[发明专利]串联电压质量调节器及快速投入和切除方法

说明书

技术领域

本发明属于电工技术中的电能质量控制技术领域，特别涉及一种串联电压质量调节器的快速投入和切除技术

背景技术

电能质量问题大多可以归结为电压质量问题，特别是公共结点的电压质量问题。电网电压存在的各种干扰，如电压升高、跌落、瞬变、谐波等，将导致一些重要负载或对电压质量敏感的设备不能正常使用、性能降低、寿命缩短，还会造成一些生产设备无法正常运行、甚至损坏，严重的电压质量问题还有可能造成重大事故。

对于敏感负荷，解决电压质量问题的一种直接有效措施是在电网和敏感负荷之间加装串联交流电压质量调节(或控制)装置，通过向电网注入补偿电压来保证敏感用户端的电压质量。由于串联装置只需要补偿系统电压的畸变和与额定值相差部分(缺损电压)，而大部分能量还是直接由电网提供给负载，所以，通常它们比全逆变方式电源(如UPS)具有更高的效率和更小的体积、更低的造价。目前这类调节装置有动态电压恢复器或调节器(DVR)、串联有源交流电压质量调节器(AVQR)、串联电能质量补偿器或控制器(SPQC)及通用电能质量调节器(UPQC)等。这些装置的主要差别在于装置的功能和处理电压质量问题的种类上，有的还仅仅是称谓上不同。

通常情况下，动态电压恢复器主要是用来解决电压暂降(或暂跌)等暂态电压质量问题，名称也是由此得来的，当然也可以用来解决电压暂升的问题。它的特点是仅在电源系统出现电压暂降或暂升时才投入使用，恢复负荷侧的电压质量；响应速度快，投入运行的时间比较短，因而装置具有效率高、造价低等优点。

串联有源交流电压质量调节器是在动态电压恢复器基础上发展起来的一种交流电压质量调节装置，它们的原理和技术有许多是相似的。串联有源交流电压质量调节器，有的称为串联电能质量补偿器或控制器，甚至也有称为可连续运行或可持续补偿的动态电压恢复器。它们的共同特点是装置一直在线连续运行。可以用来稳定电压，解决电网电压的暂升、暂降、过压、欠压、三相不平衡等电压质量问题；也可滤除电网电压谐波、闪变，抑制电网振荡。串联有源交流电压质量调节器既可以解决稳态电压质量问题，也可以解决暂态电压质量问题。

一般情况下，大部分时间，电网电压质量是符合国家标准要求和设备使用要求的，包括它的幅值和波形畸变率。另外，即使一些敏感用电设备它也具有一定的承受电网电压扰动的能力。当电网电压质量满足敏感用电设备的使用要求时，串联有源交流电压质量调节器仍然投入运行，对电网电压质量进行补偿是一种多余和浪费，很不经济。因此，从装置的运行效率和经济性来看，对于解决暂态电压质量问题的动态电压恢复器，不宜在线运行；对于以解决稳态电压质量问题为主的串联有源交流电压质量调节器，也不宜在线运行，应增加一个旁路待机工作模式。当电网出现电压质量问题时，电压质量调节器自动投入；当电网电压质量符合要求时，电压质量调节器自动切除，调节器处于旁路待机备用状态，这样才能充分发挥串联有源交流电压质量调节器拓扑结构本身的优势。

串联有源交流电压质量调节器和动态电压恢复器在投入和切除控制技术和方法上是相同的。所以，为了叙述上的方便，若无特别说明，以下将二者统称为串联电压质量调节器。

串联电压质量调节器理想的投入和切除过程应该是这样的：当电网正常状态(幅值和波形符合要求)时，串联电压质量调节器处于旁路待机状态，不接入电网；当检测到电网偏离正常状态(发生电压暂升、暂降或波形不符合要求)时，串联电压质量调节器应迅速投入电网运行，投切开关的响应时间应小于1ms，越短越好；电网恢复到正常状态后，串联电压质量调节器应从电网中自动切除，又进入旁路待机状态；当串联电压质量调节器本身发生故障，或系统出现过电压、过电流等异常现象时，串联电压质量调节器进入旁路保护状态；并且，投入、切除和旁路过程不应对电网和负载造成扰动。

在现阶段，要实现串联电压质量调节器的快速投入和切除，转换开关可供选择的方案有：采用机械转换开关和固态电子转换开关。

早期串联电压质量调节器的投入和切除控制采用的机械转换开关是交流接触器。交流接触器具有控制容量大、工作可靠、使用寿命长等特点，在各个领域得到广泛的应用，但响应速度较慢，其响应时间一般超过20ms～40ms，不宜用于对时间响应要求较高的场合。机械转换开关的优点是控制简单、导通损耗低，但目前要达到串联电压质量调节器所要求的快速开通和关断响应时间还有困难。