CN206727654U - 一种配电变压器型统一节能调节器 - Google Patents

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刘闯
蔡国伟
朱大为
秦广涛
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杜彬斌
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Abstract

本实用新型公开了一种配电变压器型统一节能调节器，包括三相四线制电压源型变换器VSC和电压平衡控制器VBC，本实用新型集无功补偿、谐波抑制和平衡三相不对称负荷电流于一身，是一种综合型的电能质量调节器，将成为实现***三相对称运行、提高功率因数、抑制谐波、稳定***电压、降低网损和改善电能质量的有效手段，同时能够很大程度地改善配电变压器的工作状态，从而提高其效率、寿命。

Description

一种配电变压器型统一节能调节器
技术领域
本实用新型涉及电子元件领域，具体涉及一种配电变压器型统一节能调节器。
背景技术
随着传统低压交流配电网中三相负荷分布不平衡及大量单相非线性负载的使用，三相四线制配电***的无功补偿、谐波抑制和平衡三相不对称负荷电流等电能质量问题越来越突出，严重影响配电网的电能质量、传输效率及可靠性。因此，如何确保三相四线制***中配电变变压器不受负荷谐波、无功及三相分布不平衡的影响，而使变压器低压侧获得单位功率因数，且其低压侧出口端三相电流对称，这已成为学术及工程研究的热点问题。
近年来，出现了多种针对传统低压交流配电网电能质量治理的装备，如针对无功补偿的静止无功补偿器(SVC)、晶闸管控制串联电容器(TCSC)、静止无功补偿器(STATCOM)等，针对谐波抑制的无源滤波器(PPF)和有源滤波器(APF)等，然而这些装备存在以下问题：1、功能单一，不具综合性；2、重复投资、经济性较差；3、采用瞬时功率算法计算参考电流时往往涉及多次αβ或dq变换，运算复杂，控制难度大，装置成本高；4、在平衡三相不对称负荷电流时，已有基于dq变换的补偿算法、瞬时无功率法、对称分量法等方法的补偿导纳的算法存在如控制复杂、响应速度较慢、补偿精度低等缺陷。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了一种配电变压器型统一节能调节器，集无功补偿、谐波抑制和平衡三相不对称负荷电流于一身，是一种综合型的电能质量调节器，将成为实现***三相对称运行、提高功率因数、抑制谐波、稳定***电压、降低网损和改善电能质量的有效手段，同时能够很大程度地改善配电变压器的工作状态，从而提高其效率、寿命。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种配电变压器型统一节能调节器，包括三相四线制电压源型变换器VSC和电压平衡控制器VBC，三相四线制电压源型变换器VSC起到DG并网变换器和交流配电网电能质量综合治理的作用，电压平衡控制器VBC起到双极性直流配电网正负两极电压平衡控制的作用；电压平衡控制器VBC由两个MOSFET和两个二极管串联组成的H桥，向三相四线制电压源型变换器VSC提供不同电压等级Vd；三相四线制电压源型变换器VSC由八个IGBT及其反并联二极管组成四桥臂，通过逆变产生补偿电流。
本实用新型具有以下有益效果：
其集无功补偿、谐波抑制和平衡三相不对称负荷电流于一身，是一种综合型的电能质量调节器，既能够改善低压配电网电能质量和变压器运行状态和效率，又能避免重复投资、提高配电网运行经济性。采用基于时域能量平衡的补偿电流参考值算法，能够简化运算，降低控制难度和装置成本。在配电变压器型统一节能调节器与变压器之间采用了LC滤波器以滤除配电变压器型统一节能调节器并网电流中的高频谐波，减少了高频谐波对变压器和负荷的影响。
附图说明
图1为本实用新型实施例配电变压器型统一节能调节器并网运行拓扑结构示意图；
图2为常见有源电力滤波器APF结构示意图；
图中，(a)为三相三线制结构APF；(b)为三相四线制结构APF；(c)为另一种三相四线制结构APF。
图3为UPC中电压源型换流器(VSC)***简化图。
图4为UPC中三相四线制电压源型变换器VSC控制***框图。
图5为电压平衡控制器(VBC)拓扑结构示意图。
图6为UPC中电压平衡控制器(VBC)电流脉冲触发模式控制原理图。
图7为UPC中电压平衡控制器VBC控制***框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，一种配电变压器型统一节能调节器，采用了三相四桥臂型主结构，并在配电变压器型统一节能调节器和变压器之间采用了LC滤波器，具体的，包括三相四线制电压源型变换器VSC和电压平衡控制器VBC，三相四线制电压源型变换器VSC起到DG并网变换器和交流配电网电能质量综合治理的作用，电压平衡控制器VBC起到双极性直流配电网正负两极电压平衡控制的作用；电压平衡控制器VBC由两个MOSFET和两个二极管串联组成的H桥，向三相四线制电压源型变换器VSC提供不同电压等级Vd；三相四线制电压源型变换器VSC由八个IGBT及其反并联二极管组成四桥臂，通过逆变产生补偿电流。
常见的APF结构有三相三线制和三相四线制两种结构，如图2，两种常用的三相四线制类型为电容中点型三相四线制APF和四极型三相四线制APF。三相四线制APF相比三相三线制APF能够为零序谐波电流提供流通通道，在消除配电网中正序和负序谐波分量的同时，还能消除配电网中的零序谐波分量。因此，低压交流配电网中的APF多为三相四线制结构。且UPC应用于三相四线制低压配电网中，故其前端的三相四线制电压源型变换器VSC选用四桥臂型三相四线制结构。作为整体统一控制的三相四线制电压源型变换器VSC前三个桥臂用于补偿交流配电网中正序和负序谐波电流，第四桥臂主要调控交流配电网的零序电流。此外，采用LC滤波器滤除UPC并网电流中的高频分量，减少其影响配电网中对电磁干扰较敏感的负荷。因此，根据本装置对UPC的功能和控制要求，UPC 宜采用四极型三相四线制结构。
因UPC运行时，三相四线制电压源型变换器VSC与电压平衡控制器VBC的功能和控制相互独立，故分析三相四线制电压源型变换器VSC时将三相四线制电压源型变换器VSC直流端以外的部分整体划入直流网考虑，其简化原理图如图3所示。
如图4为采用PWM控制的三相四线制电压源型变换器VSC控制框图。本装置在dq坐标系下将三相四线制电压源型变换器VSC前三桥臂作为整体实现PQ解耦控制，三相四线制电压源型变换器VSC采用电流内环和电压外环的双环控制方式。电压外环主要控制三相四线制电压源型变换器VSC直流侧总电压Vd保持在Vdref上；电流内环主要实现UPC并网电流的快速跟踪，且内外环均采用 PI调节器。因滤波电容C取值较小，分析三相四线制电压源型变换器VSC工作状态时可忽略滤波电容电流对三相四线制电压源型变换器VSC的影响，将LC近似等效为L以简化分析。
相比传统的半桥型电压平衡控制器VBC，UPC中所使用的双向升降式电压型电压平衡控制器VBC具有以下特点：(1) 电压平衡控制器VBC避免了因功率开关串联不同相而引发的电流击穿问题；(2)因通过电力开关二极管的电流是单向的，可以提高可靠性，使得电源开关的反向恢复损耗大大降低。(3)利用MOSFET开关和高开关频率二极管的结合，可以大大降低电压平衡器的重量和体积。
如图6基于恒定电流脉冲的触发模式控制(Burst mode control)的电压平衡控制器VBC中功率开关S1、 S2并不是一直处于工作状态，而是仅在两极直流电压不满足设定值时才会工作，电感电流iL将随着开关状态的改变间歇性存在，可有效减少开关次数及损耗，提高效率。
两相同步旋转坐标系(d-q)下三相四线制电压源型变换器VSC有功功率P和无功功率Q分别与其电流的q轴分量iq和d轴分量id呈线性比例关系，通过调节iq和id可独立控制三相四线制电压源型变换器VSC的有功和无功功率，实现P 和Q的解耦控制，如图7。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种配电变压器型统一节能调节器，其特征在于，包括三相四线制电压源型变换器VSC和电压平衡控制器VBC，电压平衡控制器VBC由两个MOSFET和两个二极管串联组成的H桥，向三相四线制电压源型变换器VSC提供不同电压等级Vd；三相四线制电压源型变换器VSC由八个IGBT及其反并联二极管组成四桥臂，通过逆变产生补偿电流。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110022081A (zh) * 2019-04-26 2019-07-16 国网福建省电力有限公司南平供电公司 一种带选线功能的分布式逆变电源及其dq变换静态解耦控制方法

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