一种电网电压调节器及电网高低电压治理方法

本发明涉及供电，特别是涉及一种电网电压调节器及电网高低电压治理方法。

背景技术：

1、配电网台区电能质量会影响供电品质，低品质供电会导致电网线损增加、设备故障、停电事故等问题，同时影响用户的生产和生活。在一些供电区域，由于负荷的季节性和间歇性波动使变压器出口电压处于低电压状态，同时存在冲击性负荷加剧电压波动；线路末端存在较大负荷时，也会导致末端供电电压低的问题。特别是在山区及偏远地区，一些台区供电半径较长，末端供电电能质量差，供电可靠性低，以致经常出现供电电压较标准电压(220v)过高或过低的情况。过高或过低的电压都会导致用户的用电装备无法正常工作，对地区经济和社会安定造成很大影响。

2、针对台区配变或线路末端的供电电压过低或过高的问题，传统的方案多采用upqc(unified power quality conditioner)装置进行治理。upqc的常规架构如图1所示，upqc装置首先在电网端并联整流器，产生直流电压，然后将直流电压通过逆变器逆变成交流电，此交流电通过一个串联在电网的耦合工频变压器加入电网，使负载侧电压在电网电压的基础上叠加一个由逆变器产生的交流电压，由此达到对电网电压的调整。在电网电压过低时，使用upqc加入一个与电网电压同相位的电压即可实现电压抬升；在电网电压过高时，使用upqc加入一个与电网电压相反相位的电压即可实现电压降低，使负载电压恢复到标准电压(约220v)。

3、从以上分析可以看出，upqc装置的架构较为复杂，采用的是先整流后逆变的两级结构，且需要在电网串联耦合工频变压器，导致装置的控制复杂、效率较低、体积较大、成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电网电压调节器及电网高低电压治理方法，采用一级架构即可实现电压过低和过高问题的治理，在提升工作效率和减小装置体积的同时大大降低了成本。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案。

3、一方面，本发明提供一种电网电压调节器，包括：高频隔离变压器、两个ac/ac模块、第一滤波电感、第二滤波电感、交流电网等效电源、电网电容以及负载；其中第一ac/ac模块包括四个开关管和两个电容，分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容以及第二电容；第二ac/ac模块也包括四个开关管和两个电容，分别为第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第三电容以及第四电容；所有开关管的控制端均连接模态控制器；

4、所述第一开关管的第一端分别连接所述高频隔离变压器原边侧的一端、所述第二开关管的第二端、所述交流电网等效电源的一端、所述电网电容的一端、所述第七开关管的第一端以及所述第八开关管的第二端；所述高频隔离变压器原边侧的另一端分别连接所述第一电容的一端以及所述第二电容的一端；所述第一电容的另一端分别连接所述第一开关管的第二端以及所述第三开关管的第二端；所述第二电容的另一端分别连接所述第二开关管的第一端以及所述第四开关管的第一端；所述第三开关管的第一端分别连接所述第四开关管的第二端以及所述第一滤波电感的一端；

5、所述第五开关管的第一端分别连接所述高频隔离变压器t副边侧的一端、所述第六开关管的第二端以及所述第二滤波电感的一端；所述高频隔离变压器副边侧的另一端分别连接所述第三电容的一端以及所述第四电容的一端；所述第三电容的另一端分别连接所述第五开关管的第二端以及所述第七开关管的第二端；所述第四电容的另一端分别连接所述第六开关管的第一端以及所述第八开关管的第一端；所述第二滤波电感的另一端分别连接所述电网电容的另一端以及所述负载的一端；所述负载的另一端分别连接所述第一滤波电感的另一端以及所述交流电网等效电源的另一端。

6、可选地，所述开关管为igbt；所述开关管的第一端为igbt的发射极；所述开关管的第二端为igbt的集电极；所述开关管的控制端为igbt的栅极。

7、可选地，所述开关管为带有阻尼二极管的n型igbt；所述开关管的第一端为n型igbt的发射极；所述开关管的第二端为n型igbt的集电极；所述开关管的控制端为n型igbt的栅极；所述阻尼二极管的正极连接所述n型igbt的发射极；所述阻尼二极管的负极连接所述n型igbt的集电极。

8、可选地，所述开关管为mosfet；所述开关管的第一端为mosfet的源极；所述开关管的第二端为mosfet的漏极；所述开关管的控制端为mosfet的栅极。

9、可选地，所述开关管为n沟道mosfet；所述开关管的第一端为n沟道mosfet的源极；所述开关管的第二端为n沟道mosfet的漏极；所述开关管的控制端为n沟道mosfet的栅极。

10、可选地，所述电网电压调节器拓扑结构中存在两个h4结构，其中第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管构成一个h4结构，第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管构成一个h4结构，h4结构中上下管互补导通。

11、另一方面，本发明还提供一种电网高低电压治理方法，用于所述的电网电压调节器，所述电网高低电压治理方法包括：

12、通过第一ac/ac模块控制高频隔离变压器的原边侧电压vp；

13、高频隔离变压器的副边侧感应得到副边侧电压vq，进而通过第二ac/ac模块控制电网电容的电压vs；

14、通过电压vs与电网电压vg的叠加，实现对电网电压vg的高低电压治理。

15、可选地，所述通过电压vs与电网电压vg的叠加，实现对电网电压vg的高低电压治理，具体包括：

16、当电网电压vg过低时，电网电压调节器使电网电容cs产生一个与电网电压vg同相位的电压vs，实现电网电压vg的抬升，从而得到所需的交流输出电压vo；

17、当电网电压vg过高时，电网电压调节器使电网电容cs产生一个与电网电压vg相反相位的电压vs，实现电网电压vg的降低，从而得到所需的交流输出电压vo。

18、可选地，所述电网电压调节器工作时，控制第一开关管与第二开关管互补导通，第三开关管与第四开关管互补导通，第五开关管与第六开关管互补导通，第七开关管与第八开关管互补导通。

19、可选地，所述电网高低电压治理方法还包括：

20、通过模态控制器控制第一开关管至第八开关管的导通情况，实现16种工作模态。

21、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

22、传统的用于电压治理的upqc装置采用的是先整流后逆变的两级结构，且需要在电网串联耦合工频变压器，导致装置的控制复杂、效率较低、体积较大、成本较高。与传统的upqc等装置相比，本发明提出的电压治理的电网电压调节器采用了高频隔离ac/ac拓扑的一级架构，在实现电压过低和过高问题治理的情况下，只需要实现交流到交流的能量一级变换，无需使用工频变压器、整流器和逆变器，在无噪声污染同时节省了器件数量，在提升工作效率和减小装置体积的同时大大降低了成本。

技术特征：

1.一种电网电压调节器，其特征在于，包括：高频隔离变压器、两个ac/ac模块、第一滤波电感、第二滤波电感、交流电网等效电源、电网电容以及负载；其中第一ac/ac模块包括四个开关管和两个电容，分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一电容以及第二电容；第二ac/ac模块也包括四个开关管和两个电容，分别为第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第三电容以及第四电容；所有开关管的控制端均连接模态控制器；

2.根据权利要求1所述的电网电压调节器，其特征在于，所述开关管为igbt；所述开关管的第一端为igbt的发射极；所述开关管的第二端为igbt的集电极；所述开关管的控制端为igbt的栅极。

3.根据权利要求1所述的电网电压调节器，其特征在于，所述开关管为带有阻尼二极管的n型igbt；所述开关管的第一端为n型igbt的发射极；所述开关管的第二端为n型igbt的集电极；所述开关管的控制端为n型igbt的栅极；所述阻尼二极管的正极连接所述n型igbt的发射极；所述阻尼二极管的负极连接所述n型igbt的集电极。

4.根据权利要求1所述的电网电压调节器，其特征在于，所述开关管为mosfet；所述开关管的第一端为mosfet的源极；所述开关管的第二端为mosfet的漏极；所述开关管的控制端为mosfet的栅极。

5.根据权利要求1所述的电网电压调节器，其特征在于，所述开关管为n沟道mosfet；所述开关管的第一端为n沟道mosfet的源极；所述开关管的第二端为n沟道mosfet的漏极；所述开关管的控制端为n沟道mosfet的栅极。

6.根据权利要求1所述的电网电压调节器，其特征在于，所述电网电压调节器拓扑结构中存在两个h4结构，其中第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管构成一个h4结构，第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管构成一个h4结构，h4结构中上下管互补导通。

7.一种电网高低电压治理方法，其特征在于，用于权利要求1-6中任一项所述的电网电压调节器，所述电网高低电压治理方法包括：

8.根据权利要求7所述的电网高低电压治理方法，其特征在于，所述通过电压vs与电网电压vg的叠加，实现对电网电压vg的高低电压治理，具体包括：

9.根据权利要求8所述的电网高低电压治理方法，其特征在于，所述电网电压调节器工作时，控制第一开关管与第二开关管互补导通，第三开关管与第四开关管互补导通，第五开关管与第六开关管互补导通，第七开关管与第八开关管互补导通。

10.根据权利要求9所述的电网高低电压治理方法，其特征在于，还包括：

技术总结本发明公开一种电网电压调节器及电网高低电压治理方法，涉及供电领域。电网电压调节器包括高频隔离变压器、两个AC/AC模块、第一滤波电感、第二滤波电感、交流电网等效电源、电网电容以及负载；其中第一AC/AC模块包括和第二AC/AC模块分别包括四个开关管和两个电容。通过第一AC/AC模块控制高频隔离变压器的原边侧电压Vp；高频隔离变压器的副边侧感应得到副边侧电压Vq，进而通过第二AC/AC模块控制电网电容的电压Vs；通过电压Vs与电网电压Vg的叠加，即可实现对电网电压Vg的高低电压治理。本发明采用交流到交流的能量一级变换架构即可实现电压过低和过高问题的治理，在提升工作效率和减小装置体积的同时大大降低了成本。技术研发人员：汪洪亮,洪英鹏,孙田福,左世雄,桂熹,岳秀梅,邓孝军受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2