淺談智能配電網定制電力技術

安玉紅，崔奇明，池 洋，邰日新，王永清

（1.國網遼寧省電力有限公司大連培訓中心，遼寧 大連 116023；2.國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

淺談智能配電網定制電力技術

安玉紅1，崔奇明2，池 洋1，邰日新1，王永清1

（1.國網遼寧省電力有限公司大連培訓中心，遼寧 大連 116023；2.國網鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

在現代企業(yè)中，變頻調速驅動器、機器人、自動生產線、精密的加工工具、可編程控制器以及計算機信息系統(tǒng)的廣泛使用，對電能質量提出了更高的要求，這些設備對電源的波動和各種干擾十分敏感，任何供電質量的惡化都可能造成產品質量的下降，導致重大損失。通過分析固態(tài)切換開關、動態(tài)電壓恢復器、有源電力濾波器和電力電子變壓器工作原理，闡述了智能配電網定制電力技術的原理，并探討了通過定制電力技術的應用，可以滿足用戶對電力供應的特定需要。

不間斷電源；補償電壓；動態(tài)電壓調節(jié)；工頻交流電源

為保證重要用戶擁有優(yōu)質的不間斷供電，以往采取安裝不間斷電源（UPS）等措施，但并不是最好的解決辦法。美國電力科學研究院的Narain G Hingorani博士提出定制電力（CP）的概念，定制電力是應用現代電力電子和控制技術為實現電能質量控制及為用戶提供特定需要的電力供應技術［1］。隨著大功率電力電子器件的出現，以固態(tài)切換開關、動態(tài)電壓恢復器、有源電力濾波器為代表的定制電力設備研制成功并投入運行，取得了良好的經濟效果［2－3］。

1 固態(tài)切換開關（SSTS）

SSTS利用晶閘管的快速開通特性，可以在數ms內實現兩路電源的切換，應用于要求提供不間斷電源的場合，作為主電源和備用電源的自動切換裝置。

最常見的SSTS接線方式如圖1（a）所示。正常運行期間，高速機械開關S1閉合，晶閘管開關VT1被旁路。這種結構形式的SSTS切換過程如圖1（b）所示。

主電源發(fā)生故障時，在繼電保護裝置的動作下，高速機械開關S1分閘，同時觸發(fā)晶閘管開關VT1使之導通，待電流轉移到晶閘管開關VT1后閉鎖其觸發(fā)脈沖，晶閘管開關VT1在電流過零關斷后立即觸發(fā)另一側的晶閘管開關VT2使之導通，備用電源開始給負荷供電。經過一段時間穩(wěn)定后，高速機械開關S2閉合，晶閘管開關VT2被旁路后閉鎖其觸發(fā)脈沖，整個切換過程完畢。

圖1 備用電源式SSTS接線方式及切換過程

SSTS另一種接線為如圖2（a）所示的分裂母線式。當電源1出現故障時，在繼電保護裝置動作下，開關SU1打開，開關SU3閉合，全部負荷均由電源2供電。SSTS切換過程如圖2（b）所示。

2 動態(tài)電壓恢復器（DVR）

DVR的工作原理如圖3所示。DVR串聯(lián)在系統(tǒng)和用戶設備之間，當檢測到系統(tǒng)電壓出現暫降或暫升時，快速地輸出1個幅值和相角可變的補償電壓，以保證負荷供電電壓穩(wěn)定。

一種用于低壓場合的DVR主電路結構如圖4所示。DVR每相采用相互隔離的直流儲能電容器，逆變器輸出電壓通過無源濾波器接入系統(tǒng)。濾波器的主要功能是濾除逆變器輸出電壓中的高次諧波，防止對系統(tǒng)和負荷造成高次諧波污染。

圖2 分裂母線式SSTS接線方式及切換過程

圖3 DVR工作原理示意圖

一種用于高壓場合的DVR主電路結構如圖5所示，每相由若干個結構完全相同的H橋交流側串聯(lián)而成，H橋采用載波移相PWM控制技術，大大減小了諧波含量。這種類型的DVR具有電壓等級高、開關頻率低、易于實現模塊化和冗余運行等特點，常用于高壓場合。

圖4 DVR主電路結構

圖5 高壓動態(tài)電壓恢復器（DVR）主電路結構

3 有源電力濾波器（APF）

從接入電網連接方式看，APF可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和串—并聯(lián)混合型3大類。

并聯(lián)型APF系統(tǒng)構成原理如圖6所示。當需要補償非線性負荷（如整流負荷）產生的諧波電流時，只需要檢測到負荷電流中含有的諧波分量并產生出與其大小相等、方向相同的電流，則系統(tǒng)電流中只含有基波分量，達到了抑制諧波電流的目的。當要求補償諧波的同時補償負荷的無功功率，只需要在APF輸出的補償電流中增加負荷電流的基波無功分量，這樣系統(tǒng)電流只含有基波有功分量，最終系統(tǒng)電壓和電流同相位。

圖6 并聯(lián)型APF系統(tǒng)構成原理

串聯(lián)型APF系統(tǒng)構成原理如圖7所示。當系統(tǒng)電壓受到干擾時，串聯(lián)型APF將產生適當的補償電壓，使負荷側電壓不受系統(tǒng)電壓變化的影響。串聯(lián)型APF的另一功能是接在供電系統(tǒng)與非線性負荷之間，將系統(tǒng)與非線性負荷隔離開，同時在負荷側并聯(lián)無源濾波器，防止非線性負荷的諧波電流注入系統(tǒng)。此時，串聯(lián)型APF的諧波阻抗較大，非線性負荷的諧波電流不通過諧波阻抗較小的無源濾波器支路分流。串聯(lián)型APF通常作為動態(tài)電壓調節(jié)使用，其作用和DVR相似。

圖7 串聯(lián)型APF系統(tǒng)構成原理

串—并聯(lián)混合型APF系統(tǒng)構成原理如圖8所示，又稱為統(tǒng)一電能質量控制器（UPQC）。UPQC被認為是最理想的APF結構，它結合了串聯(lián)型APF和并聯(lián)型APF 2種結構，充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點。UPQC并聯(lián)部分主要起到補償負荷諧波電流、無功電流、三相不平衡電流以及直流母線電壓調節(jié)的作用；串聯(lián)部分通過耦合變壓器串聯(lián)接入系統(tǒng)，主要起到補償系統(tǒng)電壓暫降、電壓諧波、電壓波動與電壓閃變等作用。

圖8 串—并聯(lián)混臺型有源電力濾波器（APF）（UPQC）系統(tǒng)構成原理

4 電力電子變壓器（PET）

PET的基本工作原理如圖9所示。PET通過電力電子裝置將變壓器一次側（或二次側）多種類型的電源調制成中、高頻功率信號，經中、高頻變壓器耦合，再由電力電子裝置解調成為工頻交流電源（或其他頻率的交流電源、直流電源）。

圖9 電力電子變壓器（PET）的基本工作原理

PET的單相典型結構如圖10所示。高壓級由n個H橋模塊級聯(lián)分壓組成，模塊的個數主要由接入電壓等級和直流母線電壓等級決定；隔離級由H橋模塊和中、高頻變壓器組成，該中、高頻變壓器是雙繞組或多繞組結構；低壓級由H橋模塊串聯(lián)或并聯(lián)組成，低壓級結構與用戶供電電源需求有關。

圖10 PET單相典型結構

PET的控制策略可以分為高壓級控制策略、隔離級控制策略和低壓級控制策略。不管是高壓級、隔離級還是低壓級的控制策略，均根據用戶或電網對PET的功能需求而定。

5 結束語

定制電力技術設備中，固態(tài)切換開關能在一定程度上解決中大型工業(yè)和商業(yè)用戶中電能質量敏感設備的供電可靠性問題；動態(tài)電壓恢復器是公認的解決電壓暫降問題最有效的技術手段；有源電力濾波器能快速（響應時間可在5 ms以內）補償負荷的諧波、無功或不平衡電流，而且這些不同的電流成分可以按需要分別補償，從而使非線性負荷流入系統(tǒng)的電流為基波正序有功電流；電力電子變壓器是一種基于電力電子裝置和中、高頻變壓器的新型變壓器，不但可以實現傳統(tǒng)電力變壓器的基本功能，而且還可以提供無功支撐、潮流控制、電能質量治理等輔助服務，有望在分布式電源接入領域獲得廣泛應用。

［1］劉振亞.智能電網技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［2］盧 強，何光宇，陳 穎，等.智能電力系統(tǒng)與智能電網［M］.北京：清華大學出版社，2015.

［3］何光宇.智能電網基礎［M］.北京：中國電力出版社，2010.

Discussion on Customization Power Technology of Intelligent Distribution Network

AN Yuhong1，CUI Qiming2，CHI Yang1，TAI Rixin1，WANG Yongqing1
（1.Dalian Training Center of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116023，China；2.State Grid Anshan Power Supply Company，Anshan，Liaoning 114000，China）

In the modern enterprise，frequency conversion adjustable speed drives，robot，automatic production lines，precision ma?chining tool programmable controller and computer information system which can raise strict requirement are widely used.Fluctuations and various interference of these equipment is very sensitive，any power supply quality deterioration may cause decline in the quality of products，also lead to heavy losses.In this paper，through analyzing for working principle of solid?state switch（SSTs），dynamic volt?age restorer（DVR），active power filter（APF）and electronic power transformer（PET），the principle of intelligent distribution net?work for custom power technology are described，the application of customization power technology is discussed.These can fulfill parti?cular requirements of power supply cusumers.

uninterrupted power supply；compensation voltage；dynamic voltage regulation；power frequency AC power supply

TM76

A

1004－7913（2016）11－0004－04

安玉紅（1963），女，碩士，高級講師，從事電網公司智能電網研究及安全培訓工作。

2016－08－20）