[发明专利]一种配网低压台区组合型电能质量综合治理装置

说明书

本发明公开了一种配网低压台区组合型电能质量综合治理装置，所述组合型电能质量综合治理装置包括台区电能质量综合控制器、三相四线制电压源换流器VSC和换相开关，本发明不同于以往的配网低压台区组合型电能质量综合治理装置，其控制策略是综合了换相开关切换模块和VSC调节模块，由于换相开关在负荷侧进行了切换控制，能够真正实现负荷侧的不平衡补偿，因此，台区侧的不平衡电流相比没有换相开关的补偿方案显著减小，从而降低了台区侧补偿设备三相四线制电压源换流器VSC的工作负担和装机容量。

技术领域

本发明涉及一种配网低压台区组合型电能质量综合治理系统及方法，可用于配网低压台区低电压、谐波、三相不平衡等电能质量综合治理，属于低压智能配电领域。

背景技术

配网低压台区通常采用三相四线制供电方式，负荷(如电饭煲、电脑、洗衣机、冰箱等)多为单相负荷，因单相用电负荷用电行为的不一致性，造成三相不平衡已成为一种常态，并且居民用电情况受季节、天气、节假日等因素影响，导致三相不平衡情况存在更大的不确定性。几乎所有的配网低压台区都存在三相不平衡现象，不平衡发生率几近100％，不平衡度超标的配变更是达到60％～70％。另外，部分低压台区供电半径大、配变容量有限、线径小，造成线路上电压较大，末端低电压、谐波和电压波动等问题也较为突出。

近年来，随着光伏扶贫、电能替代、返乡创业等政策和项目的广泛推进，进一步加剧三相电网的用电不平衡问题，并向电网注入大量高次谐波电流，加重台区电压畸变。当大量的扶贫光伏接入配网时，可能会改变配网的功率潮流，导致供电末端电压偏高的问题。因此，配网低压台区电能质量问题往往是多因素并存的，且相互影响，在电能质量治理时需要多措并举才能实现优质供电的目的。

目前配网台区电能质量治理装置主要有串联电容器补偿装置、串联调压器、静止型动态无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)等，上述装置只能实现单一电能质量治理，需要同时按照多台设备才能完成多个电能质量指标的治理，造成设备接线复杂、供电可靠性下降、投资增加等一系列问题。

发明内容

考虑到以上提及的挑战和困难，本专利提出一种配网低压台区组合型电能质量综合治理装置，所述组合型电能质量综合治理装置包括台区电能质量综合控制器、三相四线制电压源换流器VSC和换相开关，其中，电能质量综合控制器与配电变压器低压侧的台区电流互感器相连，采集台区电流采样信号，电能质量综合控制器将控制信号传递给电压源换流器VSC和换相开关，三相四线制电压源换流器VSC与配电变压器低压侧的输出相连进行无功电流、谐波电流和不平衡电流的综合补偿，换相开关位于负载和配电变压器低压侧之间，按照换相流程执行换相操作，实现用户负荷相序调整、配电台区三相负荷均衡分配。所述配网低压台区组合型电能质量综合治理装置的台区电能质量综合控制器由换相开关切换模块和VSC调节模块两部分组成，VSC调节模块执行电压源换流器VSC的以快速电流反馈的直接电流控制策略；换相开关切换模块执行换相开关的以全局最优化算法得到的换相操作，台区电能质量综合控制器同时检测配电变压器低压出线三相电流值和电压值，其中换相开关切换模块实时监测配电变压器低压出线的三相电流、各换相开关出口侧电流，并实时计算电流平均值及电流不平衡度，如果在一定监测周期内配电变压器低压侧三相负荷不平衡度超限，则读取配电变压器低压出线和所有换相开关单元各负荷支路的电流、相序实时数据，通过全局最优化算法求出开关预动作的最优解，发出最优换相控制指令，各换相开关单元执行换相操作，实现用户负荷相序调整、配电台区三相负荷均衡分配，其中VSC调节模块采集三相电流值，将abc坐标系下的三相交流量变换为dq坐标系下的两轴直流量，将直流信号与变换后有功信号id相比较作为有功通道控制信号id*来稳定直流电压；将交流侧母线电压有效值信号与变换后无功信号iq相比较作为无功通道控制信号iq*；将dq坐标系下的两轴直流量id*、iq*变换为abc坐标系下的三相交流量，与相电流直接相减得到各相参考电流(Iaref、Ibref、Icref)，计算出的参考电流(Iaref、Ibref、Icref)中包含谐波电流分量、台区剩余零序和负序电流分量、用于调制台区电压的无功电流分量和用于维持直流电压恒定的有功电流分量。