安玉紅，崔奇明，池 洋，邰日新，王永清

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司大連培訓(xùn)中心，遼寧 大連 116023；2.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

淺談智能配電網(wǎng)定制電力技術(shù)

安玉紅1，崔奇明2，池 洋1，邰日新1，王永清1

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司大連培訓(xùn)中心，遼寧 大連 116023；2.國(guó)網(wǎng)鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114000）

在現(xiàn)代企業(yè)中，變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線、精密的加工工具、可編程控制器以及計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的廣泛使用，對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，這些設(shè)備對(duì)電源的波動(dòng)和各種干擾十分敏感，任何供電質(zhì)量的惡化都可能造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，導(dǎo)致重大損失。通過(guò)分析固態(tài)切換開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)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(wǎng)定制電力技術(shù)的原理，并探討了通過(guò)定制電力技術(shù)的應(yīng)用，可以滿足用戶(hù)對(duì)電力供應(yīng)的特定需要。

不間斷電源；補(bǔ)償電壓；動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)；工頻交流電源

為保證重要用戶(hù)擁有優(yōu)質(zhì)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(guó)電力科學(xué)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(yīng)用現(xiàn)代電力電子和控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量控制及為用戶(hù)提供特定需要的電力供應(yīng)技術(shù)［1］。隨著大功率電力電子器件的出現(xiàn)，以固態(tài)切換開(kāi)關(guān)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器、有源電力濾波器為代表的定制電力設(shè)備研制成功并投入運(yùn)行，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果［2－3］。

1 固態(tài)切換開(kāi)關(guān)（SSTS）

SSTS利用晶閘管的快速開(kāi)通特性，可以在數(shù)ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩路電源的切換，應(yīng)用于要求提供不間斷電源的場(chǎng)合，作為主電源和備用電源的自動(dòng)切換裝置。

最常見(jiàn)的SSTS接線方式如圖1（a）所示。正常運(yùn)行期間，高速機(jī)械開(kāi)關(guān)S1閉合，晶閘管開(kāi)關(guān)VT1被旁路。這種結(jié)構(gòu)形式的SSTS切換過(guò)程如圖1（b）所示。

主電源發(fā)生故障時(shí)，在繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作下，高速機(jī)械開(kāi)關(guān)S1分閘，同時(shí)觸發(fā)晶閘管開(kāi)關(guān)VT1使之導(dǎo)通，待電流轉(zhuǎn)移到晶閘管開(kāi)關(guān)VT1后閉鎖其觸發(fā)脈沖，晶閘管開(kāi)關(guān)VT1在電流過(guò)零關(guān)斷后立即觸發(fā)另一側(cè)的晶閘管開(kāi)關(guān)VT2使之導(dǎo)通，備用電源開(kāi)始給負(fù)荷供電。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間穩(wěn)定后，高速機(jī)械開(kāi)關(guān)S2閉合，晶閘管開(kāi)關(guān)VT2被旁路后閉鎖其觸發(fā)脈沖，整個(gè)切換過(guò)程完畢。

圖1 備用電源式SSTS接線方式及切換過(guò)程

SSTS另一種接線為如圖2（a）所示的分裂母線式。當(dāng)電源1出現(xiàn)故障時(shí)，在繼電保護(hù)裝置動(dòng)作下，開(kāi)關(guān)SU1打開(kāi)，開(kāi)關(guān)SU3閉合，全部負(fù)荷均由電源2供電。SSTS切換過(guò)程如圖2（b）所示。

2 動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）

DVR的工作原理如圖3所示。DVR串聯(lián)在系統(tǒng)和用戶(hù)設(shè)備之間，當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)電壓出現(xiàn)暫降或暫升時(shí)，快速地輸出1個(gè)幅值和相角可變的補(bǔ)償電壓，以保證負(fù)荷供電電壓穩(wěn)定。

一種用于低壓場(chǎng)合的DVR主電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。DVR每相采用相互隔離的直流儲(chǔ)能電容器，逆變器輸出電壓通過(guò)無(wú)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(duì)系統(tǒng)和負(fù)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(guò)程

圖3 DVR工作原理示意圖

一種用于高壓場(chǎng)合的DVR主電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，每相由若干個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的H橋交流側(cè)串聯(lián)而成，H橋采用載波移相PWM控制技術(shù)，大大減小了諧波含量。這種類(lèi)型的DVR具有電壓等級(jí)高、開(kāi)關(guān)頻率低、易于實(shí)現(xiàn)模塊化和冗余運(yùn)行等特點(diǎn)，常用于高壓場(chǎng)合。

圖4 DVR主電路結(jié)構(gòu)

圖5 高壓動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（DVR）主電路結(jié)構(gòu)

3 有源電力濾波器（APF）

從接入電網(wǎng)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(lèi)。

并聯(lián)型APF系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖6所示。當(dāng)需要補(bǔ)償非線性負(fù)荷（如整流負(fù)荷）產(chǎn)生的諧波電流時(shí)，只需要檢測(cè)到負(fù)荷電流中含有的諧波分量并產(chǎn)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(dá)到了抑制諧波電流的目的。當(dāng)要求補(bǔ)償諧波的同時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功功率，只需要在APF輸出的補(bǔ)償電流中增加負(fù)荷電流的基波無(wú)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(gòu)成原理

串聯(lián)型APF系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖7所示。當(dāng)系統(tǒng)電壓受到干擾時(shí)，串聯(lián)型APF將產(chǎn)生適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電壓，使負(fù)荷側(cè)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(fù)荷之間，將系統(tǒng)與非線性負(fù)荷隔離開(kāi)，同時(shí)在負(fù)荷側(cè)并聯(lián)無(wú)源濾波器，防止非線性負(fù)荷的諧波電流注入系統(tǒng)。此時(shí)，串聯(lián)型APF的諧波阻抗較大，非線性負(fù)荷的諧波電流不通過(guò)諧波阻抗較小的無(wú)源濾波器支路分流。串聯(lián)型APF通常作為動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)使用，其作用和DVR相似。

圖7 串聯(lián)型APF系統(tǒng)構(gòu)成原理

串—并聯(lián)混合型APF系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖8所示，又稱(chēng)為統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器（UPQC）。UPQC被認(rèn)為是最理想的APF結(jié)構(gòu)，它結(jié)合了串聯(lián)型APF和并聯(lián)型APF 2種結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點(diǎn)。UPQC并聯(lián)部分主要起到補(bǔ)償負(fù)荷諧波電流、無(wú)功電流、三相不平衡電流以及直流母線電壓調(diào)節(jié)的作用；串聯(lián)部分通過(guò)耦合變壓器串聯(lián)接入系統(tǒng)，主要起到補(bǔ)償系統(tǒng)電壓暫降、電壓諧波、電壓波動(dòng)與電壓閃變等作用。

圖8 串—并聯(lián)混臺(tái)型有源電力濾波器（APF）（UPQC）系統(tǒng)構(gòu)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(guò)電力電子裝置將變壓器一次側(cè)（或二次側(cè)）多種類(lèi)型的電源調(diào)制成中、高頻功率信號(hào)，經(jīng)中、高頻變壓器耦合，再由電力電子裝置解調(diào)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(jié)構(gòu)如圖10所示。高壓級(jí)由n個(gè)H橋模塊級(jí)聯(lián)分壓組成，模塊的個(gè)數(shù)主要由接入電壓等級(jí)和直流母線電壓等級(jí)決定；隔離級(jí)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(jié)構(gòu)；低壓級(jí)由H橋模塊串聯(lián)或并聯(lián)組成，低壓級(jí)結(jié)構(gòu)與用戶(hù)供電電源需求有關(guān)。

圖10 PET單相典型結(jié)構(gòu)

PET的控制策略可以分為高壓級(jí)控制策略、隔離級(jí)控制策略和低壓級(jí)控制策略。不管是高壓級(jí)、隔離級(jí)還是低壓級(jí)的控制策略，均根據(jù)用戶(hù)或電網(wǎng)對(duì)PET的功能需求而定。

5 結(jié)束語(yǔ)

定制電力技術(shù)設(shè)備中，固態(tài)切換開(kāi)關(guān)能在一定程度上解決中大型工業(yè)和商業(yè)用戶(hù)中電能質(zhì)量敏感設(shè)備的供電可靠性問(wèn)題；動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器是公認(rèn)的解決電壓暫降問(wèn)題最有效的技術(shù)手段；有源電力濾波器能快速（響應(yīng)時(shí)間可在5 ms以?xún)?nèi)）補(bǔ)償負(fù)荷的諧波、無(wú)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(bǔ)償，從而使非線性負(fù)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(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電力變壓器的基本功能，而且還可以提供無(wú)功支撐、潮流控制、電能質(zhì)量治理等輔助服務(wù)，有望在分布式電源接入領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

［1］劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

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

［3］何光宇.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)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(jí)講師，從事電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)研究及安全培訓(xùn)工作。

2016－08－20）