[发明专利]基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降的方法和装置

说明书

本发明公开一种基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降的方法和装置。所述装置包括：超级电容、有源电力滤波器、电压暂降检测模块、双向晶闸管模块。该超级电容与有源电力滤波器直流侧相连，在电网正常时，利用有功控制功能为超级电容充电和恒压，开关K1处于旁路状态，双向晶闸管处于导通状态。当发生电压暂降时，检测装置发出并网换离网、禁止晶闸管使能指令。该有源电力滤波器接收指令，关断晶闸管，转为离网电压源模式，为负载提供短时供电。电网恢复正常后，电压暂降检测模块发出离网转并网指令，并发送电网幅值和相位，使能晶闸管开通，有源电力滤波器恢复并网模式。通过上述方式实现电压短时暂降治理，装置结构简单，体积小，成本低。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，涉及电压暂降保护的方面。

背景技术

电压暂降是工厂供电常见的一种故障，起因是由于雷击、大型负荷投切、设备短路等事件引起的电压幅值短时大幅度变化。引起的后果通常包括设备功能失常，或在有限范围内运行，严重时设备无法工作。更为严重的是，工艺流程启动造成连带影响。电压暂降的评估取决于暂降幅值和持续时间。据美国电压暂降统计数据，暂降幅值至0.7pu-0.9pu占比70％，持续时间不超过0.1s占60％，全年平均次数为56次。

针对电网暂降问题，主要解决方案为配置动态电压调节器，通过变压器耦合，串联于电网和负载之间，在并网模式下实时补偿电压缺失。整机拓扑采取了变压器和背靠背逆变器，补偿电压暂降深度从0.9pu到0.3pu，对持续时间无要求，此设备常应用于芯片制造行业。

传统设备存在的问题是其成本和售价居高不下。并且对于常见的非线性负载和三相不平衡负载，通过变压器补偿，损耗成倍增加。一般中小规模用电用户难以接受高售价和高损耗。有源电力滤波器，其专用于治理电网电流中谐波分量，是普遍使用的电能质量治理产品。本发明通过低成本方案改造，使其具备治理电压暂降的功能，对于工厂敏感负载供电，具有持续稳压改善产品质量的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种附带电网暂降整理的装置和方法，专用于治理电压暂降幅值0.9pu-0.7pu和持续时长小于0.1s的电网故障，体积小和成本低，适用场合广泛。

本发明提出基于超级电容的并联型有源电力滤波器治理电压暂降装置，包括：超级电容，连接于有源电力滤波器的直流侧，用于储备电压暂降输出的能量。

有源电力滤波器，日常工作于补无功或补偿谐波的工作状态，当电压发生暂降，通过无缝并网转离网技术，以电压源的方式，将直流侧超级电容能量转为负载供电，当电网恢复正常，再无缝切换到电网。

电压暂降检测装置，采样点安装于电网侧，通过检测电网电压幅值和相位，为有源电力滤波器提供电压切换指令和并离网切换指令；同时，具备检测超级电容状态，对过压和过温故障及时预警。

双向晶闸管模块，在电网和负载之间作为无缝并网转离网开关，并联于负载供电断路器，当设备投入运行后，断开负载供电断路器，晶闸管处于导通工作状态；当发生电压暂降，双向晶闸管模块被主动关断，由有源电力滤波器转换为离网工作模式，为负载供电。

通过对有源电力滤波器直流侧增加超级电容作为储能设备，电网和负载之间串联双向晶闸管作为并网转离网无缝切换开关，有源电力滤波器直接转换为电压源的方式进行三相四线供电，此时，有源电力滤波器和电网处于并联关系。对负载供电的时长取决于超级电容的能量配置。因美国电压暂降统计数据，暂降幅值至0.7pu-0.9pu占比70％，持续时间不超过0.1s占60％，全年平均次数为56 次。对于非必须增加串联式动态电压调节器的场合，但又有提升产品质量和改善供电质量的需求，此发明具有高性价比和高回报的意义。