一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法技术方案

本发明专利技术公开了一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法。在综合分析比较装置容量和拓扑类型的基础上，对直流侧供电方式，容量配置与优化，功率主电路拓扑结构，输出滤波器选型与参数优化等各个方面进行设计选型指导，形成一套完善的系统设计指导方法，以用于研制示范运行的交叉供电的高压大功率动态电压恢复系统。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法
本专利技术涉及动态电压恢复系统(DVR)
，具体的说是涉及一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法。
技术介绍
随着新能源技术的发展，电力系统网络结构将日趋复杂，区域性供电不平衡和负荷波动较大等问题将导致系统电压跌落现象频发，针对性的治理工作急需开展。动态电压恢复器(DynamicVoltagerestorer，DVR)作为一种电压跌落治理设备，可迅速补偿电压凹陷，恢复负荷侧的电压波形，从而使用户端免受影响。目前，国内的工业应用多以低压装置为主，但随着大规模具有间歇性和随机性特点的新能源接入电网，电力系统对风电场和光伏电站低电压穿越能力的要求越来越严格，高压大容量动态电压恢复器的研发已是迫在眉睫，故针对于这类装置关键技术的研究具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法。在综合分析比较装置容量和拓扑类型的基础上，对直流侧供电方式，容量配置与优化，功率主电路拓扑结构，输出滤波器选型与参数优化等各个方面进行设计选型指导，形成一套完善的系统设计指导方法，以用于研制示范运行的交叉供电的高压大功率动态电压恢复系统。为了实现本目的，提出一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法，具体包括以下步骤：根据用户所在地区实际情况给出合适的拓扑结构选择。在单一母线失电的情况下，DVR可以由另一条母线供电，如果双母线同时失电时，则由储能单元向DVR供电，完成电压跌落补偿。(1)用户所在地区光照资源丰富的情况下，可以选择采用光储配合交叉母线双供电模式，以最小的储能接入保证动态电压恢复系统的正常运行；(2)在用户所在地区光照资源缺乏的情况下，可以选择采用独立的储能单元配合交叉母线供电，保证动态电压恢复系统运行；(3)如果用户所在地区低压跌落幅度较小，且常年光照充足，可以选择光储单独供电模式，减少了移相变压器等设计，结构更为紧凑，占地较小，但这种方式需要满足当电网电压发生跌落后存在的残压足够大，能量能够支撑负载工作于全功率状态。采用全控整流桥结构能够实现在储能侧与电网侧的能量交换，不存在电压泵升的现象。但缺点非常的明显，与不可控整流相比，控制电路过于复杂，增加了电子元件的使用数量从而升高了装置整体成本。根据系统的容量大小及补偿能力给出IGBT选型指导。以10kV配网系统为例，DVR装置按照实际补偿能力设计，假设跌落深度为m，则最大需补偿电压有效值为：选择10套逆变器模块级联时，每套逆变器需补偿出相电压有效值为U，为了保证电网电压跌落深度为m时装置还具备上述的补偿能力，则电网电压正常时单个模块能够输出U(1+m)Vrms。若留有5％的裕度，则逆变器的三相输入电压应为线电压U(1+m)1.05V。此时，直流母线电压为：考虑损耗等问题，单套逆变器直流母线电压需要在Udc以上，并留有一定裕度。假设配低网的系统容量为S，则系统额定线电流Irate为：依照DL/T1229—2013动态电压恢复器技术规范6.2节的规定“负荷电流波形：最大电流峰值应小于3倍装置额定补偿电流”，即电流应为：由此来选择IGBT的具体型号。给出三相整流桥选型指导。在DVR补偿电网电压发电压跌落时，假设电网电压跌落深度为m，每个模块需要补偿的容量为：此时每个单元模块的三相整流桥的输入电压为：U0＝U(1+m)1.05×m(6)模块通过移相变压器的输入电流有效值大约为：考虑到在电网电压跌落后的恢复阶段会存在有一定的电流冲击情况，故三相整流桥的电流耐受裕度可取2.5倍，器件耐受电压裕度可取1.5倍。给出变压器选型指导。以10kV配网为例，设系统容量为2MVA，考虑该次设计的DVR最大可补偿60％的负载容量，即补偿能量高1MVA，若采用储能装置将导致装置经济成本过高，综合考虑采用在电网侧并联整流电路来提供跌落时装置所需输出的有功能量。变压器的副边根据逆变器中单元模块个数、单元模块整流桥输入电压及变压器注入电网谐波等因素综合考虑后设计为：副边共计三大组，每大组10小组，组间相位差6°。变压器的每小组输出通过三相整流桥整流后给每个单元模块供电。当空载时，变压器的输出电压应当可以保证整流后的直流母线电压大于1030V，因此选取副边每一小组的空载电压值为728V，并留有+5％分接头。给出滤波单元的安装位置设计指导。A处：将滤波器放置于逆变单元的出口侧，由于滤波器位置靠近谐波产生处，消除高次谐波的能力更好，能够有效地降低变压器设计容量；但使用这种安装结构时，滤波器也可能造成电压相位偏移和幅值衰减等不利结果。B处：将滤波器放置于串联变压器系统侧，耦合电感可以由变压器漏感来代替，降低了装置的成本，但是这种安装方式的滤波效果不好，而且串联变压器因承受高次谐波而导致容量设计也要增加。C处：将滤波器放置在线路的一侧，这种设计方式也令变压器的漏感兼做滤波器的电感，从而减小串联变压器的漏感对系统参数的影响，控制方法容易实现，然而这种方式仍然不能消除高次谐波的影响，滤波效果较差。给出滤波单元的参数设计指导。当DVR处在待机工作状态时，每一个单元需要处于短接导通的工作状态(逆变单元的两个上管导通)。若每个器件(IGBT及其续流二极管)导通压降以2V估算，则n个模块串联运行，待机状态时的每相总压降为4nV。考虑将总电压损失限制在额定相电压的2.5％范围内，则滤波电感上压降为：以最大负荷运行方式下的线电流为Irate，考虑一定的裕度，则电感的取值为：DVR的输出滤波电容C用于滤除逆变器输出的高频电压，保DVR输出电压为50Hz的工频电压。此滤波电容会吸收电网的一定无功功率。若按照滤波电容吸收无功功率所占的比例不大于系统容量15％时计算：本专利技术有益效果：本专利技术的目的是提出一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法。在综合分析比较装置容量和拓扑类型的基础上，对直流侧供电方式，容量配置与优化，功率主电路拓扑结构，输出滤波器选型与参数优化等各个方面进行设计选型指导，形成一套完善的系统设计指导方法，以用于研制示范运行的交叉供电的高压大功率动态电压恢复系统。附图说明为了更加清晰地描述本专利技术的具体实施例，下面将对本专利技术实施方案所需使用的附图作简单介绍。图1为系统设计流程图。图2为几种大容量动态电压恢复装置的主要拓扑结构(a是交叉母线供电，b是交叉母线与光储双供电，c是交叉母线与其他储能单元双供电，d是光储单独供电)。图3为滤波器安装位置示意图(a是滤波器放置于逆变单元的出口侧，b、滤波器放置于串联变压器系统侧，c、滤波器放置在线路的一侧)。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法，其特征在于：/n根据用户所在地区实际情况给出合适的拓扑结构选择；在单一母线失电的情况下，DVR可以由另一条母线供电，如果双母线同时失电时，则由储能单元向DVR供电，完成电压跌落补偿；/n(1)用户所在地区光照资源丰富的情况下，能够选择采用光储配合交叉母线双供电模式，以最小的储能接入保证动态电压恢复系统的正常运行；/n(2)在用户所在地区光照资源缺乏的情况下，能够选择采用独立的储能单元配合交叉母线供电，保证动态电压恢复系统运行；/n(3)如果用户所在地区低压跌落幅度较小，且常年光照充足，能够选择光储单独供电模式；采用全控整流桥结构能够实现在储能侧与电网侧的能量交换，不存在电压泵升的现象。/n

【技术特征摘要】
1.一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法，其特征在于：
根据用户所在地区实际情况给出合适的拓扑结构选择；在单一母线失电的情况下，DVR可以由另一条母线供电，如果双母线同时失电时，则由储能单元向DVR供电，完成电压跌落补偿；
(1)用户所在地区光照资源丰富的情况下，能够选择采用光储配合交叉母线双供电模式，以最小的储能接入保证动态电压恢复系统的正常运行；
(2)在用户所在地区光照资源缺乏的情况下，能够选择采用独立的储能单元配合交叉母线供电，保证动态电压恢复系统运行；
(3)如果用户所在地区低压跌落幅度较小，且常年光照充足，能够选择光储单独供电模式；采用全控整流桥结构能够实现在储能侧与电网侧的能量交换，不存在电压泵升的现象。


2.根据权利要求1所述的一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法，其特征在于：
根据系统的容量大小及补偿能力给出IGBT选型指导：
以10kV配网系统为例，DVR装置按照实际补偿能力设计，假设跌落深度为m，则最大需补偿电压有效值为：



选择10套逆变器模块级联时，每套逆变器需补偿出相电压有效值为U，为了保证电网电压跌落深度为m时装置还具备上述的补偿能力，则电网电压正常时单个模块能够输出U(1+m)Vrms；若留有5％的裕度，则逆变器的三相输入电压应为线电压U(1+m)1.05V；此时，直流母线电压为：



考虑损耗等问题，单套逆变器直流母线电压需要在Udc以上，并留有一定裕度；
假设配低网的系统容量为S，则系统额定线电流Irate为：



电流应为：



由此来选择IGBT的具体型号。


3.根据权利要求1所述的一种交叉供电大容量动态电压恢复系统的设计指导方法，其特征在于：给出三相整流桥选型指导：
在DVR补偿电网电压发电压跌落时，假设电网电压跌落深度为m，每个模块需要补偿的容量为：



此时每个单元模块的三相整流桥的输入电压为：
U0＝U(1+m)1.05×m(6)
模块通过移相变压器的输入电流有效值大约为：



考虑到在电网电压跌落后的恢复阶段会存在有一定的电流冲击情况，故...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜华，沈兴来，张涛，燕立强，沈晓洁，刘璐，张潇，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32