一种混合型直流电力系统电能质量调节器技术方案

本发明专利技术提供一种混合型直流系统电能质量调节器，包括：电压电流信号采集单元、控制器、并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元。电压电流信号采集单元连接控制器，控制器分别连接并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元，并联型补偿器和串联型补偿器均连接储能单元。控制器分别控制并联型补偿器和串联型补偿器的开断，以将储能单元的电能调整为补偿电流或补偿电压注入直流系统，或以将直流系统的电能传送给储能单元，从而抑制负荷投切时的波动，稳定直流母线电压，滤除电压及电流谐波，以及开路故障时快速注入电流支撑负荷，在回路切换时平抑波动，控制最大电流，以及短路故障时快速切断回路，实现调节直流系统电能质量的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流电力系统领域，具体涉及一种混合型直流电力系统电能质量调节器，用以实现直流电力系统的电能质量调节。
技术介绍
随着电力系统的发展，交流电力系统的缺点及局限性日益突出。在交流输电线路中，除了有导线的电阻损耗外还有交流感抗的损耗，线路损耗大，远距离输电效率低。交流输电线路中，任意一相发生永久性故障,必须全线停电,故障损失大。交流输电必须同步运行，交流系统并网还要考虑相位的一致性，控制复杂。在交流配电网络中，交流输电能力受到同步发电机间功角稳定性问题的限制，且随着输电距离的增大，同步机间的联系电抗增大，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差，稳定性问题更加突出，使得交流输配电能力受到更大限制。 与交流电力系统对应的直流电力系统不存在稳定性问题，切换更加容易，运行可靠性高；直流输电时不会产生线路电容电流损耗，输电效率高；输送同样的有功功率情况下，直流配电只有正负两极两根输电线，无集肤效应，导线截面利用充分，能节省线材、塔材及线路走廊，输电容量大，输送距离远；对绝缘介质的绝缘强度要求比交流低，直流电缆绝缘介质的投资少，适合海下电缆及城市配电网电缆输电。采用直流电力系统后，将不再需要目前直流输电技术的换流站，成本大幅度降低。直流输电的两条架空线通常采取相邻布线，电流大小相同，方向相反，相距很近，产生的磁场几乎可以完全抵消，具有环保优势。随着大量分布式能源接入电力系统，直流电力系统更方便于分布式能源的接入。近年来用户用电形式中含直流环节的电器增多，本质上使用直流的电器增多，使用直流配电网之后，减少电能的变换过程，提高电能效率。预计在不久的将来，随着直流技术进一步发展及完善，直流电力系统推广势在必行，将会在电力系统领域与交流电力系统并存甚至取代交流电力系统。随着社会的发展，现代用电设备对电能质量以及供电可靠性提出了越来越高的要求。在交流电力系统中，人们已经采取一系列FACTS装置运用于交流电力系统的电能质量调节与治理。但是目前的电能质量调节装置均是针对于交流电力系统设计的，很少有关于直流电力系统的电能质量调节器方面的研究及专利技术。一旦直流电力系统投入使用，同样不可避免地会遇到类似的电能质量问题，现有的电能质量调节技术及装置将基本上无法适应直流电力系统的要求。
技术实现思路
本专利技术提出一种混合型直流电力系统电能质量调节器，实现直流电力系统的电能质量有效调节。一种混合型直流电力系统电能质量调节器，包括电压电流信号采集单元，其连接控制器，用于采集直流电力系统的母线电压和电流信号，对该信号预处理后传送给控制器；控制器，其分别连接电压电流信号采集单元、并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元，用于接收电压电流信号采集单元的母线电压和电流信号，对该信号进行分析处理，产生相应的控制指令并传送给并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元；用于进行电流补偿的并联型补偿器，包括第一 DC/DC双向变换器和第一滤波单元；DC/DC双向变换器，其分别连接控制器、直流储能单元和第一滤波单元，用于接收控制器的控制指令，在该指令作用下控制自身开关器件的开断，从而将直流储能单元输出的直流电能调整为合适的补偿电流输出给电力系统，或者将电力系统多余的直流电能传送给直流储能单元；滤波单元，其一端的两个端口与第一 DC/DC双向变换器串联，另一端的两个端口与直流母线并联，用于对直流储能单元通过DC/DC双向变换器输出的直流电流进行滤波处理。用于进行电压补偿的串联型补偿器，包括第二 DC/DC双向变换和第二滤波单元 器，其分别连接控制器、储能单元和滤波单元，用于接收控制器的控制指令，在该指令作用下控制自身开关器件的开断从而将直流储能单元输出的直流电能调整为合适的补偿电压输出给电力系统，或者将电力系统多余的直流电能传送给储能单元；滤波单元，其一端的两个端口与第二 DC/DC双向变换器并联，另一端的两个端口与直流母线串联，且在该两串联接入点并联一个电容，用于对储能单元通过DC/DC双向变换器输出的直流电压进行滤波处理。储能单元，其分别连接控制器、并联型补偿器的DC/DC双向变换器和串联型补偿器的DC/DC双向变换器，用于接收控制器的控制指令，在该指令控制下接收电力系统通过并联型补偿器和串联型补偿器输出的直流电能或者通过并联型补偿器和串联型补偿器向电力系统提供的直流电能。进一步地，所述控制指令包括电流补偿指令、谐波电流补偿指令、电流快速注入指令、电流控制指令、电压补偿指令、谐波电压补偿指令和回路切断指令。进一步地，所述调节器还包括两个隔离型DC/DC双向变压器，其中一个隔离型DC/DC双向变压器的副边连接并联型补偿器的第一滤波单元，原边并联直流母线；另一个隔离型DC/DC双向变压器的副边连接串联型补偿器的第二滤波单元，原边串联直流母线。本专利技术有以下技术效果(I)本专利技术在应用中，当直流电力系统的母线电压发生电压跌落或上升时，该混合型直流电力系统电能质量调节器可以在毫秒级时间内向直流电力系统注入直流电流或者吸收直流电流，同时也可以在毫秒级时间内向直流电力系统提供一个直流电压，使直流电力系统的母线电压保持恒定或者在一定的允许范围内，达到稳定直流电力系统电压的目的。(2)本专利技术在应用中，当直流电力系统的直流母线上出现谐波电流时，该混合型直流电力系统电能质量调节器可以滤除直流母线中的谐波电流，或当直流电力系统的直流母线上出现谐波电压时，该混合型直流系统电能质量调节器可以滤除直流母线谐波电压，平滑直流母线电压及电流波形，实现电源侧与负荷侧之间的谐波隔离，阻止谐波在两者之间双向流动。(3)本专利技术在应用中，当直流电力系统出现开路故障时，该混合型直流电力系统电能质量调节器可以在开路故障发生的第一时间瞬时向直流电力系统注入直流电流，在等待备用回路切换过程中暂时支撑负荷的运行，同时平抑切换过程引起的波动，实现负荷从故障回路向备用回路的平稳转移，防止开路故障的进一步扩大，有利于减少开路故障损失；(4)本专利技术在应用中，在直流电力系统备用回路与主回路之间进行相互切换过程时，该混合型直流电力系统电能质量调节器瞬时向直流电力系统注入或者吸收直流电流，平抑备用回路与主回路相互切换过程中引起的波动，实现负荷的平稳转移。(5)本专利技术在应用中，可以实现对回路的最大通过电流的限制作用，方便对直流电力系统进行控制与管理。(6)本专利技术在应用中，当直流电力系统出现短路故障时，该混合型直流系统电能质量调节器可以在短路故障发生的第一时间瞬时切断回路，限制直流电力系统短路时故障大电流，有利于快速切除故障，防止短路故障的进一步扩大。(7)本专利技术在应用中，储能系统可以为混合型直流系统调节器提供或吸收直流系 统能量。(8)本专利技术在应用中，开关管可采用IGBT/IGCT/GT0等全控器件，可以实现快速开通与关断，动作速度快。(9)本专利技术在应用中，可实现直流电力系统与调节器之间能量的双向流动。(10)本专利技术在应用中，开关管产生的高次谐波在通过滤波单元滤除，对直流电力系统本身影响较小。(11)本专利技术在应用中，如果调节器采用经隔离型双向DC/DC变压器接入直流电力系统，可以灵活方便地进行升压和降压，实现不同电压等级的接入要求，便于调节器的器件选型与保护；同时还可以实现调节器与直流电力系统的电气隔离作用。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合型直流电力系统电能质量调节器，包括：电压电流信号采集单元，其连接控制器，用于采集直流电力系统的母线电压和电流信号，对该信号预处理后传送给控制器；控制器，其分别连接电压电流信号采集单元、并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元，用于接收电压电流信号采集单元的母线电压和电流信号，对该信号进行分析处理，产生相应的控制指令并传送给并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元；用于进行电流补偿的并联型补偿器，包括第一DC/DC双向变换器和第一滤波单元；DC/DC双向变换器，其分别连接控制器、直流储能单元和第一滤波单元，用于接收控制器的控制指令，在该指令作用下控制自身开关器件的开断，从而将直流储能单元输出的直流电能调整为合适的补偿电流输出给电力系统，或者将电力系统多余的直流电能传送给直流储能单元；滤波单元，其一端的两个端口与第一DC/DC双向变换器并联，另一端的两个端口与直流母线并联，用于对直流储能单元通过DC/DC双向变换器输出的直流电流进行滤波处理。用于进行电压补偿的串联型补偿器，包括第二DC/DC双向变换和第二滤波单元器；，其分别连接控制器、储能单元和滤波单元，用于接收控制器的控制指令，在该指令作用下控制自身开关器件的开断从而将直流储能单元输出的直流电能调整为合适的补偿电压输出给电力系统，或者将电力系统多余的直流电能传送给储能单元；滤波单元，其一端的两个端口与第二DC/DC双向变换器并联，另一端的两个端口与直流母线串联，且在该两串联接入点并联一个电容，用于对储能单元通过DC/DC双向变换器输出的直流电压进行滤波处理。储能单元，其分别连接控制器、并联型补偿器的DC/DC双向变换器和串联型补偿器的DC/DC双向变换器，用于接收控制器的控制指令，在该指令控制下接收电力系统通过并联型补偿器和串联型补偿器输出的直流电能或者通过并联型补偿器和串联型补偿器向电力系统提供的直流电能。...

【技术特征摘要】
1.一种混合型直流电力系统电能质量调节器，包括 电压电流信号采集单元，其连接控制器，用于采集直流电力系统的母线电压和电流信号，对该信号预处理后传送给控制器； 控制器，其分别连接电压电流信号采集单元、并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元，用于接收电压电流信号采集单元的母线电压和电流信号，对该信号进行分析处理，产生相应的控制指令并传送给并联型补偿器、串联型补偿器和储能单元； 用于进行电流补偿的并联型补偿器，包括第一 DC/DC双向变换器和第一滤波单元；DC/DC双向变换器，其分别连接控制器、直流储能单元和第一滤波单元，用于接收控制器的控制指令，在该指令作用下控制自身开关器件的开断，从而将直流储能单元输出的直流电能调整为合适的补偿电流输出给电力系统，或者将电力系统多余的直流电能传送给直流储能单元；滤波单元，其一端的两个端口与第一 DC/DC双向变换器并联，另一端的两个端口与直流母线并联，用于对直流储能单元通过DC/DC双向变换器输出的直流电流进行滤波处理。用于进行电压补偿的串联型补偿器，包括第二 DC/DC双向变换和第二滤波单元器；，其分别连接控制器、储能单元和滤波单元，用于接收控制器的控制指令，在该指令作用下控制自身开关器件的开断从...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆继明，韦甜柳，王丹，毛承雄，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：