一电源侧电压源换流器和第二电源侧电压源换流器分别从主供电源或备用电源取得充电电源，保证直流***能够稳定运行。该电压恢复装置不仅能够实现任意跌落深度的电压暂降补偿，而且可以解决长时间电压中断问题，解决了传统DVR和SSTS设备供电时间短或切换过渡时间过长等问题。

Description

一种电网电压恢复装置及其控制方法
技术领域
本发明属于智能电网领域，特别涉及一种电网电压恢复装置及其控制方法。
背景技术
随着现代化加工工艺精密度的越来越高，特别是在芯片加工、汽车制造、PLC控制、精密仪器等敏感负荷日益增加，电网电压暂降和中断的危害问题变得越来越突出。电压暂降、中断会导致敏感负荷发生故障、停运、损坏等种种问题，给企业带来巨大经济损失。按照电气与电子工程师协会IEEE的定义，电压暂降是指工频条件下电压均方根值减小到0.1～0.9pu额定电压之间、持续时间为0.5周波(以我国工频50HZ算，1周波是20ms)至1min的短时间电压变动现象。电压中断则是指电压跌落至0.1pu额定电压以内。对于敏感负荷，电压暂降、中断的时间越长，深度越大，对设备的危害就越严重。
在现有技术中，普遍是通过动态电压恢复器(DVR)和固态双路电源切换开关(SSTS)来解决***电压暂降和供电中断问题，提高供电可靠性，但是都存在一定的问题和不足之处。
动态电压恢复器(DVR)串联在电源和敏感负荷之间，***电压正常时，DVR旁路；***电压跌落或短时中断时，DVR以ms级的速度断开电源并由自身储能电源为负荷供电，保证负荷供电的连续性。其主要缺点是补偿时间短，即使采用超级电容，在大功率应用场合，其供电时间也仅为几百ms或数s，对长时间的暂降或电压中断无能为力，如果要长时间供电则需匹配超大容量蓄电池和大功率散热***，经济效益直线下降。
固态双路电源切换开关(SSTS)由晶闸管阀组和快速机械开关构成，检测到电压暂降或中断后，SSTS快速开关和阀体按照既定逻辑动作，实现两路电源的切换，在一定程度上缓解电压暂降和中断问题。SSTS控制逻辑复杂，切换速度慢，即使采用快速机械开关，其响应速度也很难做到15ms以内，对于很多敏感负荷来说，如此长切换时间已经产生难以挽回的经济损失，另外，SSTS装置对两路电源的要求很高，既要求两路相互独立，又要求幅值、相位差尽量小，一般配电网络很难得到同时满足上述苛刻要求的两路电源。受限于上述缺点和不足，SSTS装置目前工程应用较少。
因此，为了适应智能电网的发展需要，有必要提出一种电压恢复装置能够保证供电可靠性、避免电压暂降、中断对敏感负荷的影响。
发明内容
本发明提出一种电网电压恢复装置及其控制方法，其在供电电源跌落或中断时，能通过该电压恢复装置的两组电压源换流器，第一电源侧电压源换流器和第二电源侧电压源换流器分别从主供电源或备用电源取得充电电源，保证直流***能够稳定运行。该电压恢复装置不仅能够实现任意跌落深度的电压暂降补偿，而且可以解决长时间电压中断问题，解决了传统DVR和SSTS设备供电时间短或切换过渡时间过长等问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种电网电压恢复装置，该电压恢复装置为三相低压设备，采用第一电源和第二电源双路电源供电，输出侧为三相敏感负荷，其包括主回路以及控制回路；其中所述主回路包括第一电源侧晶闸管旁路阀(10)、第二电源侧晶闸管旁路阀(11)、第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)、第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)、直流正极母线(16)、直流负极母线(17)、直流支撑电容器(18)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)、负荷侧电压源换流器的电抗器(20)；所述控制回路包括多路交直流电压信号检测单元(21)、交流电流信号检测单元(22)、第一状态控制开关K1(23)、第二状态控制开关K2(24)、第三状态控制开关K3(25)、逻辑控制及信号调制***(26)。
进一步的，第一电源侧接入后分为两路，其中一路通过第一电源侧晶闸管旁路阀(10)连接至输出侧接入三相敏感负荷，另一路通过第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)、第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、直流正极母线(16)、直流负极母线(17)、直流支撑电容器(18)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)、负荷侧电压源换流器的电抗器(20)连接至输出侧接入三相敏感负荷；第二电源侧接入后同样分为两路，其中一路通过第二电源侧晶闸管旁路阀(11)连接至输出侧接入三相敏感负荷，另一路通过第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)、直流负极母线(17)、直流支撑电容器(18)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)、负荷侧电压源换流器的电抗器(20)连接至输出侧接入三相敏感负荷。
进一步的，所述第一电源侧晶闸管旁路阀(10)包括第一晶闸管T11、第二晶闸管T12、第三晶闸管T13、第四晶闸管T14、第五晶闸管T15、第六晶闸管T16，其中第一晶闸管T11和第二晶闸管T12正反逆并联后接于第一电源的A相、第三晶闸管T13和第四晶闸管T14正反逆并联后接于第一电源的B相、第五晶闸管T15和第六晶闸管T16正反逆并联后接于第一电源的C相。
进一步的，所述第二电源侧晶闸管旁路阀(11)包括第七晶闸管T21、第八晶闸管T22、第九晶闸管T23、第十晶闸管T24、第十一晶闸管T25、第十二晶闸管T26，其中第七晶闸管T21和第八晶闸管T22正反逆并联后接于第二电源的A相、第九晶闸管T23和第十晶闸管T24正反逆并联后接于第二电源的B相、第十一晶闸管T25和第十二晶闸管T26正反逆并联后接于第二电源的C相。
进一步的，所述第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)由第一电抗器La1、第二电抗器Lb1、第三电抗器Lc1组成。
进一步的，所述第一电源侧电压源换流器VSC1(13)由采用三相桥式接线方式连接的六组可关断器件及与其反向并联的二极管构成，其包括第一可关断器件V11、第二可关断器件V12、第三可关断器件V13、第四可关断器件V14、第五可关断器件V15、第六可关断器件V16；其中，第一可关断器件V11和第四可关断器件V14串联，第三可关断器件V13和第六可关断器件V16串联，第二可关断器件V12和第五可关断器件V15串联，第一可关断器件V11、第三可关断器件V13、第五可关断器件V15的集电极连接在一起，第二可关断器件V12、第四可关断器件V14、第六可关断器件V16的发射极连接在一起。
进一步的，所述第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)由第四电抗器La2、第五电抗器Lb2、第六电抗器Lc2组成。
进一步的，所述第二电源侧电压源换流器VSC2(15)由采用三相桥式接线方式连接的六组可关断器件及与其反向并联的二极管构成，其包括第七可关断器件V21、第八可关断器件V22、第九可关断器件V23、第十可关断器件V24、第十一可关断器件V25、第十二可关断器件V26，其中，第七可关断器件V21和第十可关断器件V24串联，第九可关断器件V23和第十二可关断器件V26串联，第八可关断器件V22和第十一可关断器件V25串联，第七可关断器件V21、第九可关断器件V23、第十一可关断器件V25的集电极连接在一起，第八可关断器件V22、第十可关断器件V24、第十二可关断器件V26的发射极连接在一起。
进一步的，所述负荷侧电压源换流器VSC3(19)由采用三相桥式接线方式连接的六组可关断器件及与其反向并联的二极管构成，其包括第十三可关断器件V31、第十四可关断器件V32、第十五可关断器件V33、第十六可关断器件V34、第十七可关断器件V35、第十八可关断器件V36；其中，第十三可关断器件V31和第十六可关断器件V34串联，第十五可关断器件V33和第十八可关断器件V36串联，第十七可关断器件V35和第十四可关断器件V32串联，第十三可关断器件V31、第十五可关断器件V33、第十七可关断器件V35的集电极连接在一起，第十六可关断器件V34、第十八可关断器件V36、第十四可关断器件V32的发射极连接在一起。
进一步的，所述负荷侧三相桥式电压源换流器连接电抗器(20)由第七电抗器La3、第八电抗器Lb3、第九电抗器Lc3组成。
进一步的，所述多路交直流电压信号检测单元(21)输入信号为第一电源侧电压Ua1、Ub1、Uc1，第二电源侧电压Ua2、Ub2、Uc2，以及直流母线电压Udc，输出信号为第一电源侧电压有效值U1rms和相位θ1,第二电源侧电压有效值U2rms和相位θ2,直流母线电压Udc，输出信号连接至逻辑控制及信号调制***(26)；交流电流信号检测单元(22)输入信号为负荷侧三相电流Ia、Ib、Ic，输出信号为负荷侧电流有效值Irms，输出信号接至逻辑控制及信号调制***(26)；第一状态控制开关K1(23)、第二状态控制开关K2(24)、第三状态控制开关K3(25)接入逻辑控制及信号调制***(26)；逻辑控制及信号调制***(26)输出的第1组信号S1作为第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的触发信号，第2组信号S2作为第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的触发信号，第3组信号S3作为第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的触发信号，第4组信号S4作为第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的触发信号，第5组信号S5作为负荷侧电压源换流器VSC3(19)的触发信号。
进一步的，还包括第一断路器串联接入第一电源进线侧，第二断路器串联接入第二电源进线侧，第三断路器串联接入装置补偿出线侧，第四断路器两端跨接于第一电源进线侧和负荷出线侧之间，第五断路器两端跨接于第二电源进线侧和负荷出线侧之间。
进一步的，所述第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器以及第五断路器为机械旁路或检修开关，在装置内部异常或检修时将装置退出并实现电气隔离。
一种电网电压恢复装置的控制方法，其包括：步骤1，当第一电源正常时，逻辑控制及信号调制***(26)输出的第一组信号S1有效，第一电源侧晶闸管旁路阀(10)持续导通，双方向通流，由第一电源为负荷供电；步骤2，当第一电源侧电压有效值U1rms低于交流电压暂降定值Uacset时，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)快速关断，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电；步骤3，缓慢调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制目标，使其电压幅值、相位跟踪第二电源，当负荷侧电压源换流器VSC3(19)与第二电源的相位差、幅值差均在一定范围以内时，由第二电源为负荷供电；步骤4，当第一电源侧电压有效值U1rms高于交流电压暂降定值Uacset时，使第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断，经过固定延时Δt后，逻辑控制及信号调制***发出第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通信号，由第一电源为负荷提供电力。
进一步的，其中步骤2进一步包括：步骤21，使第一组信号S1失效，撤销第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的晶闸管触发脉冲，准备隔离第一电源；步骤22，输出第五组信号S5，启动负荷侧电压源换流器VSC3(19)，首先执行第1控制策略，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)快速关断，经过固定延时Δt后进入步骤23；步骤23，调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第一电源一致，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电。
进一步的，步骤2还包括：步骤24，当第一电源电压恢复时，即当第一电源侧电压有效值U1rms不低于交流电压暂降定值Uacset时，则直接跳转到步骤4；步骤25，当第一电源侧电压有效值U1rms低于交流电压暂降定值Uacset时，第二电源侧电压有效值U2rms大于交流电压暂降定值Uacset时，直流母线电压Udc降低至定值Udcset1以下，或负荷侧电压源换流器VSC3(19)工作时间达到定值Tset，进入步骤3。
进一步的，步骤3进一步包括：步骤31：缓慢调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制目标，使其电压幅值、相位跟踪第二电源；步骤32：当负荷侧电压源换流器VSC3(19)与第二电源的相位差、幅值差均在一定范围以内时，逻辑控制及信号调制***发出第二电源侧晶闸管旁路阀(11)导通信号，同时断开第五组信号S5，使负荷侧电压源换流器VSC3(19)停止工作，改由第二电源为负荷供电。
进一步的，步骤3还进一步包括：步骤33：负荷由第二电源供电且当第一电源电压恢复后，即当第一电源侧电压有效值U1rms不低于交流电压暂降定值Uacset时，进入步骤4。
进一步的，步骤4还进一步包括：步骤41：使第二组信号S2失效，撤销第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的晶闸管触发脉冲，准备隔离第二电源；步骤42：输出第五组信号S5，启动负荷侧电压源换流器VSC3(19)，首先执行第1控制策略，使第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断，经过固定延时Δt后进入步骤43；步骤43：调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与电源2一致，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电，经过固定延时Δt后进入步骤44；步骤44：调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第一电源一致；步骤45：当负荷侧电压源换流器VSC3(19)相位与第一电源的相位、幅值差均在一定范围以内时，逻辑控制及信号调制***发出第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通信号，同时断开第五组信号S5，使负荷侧电压源换流器VSC3(19)停止工作，仍由第一电源为负荷提供电力。
进一步的，当直流母线电压Udc低于充电定值Udcset2时，比较第一电源侧电压有效值U1rms和第二电源侧电压有效值U2rms；当第一电源侧电压有效值U1rms大于或等于第二电源侧电压有效值U2rms时，输出第三组信号S3，启动第一电源侧电压源换流器VSC1(13)；当第一电源侧电压有效值U1rms小于第二电源侧电压有效值U2rms时，启动第二电源侧电压源换流器VSC2(15)工作；当直流母线电压Udc达到停止充电定值Udcset3后，停止第三组信号S3或第四组信号S4，使对应的第一电源侧电压源换流器VSC1(13)或第二电源侧电压源换流器VSC2(15)停止工作。
与现有技术相比，本发明优点在于：
1.本发明不仅能够实现任意跌落深度的电压暂降补偿，而且可以解决长时间电压中断问题，解决了传统DVR和SSTS设备供电时间短或切换过渡时间过长等问题。
2.供电电源跌落或中断时，本装置通过两组电压源换流器分别从主供电源或备用电源取得充电电源，保证直流***稳定，因此本装置不需要大容量的储能装置，直流环节仅需要小容量的支撑电容器即可工作，降低了装置的尺寸、重量和成本。
3.本发明的三组电压源换流器均无需长时间连续运行工况，其中电源侧第一电压源换流器和第二电压源换流器仅在直流支撑电容器充电期间短时工作，负荷侧电压源换流器VSC3仅在主供电源电压暂降或双路电源切换期间短时工作，通流时间短，发热量小，可以降低冷却***容量及成本。
4.本发明采用快速切换策略，晶闸管旁路阀快速、强制关断，从而在快速隔离故障电源的同时转由负荷侧电压源换流器VSC3为负荷供电，响应速度快，停电时间短，避免了电压暂降、中断对敏感负荷的影响。
5.本发明实时检测第一电源、第二电源的幅值、相位，保证负荷侧电压源换流器VSC3与第一电源、第二电源切换供电时，其相序、相位近似一致，不会产生切换冲击，减轻了电源切换对敏感负荷的影响。
6.通过负荷侧电压源换流器VSC3的过渡策略降低了双路电源要求，本装置对两路电源的电压幅值差、频率差、相序差、相位差均无要求，降低了工程实施难度。
附图说明
图1是本发明电气主接线图；
图2是本发明控制***信号接线图；
图3是本发明优选实施的工作流程示意图；
图4是第一电源侧电压源换流器以及第二电源侧电压源换流器工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详述：
如图1和图2所示：
本发明公开了一种电网电压恢复装置，该电压恢复装置为三相低压设备，采用第一电源和第二电源双路电源供电，输出侧为三相敏感负荷，其包括主回路以及控制回路。
主回路包括第一电源侧晶闸管旁路阀(10)、第二电源侧晶闸管旁路阀(11)、第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)、第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)、直流正极母线(16)、直流负极母线(17)、直流支撑电容器(18)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)、负荷侧电压源换流器的电抗器(20)。
控制回路包括多路交直流电压信号检测单元(21)、交流电流信号检测单元(22)、第一状态控制开关K1(23)、第二状态控制开关K2(24)、第三状态控制开关K3(25)、以及逻辑控制及信号调制***(26)。
进一步的，第一电源侧接入后分为两路，其中一路通过第一电源侧晶闸管旁路阀(10)连接至输出侧接入三相敏感负荷，另一路通过第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)、第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、直流正极母线(16)、直流负极母线(17)、直流支撑电容器(18)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)、负荷侧电压源换流器的电抗器(20)连接至输出侧接入三相敏感负荷；第二电源侧接入后同样分为两路，其中一路通过第二电源侧晶闸管旁路阀(11)连接至输出侧接入三相敏感负荷，另一路通过第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)、直流负极母线(17)、直流支撑电容器(18)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)、负荷侧电压源换流器的电抗器(20)连接至输出侧接入三相敏感负荷。
在一个实施例中，所述第一电源侧晶闸管旁路阀(10)包括第一晶闸管T11、第二晶闸管T12、第三晶闸管T13、第四晶闸管T14、第五晶闸管T15、第六晶闸管T16，其中第一晶闸管T11和第二晶闸管T12正反逆并联后接于第一电源的A相、第三晶闸管T13和第四晶闸管T14正反逆并联后接于第一电源的B相、第五晶闸管T15和第六晶闸管T16正反逆并联后接于第一电源的C相。
在一个实施例中，所述第二电源侧晶闸管旁路阀(11)包括第七晶闸管T21、第八晶闸管T22、第九晶闸管T23、第十晶闸管T24、第十一晶闸管T25、第十二晶闸管T26，其中第七晶闸管T21和第八晶闸管T22正反逆并联后接于第二电源的A相、第九晶闸管T23和第十晶闸管T24正反逆并联后接于第二电源的B相、第十一晶闸管T25和第十二晶闸管T26正反逆并联后接于第二电源的C相。
在一个实施例中，所述第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)由第一电抗器La1、第二电抗器Lb1、第三电抗器Lc1组成。
在一个实施例中，所述第一电源侧电压源换流器VSC1(13)由采用三相桥式接线方式连接的六组可关断器件及与其反向并联的二极管构成，其包括第一可关断器件V11、第二可关断器件V12、第三可关断器件V13、第四可关断器件V14、第五可关断器件V15、第六可关断器件V16；其中，第一可关断器件V11和第四可关断器件V14串联，第三可关断器件V13和第六可关断器件V16串联，第二可关断器件V12和第五可关断器件V15串联，第一可关断器件V11、第三可关断器件V13、第五可关断器件V15三个器件的集电极连接在一起，第二可关断器件V12、第四可关断器件V14、第六可关断器件V16三个器件的发射极连接在一起。
在一个实施例中，所述第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)由第四电抗器La2、第五电抗器Lb2、第六电抗器Lc2组成。
在一个实施例中，所述第二电源侧电压源换流器VSC2(15)由采用三相桥式接线方式连接的六组可关断器件及与其反向并联的二极管构成，其包括第七可关断器件V21、第八可关断器件V22、第九可关断器件V23、第十可关断器件V24、第十一可关断器件V25、第十二可关断器件V26，；其中，第七可关断器件V21和第十可关断器件V24串联，第九可关断器件V23和第十二可关断器件V26串联，第八可关断器件V22和第十一可关断器件V25串联，第七可关断器件V21、第九可关断器件V23、第十一可关断器件V25的集电极连接在一起，第八可关断器件V22、第十可关断器件V24、第十二可关断器件V26的发射极连接在一起。
在一个实施例中，所述负荷侧电压源换流器VSC3(19)由采用三相桥式接线方式连接的六组可关断器件及与其反向并联的二极管构成，其包括第十三可关断器件V31、第十四可关断器件V32、第十五可关断器件V33、第十六可关断器件V34、第十七可关断器件V35、第十八可关断器件V36；其中，第十三可关断器件V31和第十六可关断器件V34串联，第十五可关断器件V33和第十八可关断器件V36串联，第十七可关断器件V35和第十四可关断器件V32串联，第十三可关断器件V31、第十五可关断器件V33、第十七可关断器件V35的集电极连接在一起，第十六可关断器件V34、第十八可关断器件V36、第十四可关断器件V32的发射极连接在一起。
在一个实施例中，所述负荷侧三相桥式电压源换流器连接电抗器(20)由第七电抗器La3、第八电抗器Lb3、第九电抗器Lc3组成。
在一个实施例中，该多路交直流电压信号检测单元(21)输入信号为第一电源侧电压Ua1、Ub1、Uc1，第二电源侧电压Ua2、Ub2、Uc2，以及直流母线电压Udc，输出信号为第一电源侧电压有效值U1rms和相位θ1,第二电源侧电压有效值U2rms和相位θ2,直流母线电压Udc，输出信号连接至逻辑控制及信号调制***(26)；交流电流信号检测单元(22)输入信号为负荷侧三相电流Ia、Ib、Ic，输出信号为负荷侧电流有效值Irms，输出信号接至逻辑控制及信号调制***(26)；第一状态控制开关K1(23)、第二状态控制开关K2(24)、第三状态控制开关K3(25)接入逻辑控制及信号调制***(26)；逻辑控制及信号调制***(26)输出的第1组信号S1作为第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的触发信号，第2组信号S2作为第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的触发信号，第3组信号S3作为第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的触发信号，第4组信号S4作为第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的触发信号，第5组信号S5作为负荷侧电压源换流器VSC3(19)的触发信号。
在一个实施例中，本发明所公开的电网电压恢复装置还包括第一断路器串联接入第一电源进线侧，第二断路器串联接入第二电源进线侧，第三断路器串联接入装置补偿出线侧，第四断路器两端跨接于第一电源进线侧和负荷出线侧之间，第五断路器两端跨接于第二电源进线侧和负荷出线侧之间。
在一个优选实施例中，所述第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器以及第五断路器为机械旁路或检修开关，在装置内部异常或检修时将装置退出并实现电气隔离。
如图1所示，第一电源的A相、B相、C相分别和第一电源侧A相接线端子(1)、第一电源侧B相接线端子(2)、第一电源侧C相接线端子(3)相连，其接线端子处的电压分别为Ua1、Ub1、Uc1。第二电源的A相、B相、C相分别和本发明装置第二电源侧A相接线端子(4)、第二电源侧B相接线端子(5)、第二电源侧C相接线端子(6)相连，其接线端子处的电压分别为Ua2、Ub2、Uc2。负荷的A相、B相、C相分别和装置负荷侧A相接线端子(7)、负荷侧B相接线端子(8)、负荷侧C相接线端子(9)相连，其接线端子处的电压分别为Ua3、Ub3、Uc3。
第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的第一晶闸管T11的阳极与第一电源侧A相接线端子(1)连接，第三晶闸管T13的阳极与第一电源侧B相接线端子(2)连接，第五晶闸管T15的阳极与第一电源侧C相接线端子(3)连接，第一晶闸管T11的阴极与负荷侧A相接线端子(7)连接，第三晶闸管T13的阴极与负荷侧B相接线端子(8)连接，第五晶闸管T15的阴极与负荷侧C相接线端子(9)连接。
第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的第七晶闸管T21的阳极与第二电源侧A相接线端子(4)连接，第九晶闸管T23的阳极与第二电源侧B相接线端子(5)连接，第十一晶闸管T25的阳极与第二电源侧C相接线端子(6)连接，第七晶闸管T21的阴极与负荷侧A相接线端子(7)连接，第九晶闸管T23的阴极与负荷侧B相接线端子(8)连接，第十一晶闸管T25的阴极与负荷侧C相接线端子(9)连接。
第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)的第一电抗器La1标“*”侧端子与第一电源侧A相接线端子(1)连接，另一侧与第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的电气节点Ua4连接，第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)的第二电抗器Lb1标“*”侧端子与第一电源侧B相接线端子(2)连接，另一侧与第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的电气节点Ub4连接，第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)的第三电抗器Lc1标“*”侧端子与第一电源侧C相接线端子(3)连接，另一侧与第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的电气节点Uc4连接。
第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的电气节点Ua4、Ub4、Uc4分别与第一电源侧电压源换流器的电抗器(12)中的第一电抗器La1、第二电抗器Lb1、第三电抗器Lc1连接，共集电极电气节点接至直流正极母线B+(16)、共发射极电气节点接至直流负极母线B-(17)。
第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)的第四电抗器La2标“*”侧端子与第二电源侧A相接线端子(4)连接，另一侧与第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的电气节点Ua5连接，第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)的第五电抗器Lb2标“*”侧端子与第二电源侧B相接线端子(5)连接，另一侧与第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的电气节点Ub5连接，第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)的第六电抗器Lc2标“*”侧端子与第二电源侧C相接线端子(6)连接，另一侧与第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的电气节点Uc5连接。
第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的电气节点Ua5、Ub5、Uc5分别与第二电源侧电压源换流器的电抗器(14)中的第四电抗器La2、第五电抗器Lb2、第六电抗器Lc2连接，共集电极电气节点接至直流正极母线B+(16)、共发射极电气节点接至直流负极母线B-(17)。
负荷侧电压源换流器的电抗器(20)的第七电抗器La3标“*”侧端子与负荷侧A相接线端子(7)连接，另一侧与负荷侧电压源换流器VSC3(19)的电气节点Ua6连接，负荷侧电压源换流器的电抗器(20)的第八电抗器Lb3标“*”侧端子与负荷侧B相接线端子(8)连接，另一侧与负荷侧电压源换流器VSC3(19)的电气节点Ub6连接，负荷侧电压源换流器的电抗器(20)的第九电抗器Lc3标“*”侧端子与负荷侧C相接线端子(9)连接，另一侧与负荷侧电压源换流器VSC3(19)的电气节点Uc6连接。
负荷侧电压源换流器VSC3(19)的电气节点Ua6、Ub6、Uc6分别与负荷侧电压源换流器的电抗器(20)中的第七电抗器La3、第八电抗器Lb3、第九电抗器Lc3连接，共集电极电气节点接至直流正极母线B+(16)、共发射极电气节点接至直流负极母线B-(17)。
直流支撑电容器C(18)分别与直流正极母线B+(16)和直流负极母线B-(17)相连，对应电气接线端子分别标记为“+”和“-”，其两端的电压为Udc。
如图2所示，多路交直流电压信号检测单元(21)输入信号为第一电源侧电压Ua1、Ub1、Uc1，第二电源侧电压Ua2、Ub2、Uc2，以及直流母线电压Udc，输出信号为第一电源侧电压有效值U1rms和相位θ1，第二电源侧电压有效值U2rms和相位θ2，直流母线电压Udc，输出信号连接至逻辑控制及信号调制***(26)；交流电流信号检测单元(22)输入信号为负荷侧三相电流Ia、Ib、Ic，输出信号为负荷侧电流有效值Irms，输出信号接至逻辑控制及信号调制***(26)；第一状态控制开关K1(23)、第二状态控制开关K2(24)、第三状态控制开关K3(25)接入逻辑控制及信号调制***(26)；逻辑控制及信号调制***(26)输出的第1组信号S1作为第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的触发信号，第2组信号S2作为第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的触发信号，第3组信号S3作为第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的触发信号，第4组信号S4作为第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的触发信号，第5组信号S5作为负荷侧电压源换流器VSC3(19)的触发信号。
多路交直流电压信号检测单元(21)输入信号为第一电源侧电压Ua1、Ub1、Uc1，第二电源侧电压Ua2、Ub2、Uc2，以及直流母线电压Udc，输出信号为第一电源侧电压有效值U1rms和相位θ1，第二电源侧电压有效值U2rms和相位θ2，直流母线电压Udc。输出信号全部接至逻辑控制及信号调制***(26)。
交流电流信号检测单元(22)输入信号为负荷侧三相电流Ia、Ib、Ic，输出信号负荷侧电流有效值Irms，输出信号接至逻辑控制及信号调制***(26)。
“投入电源1”第一状态控制开关K1(23)、“投入补偿”第二状态控制开关K2(24)、“退出补偿”第三状态控制开关K3(25)全部接入逻辑控制及信号调制***(26)。
逻辑控制及信号调制***(26)输出的第1组信号S1作为第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的触发信号，第2组信号S2作为第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的触发信号，第3组信号S3作为第一电源侧电压源换流器VSC1(13)的触发信号，第4组信号S4作为第二电源侧电压源换流器VSC2(15)的触发信号，第5组信号S5作为负荷侧电压源换流器VSC3(19)的触发信号。
该电压恢复装置的工作原理如下：当第一断路器QF1、第一断路器QF2、第三断路器QF3、第五断路器QF5断开，第四断路器QF4闭合时，装置进入检修隔离状态，且由第一电源为负荷供电；当第一断路器QF1、第二断路器QF2、第三断路器QF3、第四断路器QF4断开，第五断路器QF5闭合时，装置进入检修隔离状态，且由第二电源为负荷供电；当第一断路器QF1、第二断路器QF2、第三断路器QF3闭合，第四断路器QF4、第五断路器QF5断开，可使装置退出检修隔离、进入工作状态。
当第一控制开关K1(23)断开时，“投入电源1”状态无效，此时无论第二控制开关K2(24)处于何种状态，逻辑控制及信号调制***(26)输出的五组控制信号S1、S2、S3、S4、S5全部无效。装置停止电压暂降及电压中断补偿功能，且停止对敏感负荷的供电。
当第一控制开关K1(23)闭合、且第二控制开关K2(24)断开时，“投入电源1”状态有效、“投入补偿”状态无效，逻辑控制及信号调制***(26)输出的第一组信号S1有效，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通，敏感负荷由第一电源供电，但装置停止电压暂降及中断补偿功能，逻辑控制及信号调制***(26)输出的另外四组控制信号S2、S3、S4、S5全部无效。
当第一控制开关K1(23)、第二控制开关K2(24)同时闭合时，“投入电源1”状态有效、“投入补偿”状态有效，逻辑控制及信号调制***(26)按照既定逻辑和策略工作，输出相应的五组控制信号S1、S2、S3、S4、S5，敏感负荷由第一电源供电，且装置投入电压暂降及电压中断补偿功能。
为了避免第一电源和第二电源并列运行，逻辑控制及信号调制***(26)输出的第1组控制信号S1和第2组控制信号S2做互锁逻辑控制，即第1组控制信号S1和第2组控制信号S2不能同时有效；为了避免第一电源侧电压源换流器VSC1(13)和第二电源侧电压源换流器VSC2(15)并列运行，逻辑控制及信号调制***(26)输出的第3组控制信号S3和第4组控制信号S4做互锁控制，即第3组控制信号S3和第4组控制信号S4不能同时有效。
逻辑控制及信号调制***(26)输出的第1组控制信号S1和第2组控制信号S2为通断信号，高电平对应晶闸管导通、低电平对应晶闸管关断；逻辑控制及信号调制***(26)输出的第3组控制信号S3、第4组控制信号S4、第5组控制信号S5均采用PWM调制波。优选地，推荐采用SVPWM调制波。
第一电源侧电压源换流器VSC1(13)采用dq解耦控制方法，外环d轴控制目标为直流母线电压Udc，外环q轴控制目标为无功电流(或功率)为0。第一电源侧电压源换流器VSC1(13)作为同步整流器使用，将第一电源的交流电流转换为直流充电电流，为支撑电容C(18)充电，使直流母线电压Udc达到目标值，同时功率因数近似为1，最大限度减少无功需求。
第二电源侧电压源换流器VSC2(15)同样采用dq解耦控制方法，外环d轴控制目标为直流母线电压Udc，外环q轴控制目标为无功电流(或功率)为0。第二电源侧电压源换流器VSC2(15)也作为同步整流器使用，将第二电源的交流电流转换为直流充电电流，为支撑电容C(18)充电，使直流母线电压Udc达到目标值，同时功率因数近似为1，最大限度减少无功需求。
负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制策略划包含两种，第一控制策略是使当前工作第一电源侧晶闸管旁路阀(10)或第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断。优选的办法是输出矩形波，对应相负荷电流为正方向时，负荷侧电压源换流器VSC3(19)对应相上管导通，对应相负荷电流为负方向时，负荷侧电压源换流器VSC3(19)对应相下管导通，使晶闸管承受反压快速关断；第二控制策略是采用dq解耦控制方法，外环d轴控制目标为交流母线电压的d轴分量Ud达到目标值，外环q轴控制目标为交流母线电压的q轴分量为0，坐标变换的相位角θ以及电压Ud目标值在不同的工作阶段，可以与第一电源保持一致，也可以与第二电源保持一致。负荷侧电压源换流器VSC3(19)作为逆变器使用，输出电压幅值、频率可控的三相交流电压，为敏感负荷连续供电。
第一电源侧晶闸管旁路阀(10)、第二电源侧晶闸管旁路阀(11)、负荷侧电压源换流器VSC3(19)按照以下流程工作。
准备工作：装置的第一电源三相接线端子分别接入第一电源的A相、B相和C相，其电压信号Ua1、Ub1、Uc1接入多路交直流电压信号检测单元21进行处理后输出第一电源侧电压有效值U1rms及其相位角θ1；装置的第二电源三相接线端子分别接入第二电源的A相、B相和C相，其电压信号Ua2、Ub2、Uc2接入多路交直流电压信号检测单元(21)进行处理后输出第二电源的电压有效值U2rms及其相位角θ2；敏感负荷的A相、B相和C相分别与装置的三相输出端子进行连接，其电流信号Ia、Ib、Ic接入交流电流信号检测单元(22)进行处理后输出负荷有效值Irms。第一断路器QF1、第二断路器QF2、第三断路器QF3闭合，第四断路器QF4、第五断路器QF5断开，使装置退出检修隔离状态。闭合第一状态控制开关K1(23)、第二状态控制开关K2(24)，打开第三状态控制开关K3(25)，设备启动且投入补偿。
如图3所示优选的应用于上述电压恢复装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，当第一电源正常时，逻辑控制及信号调制***(26)输出的第一组信号S1有效，第一电源侧晶闸管旁路阀(10)持续导通，双方向通流，由第一电源为负荷供电；步骤2，当第一电源侧电压有效值U1rms低于交流电压暂降定值Uacset时，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)快速关断，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电；步骤3，缓慢调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制目标，使其电压幅值、相位跟踪第二电源，当负荷侧电压源换流器VSC3(19)与第二电源的相位差、幅值差均在一定范围以内时，由第二电源为负荷供电；步骤4，当第一电源侧电压有效值U1rms高于交流电压暂降定值Uacset时，使第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断，经过固定延时Δt后，逻辑控制及信号调制***(26)发出第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通信号，由第一电源为负荷提供电力。
在一个实施例中，其中步骤2进一步包括：步骤21，使第一组信号S1失效，撤销第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的晶闸管触发脉冲，准备隔离第一电源；步骤22，输出第五组信号S5，启动负荷侧电压源换流器VSC3(19)，首先执行第1控制策略，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)快速关断，经过固定延时Δt后进入步骤23；步骤23，调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第一电源一致，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电。
在一个实施例中，步骤2还包括：步骤24，当第一电源电压恢复时，即当第一电源侧电压有效值U1rms不低于交流电压暂降定值Uacset时，则直接跳转到步骤4；步骤25，当第一电源侧电压有效值U1rms低于交流电压暂降定值Uacset时，第二电源侧电压有效值U2rms大于交流电压暂降定值Uacset时，直流母线电压Udc降低至定值Udcset1以下，或负荷侧电压源换流器VSC3(19)工作时间达到定值Tset，进入步骤3。
在一个实施例中，步骤3还包括：步骤31：缓慢调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制目标，使其电压幅值、相位跟踪第二电源；步骤32：当负荷侧电压源换流器VSC3(19)与第二电源的相位差、幅值差均在一定范围以内时，逻辑控制及信号调制***(26)发出第二电源侧晶闸管旁路阀(11)导通信号，同时断开第五组信号S5，使负荷侧电压源换流器VSC3(19)停止工作，改由第二电源为负荷供电。
在一个实施例中，步骤3还进一步包括：步骤33：负荷由第二电源供电且当第一电源电压恢复后，即当第一电源侧电压有效值U1rms不低于交流电压暂降定值Uacset时，进入步骤4。
在一个实施例中，步骤4还包括：步骤41：使第二组信号S2失效，撤销第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的晶闸管触发脉冲，准备隔离第二电源；步骤42：输出第五组信号S5，启动负荷侧电压源换流器VSC3(19)，首先执行第1控制策略，使第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断，经过固定延时Δt后进入步骤43；步骤43：调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与电源2一致，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电，经过固定延时Δt后进入步骤44；步骤44：调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第一电源一致；步骤45：当负荷侧电压源换流器VSC3(19)相位与第一电源的相位、幅值差均在一定范围以内时，逻辑控制及信号调制***(26)发出第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通信号，同时断开第五组信号S5，使负荷侧电压源换流器VSC3(19)停止工作，仍由第一电源为负荷提供电力。
通过上述优选实施例，可以实时检测主供、备用电源及负荷侧的三相电压幅值和相位，保证负荷侧电压源换流器VSC3(19)与电源切换供电时，其相序差、相位差在限值范围内，不会产生切换冲击，减轻了电源切换对敏感负荷的影响。
在一个实施例中，当直流母线电压Udc低于充电定值Udcset2时，比较第一电源侧电压有效值U1rms和第二电源侧电压有效值U2rms；当第一电源侧电压有效值U1rms大于或等于第二电源侧电压有效值U2rms时，输出第三组信号S3，启动第一电源侧电压源换流器VSC1(13)；当第一电源侧电压有效值U1rms小于U2rms时，启动第二电源侧电压源换流器VSC2(15)工作；当直流母线电压Udc达到停止充电定值Udcset3后，停止第三组信号S3或第四组信号S4，使对应的第一电源侧电压源换流器VSC1(13)或第二电源侧电压源换流器VSC2(15)停止工作。
如附图4所示，在一个优选实施例中，第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器电源VSC2(15)可按照以下逻辑工作：
第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)采用dq解耦控制方法，外环d轴控制目标为直流母线电压Udc达到目标值，外环q轴控制目标为无功电流(或功率)为0，使第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)作为整流器使用，将第一电源、第二电源的交流电流转换为直流充电电流，为支撑电容C(18)充电，使直流母线电压Udc达到目标值，同时最大限度减少无功需求。
第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)与负荷侧电压源换流器VSC3(19)独立工作，当直流母线电压Udc低于充电定值Udcset2时，比较第一电源侧有效值U1rms和第二电源侧电压有效值U2rms。当第一电源侧电压有效值U1rms大于或等于第二电源侧电压有效值U2rms时，输出第三组信号S3，启动第一电源侧电压源换流器VSC1(13)。当第一电源侧电压有效值U1rms小于第二电源侧电压有效值U2rms时，启动第二电源侧电压源换流器VSC2(15)工作。当直流母线电压Udc达到停止充电定值Udcset3后，停止第三组信号S3或第四组信号S4，使对应的第一电源侧电压源换流器VSC1(13)或第二电源侧电压源换流器VSC2(15)停止工作。为了避免第一电源侧电压源换流器VSC1(13)、第二电源侧电压源换流器VSC2(15)频繁启动，充电定值Udcset2和停止充电定值Udcset3应该有较大的差值，且充电定值Udcset2应远低于停止充电定值Udcset3。
需要检修设备时，将第一断路器QF1、第二断路器QF2、第三断路器QF3断开，第四断路器QF4或第五断路器QF5闭合且二者互锁即不能同时闭合，使装置退出检修隔离状态，且装置检修不影响敏感负荷正常用电。
需要强调的是，本发明所述的实施例是实例性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种电网电压恢复装置的控制方法，其特征在于：
步骤1，当第一电源正常时，逻辑控制及信号调制***(26)输出的第一组信号S1有效，第一电源侧晶闸管旁路阀(10)持续导通，双方向通流，由第一电源为负荷供电；
步骤2，当第一电源侧电压有效值U1rms低于交流电压暂降定值Uacset时，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)快速关断，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电；
步骤3，缓慢调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制目标，使其电压幅值、相位跟踪第二电源，当负荷侧电压源换流器VSC3(19)与第二电源的相位差、幅值差均在一定范围以内时，由第二电源为负荷供电；
步骤4，当第一电源侧电压有效值U1rms高于交流电压暂降定值Uacset时，使第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断，经过固定延时Δt后，逻辑控制及信号调制***(26)发出第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通信号，由第一电源为负荷提供电力；
其中步骤4还进一步包括：
步骤41：使第二组信号S2失效，撤销第二电源侧晶闸管旁路阀(11)的晶闸管触发脉冲，准备隔离第二电源；
步骤42：输出第五组信号S5，启动负荷侧电压源换流器VSC3(19)，使第二电源侧晶闸管旁路阀(11)快速关断，经过固定延时Δt后进入步骤43；
步骤43：调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第二电源一致，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电，经过固定延时Δt后进入步骤44；
步骤44：调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第一电源一致；
步骤45：当负荷侧电压源换流器VSC3(19)相位与第一电源的相位、幅值差均在一定范围以内时，逻辑控制及信号调制***(26)发出第一电源侧晶闸管旁路阀(10)导通信号，同时断开第五组信号S5，使负荷侧电压源换流器VSC3(19)停止工作，仍由第一电源为负荷提供电力。
2.根据权利要求1所述的电网电压恢复装置的控制方法，其特征在于：其中步骤2进一步包括：
步骤21，使第一组信号S1失效，撤销第一电源侧晶闸管旁路阀(10)的晶闸管触发脉冲，准备隔离第一电源；
步骤22，输出第五组信号S5，启动负荷侧电压源换流器VSC3(19)，使第一电源侧晶闸管旁路阀(10)快速关断，经过固定延时Δt后进入步骤23；
步骤23，调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)输出，使其输出电压的相位、幅值稳定，且相位、幅值与第一电源一致，由负荷侧电压源换流器VSC3(19)为敏感负荷连续供电。
3.根据权利要求2所述的电网电压恢复装置的控制方法，其特征在于：其中步骤2还进一步包括：
步骤24，当第一电源电压恢复时，即当第一电源侧电压有效值U1rms不低于交流电压暂降定值Uacset时，则直接跳转到步骤4；
步骤25，当第一电源侧电压有效值U1rms低于交流电压暂降定值Uacset，第二电源侧电压有效值U2rms大于交流电压暂降定值Uacset，直流母线电压Udc降低至定值Udcset1以下时，或负荷侧电压源换流器VSC3(19)工作时间达到定值Tset时，进入步骤3。
4.根据权利要求3所述的电网电压恢复装置的控制方法，其特征在于：其中步骤3进一步包括：
步骤31：缓慢调整负荷侧电压源换流器VSC3(19)的控制目标，使其电压幅值、相位跟踪第二电源；
步骤32：当负荷侧电压源换流器VSC3(19)与第二电源的相位差、幅值差均在一定范围以内时，逻辑控制及信号调制***(26)发出第二电源侧晶闸管旁路阀(11)导通信号，同时断开第五组信号S5，使负荷侧电压源换流器VSC3(19)停止工作，改由第二电源为负荷供电。
5.根据权利要求4所述的电网电压恢复装置的控制方法，其特征在于：其中步骤3还进一步包括：
步骤33：负荷由第二电源供电且当第一电源电压恢复后，即当第一电源侧电压有效值U1rms不低于交流电压暂降定值Uacset时，进入步骤4。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电网电压恢复装置的控制方法，其特征在于：当直流母线电压Udc低于充电定值Udcset2时，比较第一电源侧电压有效值U1rms和第二电源侧电压有效值U2rms；当第一电源侧电压有效值U1rms大于或等于第二电源侧电压有效值U2rms时，输出第三组信号S3，启动第一电源侧电压源换流器VSC1(13)；当第一电源侧电压有效值U1rms小于第二电源侧电压有效值U2rms时，启动第二电源侧电压源换流器VSC2(15)工作；当直流母线电压Udc达到停止充电定值Udcset3后，停止第三组信号S3或第四组信号S4，使对应的第一电源侧电压源换流器VSC1(13)或第二电源侧电压源换流器VSC2(15)停止工作。
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