混合无功补偿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种混合无功补偿装置，其包括与高压电网连接并用于采集高压电网的电压和电流的采样单元、与采样单元连接的控制器和三相调压器，三相调压器的低压侧电连接至少一有源无功发生单元和至少一无源补偿单元，有源无功发生单元和无源补偿单元并联，控制器包括用于调节三相调压器的电压输出量的调压控制器和用于调节有源无功发生单元输出的无功功率的有源控制器，采样单元分别传输电信号至调压控制器和有源控制器；有源无功发生单元和无源补偿单元输出的补偿信号经三相调压器传输至高压电网。本实用新型实现对高压电网无功的快速响应，并避免过补现象，且该混合无功补偿装置在无功功率输出的过程中不会产生谐波。
【专利说明】混合无功补偿装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无功补偿装置，特别涉及一种调压式智能混合无功补偿装置。
【背景技术】
[0002]目前市场上关于高压动态无功补偿的产品主要有高压有源无功补偿装置(SVG)、电压无功智能补偿装置(VQC)、磁控式高压动态无功补偿装置(MCR型SVC)和相控式高压动态无功补偿装置(TCR型SVC)。
[0003]其中高压有源无功补偿装置能够快速的响应系统的无功需求的问题，响应时间小于IOms,实时跟踪无功的变化，但是需要由若干个IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)功率模块串联以形成需要的高电压，所以必须解决好IGBT的开关同时性问题，同时也要为IGBT元件设置完善的过电压保护。虽然随着IGBT元件制造水平的提高，各厂家可以购买耐压达到4500V的IGBT，实现35kV级直挂链式SVG投入运行，但是目前产品的价格成本高昂，而且维护所需技术水平高，所以从性能价格比的角度考虑，不合适广泛地推广使用。
[0004]电压无功智能补偿装置通过调节电容器两端端电压从而改变容性无功的输出，但不能实现反向无功输出(即感性无功输出)，导致轻载或空载状态下出现过补现象。
[0005]磁控式高压动态无功补偿装置和相控式高压动态无功补偿装置，在运行过程中，因通过晶闸管调节无功的输出而导致了大量谐波的产生，且自身损耗大。
[0006]对于上述产品，虽然可以解决供电系统的主要问题，但还存在相关的隐患，不适合广泛地推广使用。
实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中无功补偿装置无法同时实现快速响应供电电网中各种运行工况(如满载工况、正常运行工况、轻载工况)、会产生大量谐波的缺陷，提供一种具有对高压电网中无功需求的快速响应功能的混合无功补偿装置。
[0008]本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
[0009]本实用新型提供一种混合无功补偿装置，其特点在于，其包括一与一高压电网电连接并用于采集该高压电网的电压和电流信号的采样单元、一与该采样单元电连接的控制器和一三相调压器，该三相调压器的低压侧电连接至少一有源无功发生单元和至少一无源补偿单元，该有源无功发生单元和该无源补偿单元并联该控制器包括一用于调节该三相调压器的电压输出量的调压控制器和一用于调节该有源无功发生单元输出的无功功率的有源控制器，该采样单元分别传输电信号至该调压控制器和该有源控制器；
[0010]该有源无功发生单元和该无源补偿单元输出的补偿信号经该三相调压器传输至该闻压电网。
[0011]较佳地，该三相调压器为一三相自耦式调压器。本领域的技术人员知道，本实用新型的三相调压器并不限于三相自耦式调压器，还可以选用其他类型的三相调压器。
[0012]较佳地，该有源无功发生单元为电压源型有源装置，可直接控制桥式逆变电路输出感性或容性无功电流。该有源无功发生单元输出的电流不依赖于高压电网上传输的电压，其表现为恒流源特性，在高压电网的电压跌至额定电压的30%时仍可以输出额定无功电流，并在此基础上快速(响应时间小于IOms)输出高压电网所需要的容性或感性无功功率，通过三相调压器反送到高压电网，从而完全满足高压电网对无功的需求，并有效的抑制高压电网中电压的波动。
[0013]较佳地，该高压电网上的电压为10KV/35KV。
[0014]较佳地，该无源补偿单元包括若干并联的电容器。其中，该无源补偿单元提供容性无功功率，通过三相调压器改变电容器两端的端电压，从而改变送到高压电网的无功量。
[0015]较佳地，该有源无功发生单元的开关频率为10-20KHZ。
[0016]本实用新型的积极进步效果在于:
[0017]本实用新型的混合无功补偿装置实现对高压电网无功的快速响应，并避免过补现象，且该混合无功补偿装置在无功功率输出的过程中不会产生谐波。还有，相对于高压有源无功补偿装置、磁控式高压动态无功补偿装置和相控式高压动态无功补偿装置，本实用新型生产成本低；且因设有低压的无源补偿单元和有源无功发生单元，所以便于维护，为用户节省了大量的人力和物力。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型较佳实施例的混合无功补偿装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
[0020]如图1所示，在本实用新型实施例中提供了一种混合无功补偿装置，其包括一与一高压电网7电连接并用于采集该高压电网7的电压和电流信号的采样单元6、一与该采样单元6电连接的控制器和一三相自耦式调压器5，该三相自耦式调压器5的低压侧电连接至少一有源无功发生单元2和至少一无源补偿单元1，该有源无功发生单元2和该无源补偿单元I并联，该控制器包括一用于调节该三相自耦式调压器5的电压输出量的调压控制器4和一用于调节该有源无功发生单元2输出的无功功率的有源控制器3，该采样单元6分别传输电信号至该调压控制器4和该有源控制器3，该调压控制器4与该三相自耦式调压器5电连接，该有源控制器3与该有源无功发生单元2电连接。该有源无功发生单元2和该无源补偿单元I输出的补偿信号即无功功率经该三相自耦式调压器5传输至该高压电网7。
[0021]其中，图1中给出该混合无功补偿装置包括一个有源无功发生单元2和一个无源补偿单元I的结构示意图，但本领域的技术人员知道，该混合无功补偿装置包括的有源无功发生单元2和无源补偿单元I的数量可根据需要适当调整。
[0022]该无源补偿单元I的容量可根据实际需求，由多个电容器并联组成电容器组。该电容器组采用优质的电力电容器，可靠性高、寿命长、损耗小、运行温升低，并配有电容器保护功能，电容器内置有放电装置。电容器组配有外熔丝保护，可根据用户情况选配电抗率为1%-13%的串联电抗器，抑制特定次谐波。该混合无功补偿装置将电容器组一次性固定投入，通过该调压控制器4改变该三相自耦式调压器5的输出电压，从而改变电容器组的无功补
偿容量。
[0023]该有源无功发生单元2采用变压器隔离并网、多重模块并联扩展运行的方式，具有极高的可靠性和系统安全性。其开关频率高达20纽2，远高于链式高压有源无功补偿装置的平均开关频率，高压有源无功补偿装置的平均开关频率小于1纽2 ；同时采用空间矢量脉宽调制)追踪技术、双闭环逻辑控制方式，保证了隔离并网式升压有源无功发生单元的高效滤波和精确稳压的出众性能。
[0024]而且，该有源无功发生单元2为可控无功源，根据高压电网7的状况，进行主动式实现从感性到容性的连续、快速无功调节，有效抑制电压波动与高压电网振荡，改善负荷三相不平衡，增强高压电网稳定性。
[0025]该调压控制器4的控制原理与一般的电容器无功量的控制原理不同。该调压控制器4的控制原理是把一组大容量无功补偿电容器并接在一台可有载调压的三相自耦式调压器5的输出侧，三相自耦式调压器5的低压侦赌在电容开关柜的下方，通过对三相自耦式调压器5的~个档位(如9个档位)的调节，改变该无源补偿单元1的端电压，从而改变该无源补偿单元1输出的无功功率。
[0026]该三相自耦式调压器5的高压侧额定电压可为6-35.,容量根据补偿量作对应调整。电压调节范围可为额定电压的50%-100%，连接组别采用三相三线星形接法。该三相自耦式调压器5包括~个档位(如9个档位或12个档位),该调压控制器4可将该三相自耦式调压器5调节至不同的档位。
[0027]上面介绍了该混合无功补偿装置包括的部件和部分部件具有的性能，下面具体介绍该混合无功补偿装置实现对高压电网无功的快速响应的工作流程:
[0028]假设高压电网7上传输的电压为35.，有源无功发生单元2输出的最大无功功率30X1。采集单元6采集高压电网7上的电压信号和电流信号并将采集到的电压信号和电流信号传输至调压控制器4和有源控制器3，调压控制器4和有源控制器3根据该电压信号和电流信号计算该高压电网7的无功需求量。
[0029]例如，三相自耦式调压器5包括9个档位，这9个档位对应的电压分别为400乂、350乂、3007、2507、2007、1507、1007、507和07，当三相自耦式调压器5分别调节到这9个档位时无源补偿单元1对应输出的无功功率为401(1351(1301(1251(1201(1151(1101(151(1和0X1。当前三相自耦式调压器5调在第5个档位，即三相自耦式调压器5低压侧输出的电压为2007，无源补偿单元1对应输出的无功功率为20X1。
[0030]若调压控制器4和有源控制器3根据该电压信号和电流信号计算高压电网7的当前无功需求量为30鼎，当前无源补偿单元1输出的无功功率为20X1，则有源控制器3控制有源无功发生单元2输出无功功率10X1，就可满足高压电网7的无功需求量。
[0031]接着，若调压控制器4和有源控制器3根据该电压信号和电流信号计算高压电网7的当前无功需求量为50X1，当前无源补偿单元1输出的无功功率为20X1，则有源控制器3控制有源无功发生单元2输出最大无功功率30X1，就可满足高压电网7的无功需求量。
[0032]接着，若调压控制器4和有源控制器3根据该电压信号和电流信号计算高压电网7的当前无功需求量为60X1，当前无源补偿单元1输出的无功功率为20X1，因为有源无功发生单元2输出的最大无功功率为30X1，则有源控制器3控制有源无功发生单元2输出最大无功功率30X1，而无源补偿单元1和有源无功发生单元2输出的无功功率的总和为50鼎，并无法满足高压电网7对无功量的需求60X1。这时，调压控制器4调节三相自耦式调压器5投切至第7档位，进而调节该三相自耦式调压器5的电压输出量为3007，则无源补偿单元1输出的无功功率为30X1，这样无源补偿单元1输出的无功功率为301(1和有源无功发生单元2输出的无功功率301(1汇总经三相自耦式调压器5传输至高压电网7，满足了高压电网7对无功量的需求。
[0033]接着，若调压控制器4和有源控制器3根据该电压信号和电流信号计算高压电网7的当前无功需求量为70X1，当前无源补偿单元1输出的无功功率为30X1，有源控制器3控制有源无功发生单元2输出最大无功功率30X1，而无源补偿单元1和有源无功发生单元2输出的无功功率的总和为60X1，并无法满足高压电网7对无功量的需求70X1。这时，调压控制器4调节三相自耦式调压器5投切至第9档位，进而调节该三相自耦式调压器5的电压输出量为4007，则无源补偿单元1输出的无功功率为40X1，这样无源补偿单元1输出的无功功率为401(1和有源无功发生单元2输出的无功功率301(1汇总经三相自耦式调压器5传输至高压电网7，满足了高压电网7对无功量的需求。
[0034]接着，若调压控制器4和有源控制器3根据该电压信号和电流信号计算高压电网7的当前无功需求量为90X1，当前无源补偿单元1输出的无功功率为40X1，有源控制器3控制有源无功发生单元2输出最大无功功率30X1，而无源补偿单元1和有源无功发生单元2输出的无功功率的总和为70X1，并无法满足高压电网7对无功量的需求90X1。然而这时，无源补偿单元1和有源无功发生单元2分别输出的无功功率均为最大的无功功率，遇到这种情况时，可以采取两种方案，第一种方案为:再并入一个有源无功发生单元2，有源控制器3控制有源无功发生单元2输出无功功率20X1，通过上述操作就可满足高压电网7的无功需求量90X1。第二种方案为:再并入一个无源补偿单元1，然后两个无源补偿单元1输出的无功需求量为80X1，其后有源控制器3再控制有源无功发生单元2输出无功功率10X1，就可满足高压电网7的无功需求量90鼎。
[0035]本实用新型相对于现有技术具有的有益效果为:
[0036]0、本实用新型通过无源补偿单元、有源无功发生单元、三相自耦式调压器、调压控制器和有源控制器的配合使用，实现了对高压电网无功的快速响应，并避免过补现象。
[0037]本实用新型在无功输出的过程中不会产生谐波，且相对于高压有源无功补偿装置、磁控式高压动态无功补偿装置和相控式高压动态无功补偿装置，生产成本低；且因设有低压的无源补偿单元和有源无功发生单元，所以便于维护，为用户节省了大量的人力和物力。
[0038]解决了无源补偿单元中电容器投切过程中产生的过电压、涌流冲击等技术问题，具有实时稳定电网电压，提高系统功率因数、降低线路损耗，改善电网供电质量的功能。
[0039]无源补偿单元中电容器组切换是通过有载调压方式，电容器在档之间不会出现断电的过程，因此无过电压存在，对高压电网的电流冲击也很小，并且电容器大部分时间工作在较低电压，可以保证电容器安全，大大延长其使用寿命。
[0040]有源无功发生单元可实现从感性到容性的连续、快速无功调节，有效抑制电压波动与系统振荡，改善负荷三相不平衡，增强高压电网的稳定性。[0041]避免了高压有源无功补偿装置需要由若干个叩81功率模块串联以形成需要的高电压问题，有效的解决好1681的开关同时性问题，同时也为叩81元件设置完善的过电压保护。
[0042]虽然以上描述了本实用新型的【具体实施方式】，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种混合无功补偿装置，其特征在于，其包括一与一高压电网电连接并用于采集该高压电网的电压和电流信号的采样单元、一与该采样单元电连接的控制器和一三相调压器，该三相调压器的低压侧电连接至少一有源无功发生单元和至少一无源补偿单元，该有源无功发生单元和该无源补偿单元并联，该控制器包括一用于调节该三相调压器的电压输出量的调压控制器和一用于调节该有源无功发生单元输出的无功功率的有源控制器，该采样单元用于分别传输电信号至该调压控制器和该有源控制器； 该有源无功发生单元和该无源补偿单元输出的补偿信号经该三相调压器传输至该高压电网。
2.如权利要求1所述的混合无功补偿装置，其特征在于，该三相调压器为一三相自耦式调压器。
3.如权利要求1所述的混合无功补偿装置，其特征在于，该有源无功发生单元为电压源型有源装置。
4.如权利要求1所述的混合无功补偿装置，其特征在于，该高压电网上的电压为10KV/35KV。
5.如权利要求1所述的混合无功补偿装置，其特征在于，该无源补偿单元包括若干并联的电容器。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的混合无功补偿装置，其特征在于，该有源无功发生单元的开关频率为10-20KHZ。
【文档编号】H02J3/18GK203632256SQ201320827607
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】何庆亚, 张二敢, 张家兵, 蒋克勇 申请人:上海追日电气有限公司