功率补偿设备及其控制方法与流程

本发明涉及一种功率补偿设备及其控制方法。

背景技术：

随着工业的发展，需要大量的电力。针对生成大量电力的需求，需要发展具有电力系统的发电综合设施。功率消耗在包括市区的人口密集区中增加。

由于邻避(nimby，不要建在我的地盘)现象或安装了输电设备的地点的安全方面的困境，很难新安装用于从发电综合设施向功率消耗地区供电的输电设备。因此，引发了对于柔性交流输电系统(facts)的需求，以改善功率流、系统电压和稳定性。作为facts的第三代功率补偿器的静止同步补偿器(statcom)与电力系统并联连接以补偿电力系统所需的无功功率和有功功率。

在传统的statcom中，如图1所示，尽管电力系统持续需要有功功率，但不对电力系统提供有功功率，这是因为statcom的电容器中不储存功率(电能)。换言之，当对statcom的电容器充电时，不能向电力系统提供有功功率。即，在传统的statcom中，不能在对电容器充电的同时提供有功功率。

由于传统statcom不能连续地向电力系统提供有功功率，因而电力系统不能稳定地运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题及其它问题。

本发明的另一目的在于提供一种功率补偿设备及其控制方法，该功率补偿设备能够连续地提供有功功率以向电力系统稳定地传输功率。

根据本发明的第一方面，提供了一种功率补偿设备，用于补偿电力系统的功率，使得能够从至少一个或更多个电源向负载传输功率。所述功率补偿设备包括：第一系统，其连接至所述电力系统，用以补偿所述电力系统的有功功率和无功功率；第二系统，其连接至所述第一系统，用以储存补偿有功功率和无功功率所需的功率；以及第三系统，其连接至所述第二系统，用以生成要储存在所述第二系统中的功率。所述第一系统包括：变流器，其连接至所述电力系统，用以转换功率；电容器，其连接至所述变流器，并且利用所述电力系统的有功功率或所述第二系统的功率对所述电容器充电，以及第一控制器，用于控制所述所述变流器和所述电容器。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于补偿电力系统的功率的功率补偿设备，用于将至少一个或更多个电源生成的功率传输至负载。所述功率补偿设备包括：第一系统，其连接至所述电力系统，用以补偿所述电力系统的有功功率和无功功率，并储存补偿有功功率和无功功率所需的功率；以及第二系统，其连接至所述第一系统，用以生成要储存在所述第一系统中的功率。

根据本发明的第三方面，提供了一种功率补偿设备的控制方法。所述功率补偿设备用于补偿电力系统的功率，使得能够从至少一个或更多个电源向负载传输功率，所述功率补偿设备包括：第一系统，其包括变流器和电容器；第二系统，其包括功率储存设备；以及第三系统，其包括至少一个或更多个可再生能源，其中，所述方法包括：由所述第一系统测量所述电力系统的电压和频率；由所述第一系统基于所述电压和所述频率来确定无功功率供应模式、无功功率吸收模式、有功功率供应模式和有功功率吸收模式之一；由所述第一系统根据所确定的模式对功率进行补偿；以及由所述第二系统将所述至少一个或更多个可再生能源所生成的功率储存在所述功率储存设备中。

附图说明

图1是示出传统statcom不能连续提供有功功率的状态的图；

图2是示出根据本发明实施例的供电系统的图；

图3是示出根据本发明的第一实施例的功率补偿设备的框图；

图4是详细示出功率补偿设备的电路图；

图5是示出根据本发明的第二实施例的功率补偿设备的框图；

图6是示出根据本发明实施例的初始充电模式下的用于控制功率补偿设备的方法的流程图；

图7是示出根据本发明实施例的基于模式的功率补偿设备的功率补偿方法的流程图；

图8是示出根据本发明实施例的有功功率供应模式下的控制方法的流程图；

图9是示出根据本发明实施例的有功功率吸收模式下的控制方法的流程图；

图10是示出根据本发明实施例的功率补偿设备连续供应有功功率的状态的图；

图11是示出根据本发明的第三实施例的功率补偿设备的框图。

具体实施方式

下面将结合附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的部分，并且将省略关于这些部分的重复说明。为了方便起见，本文使用了元件的后缀“模块”和“单元”，这些后缀是可交换的并且没有任何区分含义或功能。在本发明的描述中，在可能导致本发明的主题模糊时，省略了对于公知功能和构造的详细描述。附图有助于容易地理解本发明的技术构思，并且应当理解，本发明的构思不限于附图。本发明的构思应当理解为延伸至附图以外的变型、等同物和替代物。

图2是示出根据本发明实施例的供电系统的图。

参照图2，根据本发明的供电系统10可以包括电源20、电力系统30、负载40以及多个功率补偿设备50。

电源20可以包括至少一个电源单元。

电源20是指生成电能的场所或设备，并且可以被理解成用于发电的发电机。

电源20可以包括例如水力发电厂、热电厂、核电厂、发电机、功率储存设备等。功率储存设备可以包括储能系统(ees)、电池、原电池、二次电池、太阳能电池、超级电容器、燃料电池、蓄电池、飞轮等。

电源20可以包括可再生能源，诸如风力发电厂、太阳能发电厂或氢能发电厂。

可以使用当前已开发的或当前未知的各种功率储存设备作为本发明的功率储存设备。

电力系统30可以指包括用于将电源20生成的电能传输至负载40的电力线、铁架、避雷器和绝缘体的所有设备。

该电力系统的电压可以为345kv、154kv和22.9kv中的至少一个。

负载40是指消耗电源20所生成的电能的场所或设备，其可以被理解为消耗电能的消费者。

负载40可以包括至少一个负载或多个负载。

负载40可以包括消耗大量电能的工厂，诸如轧钢厂、汽车制造厂、显示器制造厂以及半导体器件制造厂。

负载40可以包括会展中心、百货公司、大型购物中心、运动设施、剧院、办公楼、政府部门、大型建筑物、大规模住宅设施等。

本发明的负载40可以包括消耗电能的各种建筑物或设施。

功率补偿设备50可以连接至电力系统30，并用以根据施加至电力系统30的无功功率和/或有功功率的供应和/或缺乏对无功功率和/或有功功率进行补偿。

功率补偿设备50可以是statcom，但不限于statcom。

功率补偿设备50可以与电力系统并联连接，但不限于此。

例如，可以在各个电力系统处安装功率补偿设备50。功率补偿设备50可以安装在负载40处或负载40附近。各电力系统30之间的距离可以相等或不等。

功率补偿设备50可以安装在可用地点以增加可用地点的可用性。

本发明的功率补偿设备50可以安装在电力系统30或负载40处以交换(即，吸收和/或供应)无功功率或有功功率，从而稳定地传输功率。

图3是示出根据本发明的第一实施例的功率补偿设备的框图。

根据本发明的第一实施例的功率补偿设备可以是图2的功率补偿设备50，但不限于图2的功率补偿设备50。

参照图3，根据本发明的第一实施例的功率补偿设备50可以包括功率补偿系统70、功率储存系统80和可再生系统90。

功率补偿系统70可以与上级控制系统60进行数据通信。因此，功率补偿系统70可以与上级控制系统60交换信息。

上级控制系统60可以包含在或不包含在功率补偿设备50中。功率补偿系统70可以与功率储存系统80进行数据通信，并且功率储存系统80可以与可再生系统90进行数据通信。

上级控制系统60可以负责管理和/或控制本发明的功率补偿设备50。

上级控制系统60可以为能量管理系统(ems)或监测控制和数据采集(scada)系统，但不限于ems或scada系统。

例如，上级控制系统60可以向下级控制系统传送指令或命令(也可以称为控制信号)，使得下级系统根据该指令或命令执行控制。

例如，上级控制系统60可以基于下级控制系统60提供的各种信息来执行分析并作出决定，从而根据分析结果或决定向下级控制系统传送指令或命令或者管理和/或控制电力系统30。

下级控制系统可以包括例如功率补偿系统70、功率储存系统80和可再生系统90中的至少一个。

功率补偿系统70可以补偿电力系统30的有功功率和/或无功功率。

功率补偿系统70可以响应于从上级控制系统60接收的指令或命令补偿有功功率和/或无功功率。这可以被称为手动运行模式。

不管上级控制系统60的指令如何，功率补偿系统70均可以检查电力系统30的状态并自发地补偿有功功率和/或无功功率，但不限于此。这可以被称为自动运行模式。

在操作者或上级控制系统60的控制下，可以将功率补偿系统70设置为手动运行模式和自动运行模式之一。

功率补偿系统70可以与上级控制系统60或功率储存系统80交换数据。

例如，功率补偿系统70可以向上级控制系统60报告特定信息或数据。这种信息或数据将在下面详细说明。

例如，功率补偿系统70可以控制功率储存系统80。即，功率补偿系统70可以向功率储存系统80传送控制信号或数据，并且功率储存系统80可以响应于从功率补偿系统70接收的控制信号或数据而储存功率或者将储存在功率储存系统80中的功率传输至功率补偿器73。

功率储存系统80可以与可再生系统90进行数据通信。

功率储存系统80可以控制可再生系统90。例如，功率储存系统80可以向可再生系统90发送与功率传输相关的控制信号，并且可再生系统90可以响应于该控制信号来操作可再生能源93以生成电力并将所生成的功率传输至功率储存系统80。所传输的功率可以储存在功率储存系统80中。

以下将更加详细地描述系统70、80和90。

可以将功率补偿系统70、功率储存系统80和可再生系统90分别称作第一～第三系统，但本发明不限于此。

功率补偿系统70可以包括功率补偿控制器71和功率补偿器73。

功率补偿控制器71可以与上级控制系统60或功率储存系统80进行数据通信。

功率补偿控制器71可以控制功率补偿器73。

如果设置了自动运行模式，则功率补偿控制器71可以在没有上级控制系统60的控制的情况下自发地控制功率补偿器73，以补偿有功功率和/或无功功率。

如果设置了手动运行模式，则功率补偿控制器71可以在上级控制系统60的控制下来控制功率补偿器73对有功功率和/或无功功率进行补偿。

功率补偿系统70的自动运行模式和手动运行模式可以由操作功率补偿系统70的操作者设置。

可替代地，功率补偿系统70的自动运行模式和手动运行模式可以由操作上级控制系统60的操作者设置。即，当操作者向上级控制系统60输入用于将功率补偿系统70设置为自动运行模式或手动运行模式的输入信号时，上级控制系统60可以基于该输入信号向功率补偿系统70传送与该运行模式相关的控制信号，并且可以根据从上级控制系统60传送的控制信号将功率补偿系统70设置为该运行模式。

如图4所示，功率补偿器73可以包括变流器75、电容器77以及第一～第三开关元件110、112和114。

变流器75可以包括多个开关元件76。例如，变流器75可以包括四个开关元件76，其中，两个开关元件可以串联连接，并且串联连接的两个开关元件并联连接以形成一对。另外，每个开关元件76可以并联连接有二极管78。以下将详细描述变流器75的配置。

在图4中，位于变流器75中的串联连接的开关元件76之间的第一节点n1可以通过变压器和电流互感器51连接至图3的电力系统30。另外，位于变流器75中的并联连接的开关元件76之间的第二节点n2可以连接至图3的功率储存系统80。另外，与电容器77和第二开关元件112连接的第三节点n3可以连接至图3的功率储存系统80。

变流器75可以是模块化多电平换流器(mmc)，但并不限于此。在mmc中，每相设置有图4所示的多个变流器75，并且这些变流器彼此串联连接。根据连接的类型，可以将三相mmc划分为星形连接拓扑结构和三角形连接拓扑结构。由于星形连接拓扑结构和三角形连接拓扑结构都是公知的，因而省略对其的说明。

本发明的变流器75可以是用于将直流电压功率转换成交流电压功率或将交流电压功率转换成直流电压功率的双向功率转换设备，但本发明不限于此。

例如，变流器75可以将从电力系统30接收的交流电压的有功功率转换成直流电压的有功功率，并利用该直流电压的有功功率对电容器77充电。

例如，变流器75可以将储存在电容器77中的直流电压的有功功率转换成交流电压的有功功率，然后将该交流电压的有功功率供应至电力系统30。

本发明的变流器75可以为包括多个开关元件76和多个二极管78的全桥电路，但本发明不限于此。

开关元件76可以为绝缘栅双极型晶体管(igbt)开关，但本发明不限于此。

二极管78可以跨接每个开关元件76。

通过对变流器75中包括的多个开关元件76进行切换，能够补偿有功功率和/或无功功率。

例如，如果电力系统30的无功功率不足，则可以切换多个开关元件76使得电压的相位与电流的相位同步。通过切换多个开关元件76可以补偿电力系统30的无功功率。

例如，如果电力系统30的无功功率过大，则可以切换多个开关元件76使得电流的相位与电压的相位同步。通过切换多个开关元件76可以吸收或消耗电力系统30的无功功率。

可以基于电压值来确定无功功率不足还是过大。此时，可以将电压值设置为判断标准。可以基于所设定的电压值来确定无功功率不足还是过大。

例如，如果电力系统30的有功功率不足，则切换多个开关元件76使得储存在电容器77或功率储存设备83中的功率供应至电力系统30。例如，如果电力系统30的有功功率过大，则切换多个开关元件76使得利用电力系统30的有功功率对电容器77或功率储存设备83充电。

可以基于频率值确定有功功率不足还是过大。此时，可以将频率值设置为判断标准。例如，电力系统30的传输和分配可以使用60hz的工业频率。因此，可以将60hz设置为用于确定有功功率不足还是过大的频率值，但本发明不限于此。

电容器77可以充电或放电。例如，利用从电力系统30或功率储存设备83接收的功率对电容器77充电。例如，电容器77可以向电力系统30输出充电功率而放电。

可以切换第一～第三开关元件110、112和114来执行控制，以供应或吸收有功功率或无功功率。

第一～第三开关元件110、112和114中的每一个可以包括至少一个或更多个串联连接的开关。可以根据电能的强度改变开关的数量，但本发明不限于此。例如，第一开关元件110可以包括至少一个或多个开关。

第一开关元件110的一端可以连接至变流器75，并且第一开关元件110的另一端可以连接至电容器77和第二开关元件112。

第二开关元件112的一端可以连接至电容器77和第一开关元件110，并且第二开关元件112的另一端可以连接至功率储存系统80的功率储存设备83的一端。

第三开关元件114的一端可以连接至变流器75，并且第三开关元件114的另一端可以连接至功率储存系统80的功率储存设备83的另一端。

可以通过功率补偿控制器71控制第一～第三开关元件110、112和114中的每一个。

响应于从功率补偿控制器71接收的一个控制信号，第一～第二开关元件110、112和第三开关元件114可以相反地操作。为此，第一～第二开关元件110、112和第三开关元件114可以为具有相反极性的功率半导体开关元件。例如，第一～第二开关元件110、112可以为p型功率半导体开关元件，而第三开关元件114可以为n型功率半导体开关元件。

响应于从功率补偿控制器71接收的具有不同电平的第一和第二控制信号，第一～第二开关元件110、112和第三开关元件114可以相反地操作。第一～第三开关元件110、112和114可以为具有相同极性的功率半导体开关元件。在这种情况下，可以响应于第一控制信号来接通第一和第二开关元件110、112，而响应于第二控制信号来关断第三开关元件114。

本发明可以包括五种操作模式，包括初始充电模式、无功功率吸收模式、无功功率供应模式、有功功率吸收模式和有功功率供应模式，但本发明并不限于此。

可以由功率补偿控制器71基于对电力系统30的状态的检查结果来确定这五种操作模式。

以下将对这些操作模式进行详细说明。

再参照图3，功率储存系统80可以包括功率储存控制器81和功率储存设备83。

功率储存控制器81可以与功率补偿控制器71或可再生系统90进行数据通信。功率储存控制器81可以在功率补偿控制器71的控制下运行。

当接收到来自功率补偿控制器71的充电请求时，功率储存控制器81可以执行控制以利用功率储存设备83的功率对功率补偿器73中的电容器77充电。

功率储存控制器81可以执行控制以向功率补偿控制器71请求利用储存在功率储存设备83中的功率作为有功功率。当接收到来自功率补偿控制器71的供应有功功率的请求时，功率储存控制器81可以利用储存在功率储存设备83中的功率作为有功功率对功率补偿器73的电容器77充电以向电力系统30供应功率，或者直接向电力系统30供应功率。

功率储存控制器81可以请求可再生系统90生成要储存在功率储存设备83中的功率，并将可再生系统90所生成的功率储存在功率储存设备83中。如果可再生系统90所生成的功率为交流电压功率，则功率储存控制器81可以执行控制以将该交流电压功率转换成直流电压功率并将该直流电压功率储存在功率储存设备83中。

功率储存控制器81可以为例如电池管理系统(bms)，但本发明不限于此。

功率储存设备83可以包括能量储存系统(ess)、电池、原电池、二次电池、太阳能电池、超级电容器、燃料电池、蓄电池和飞轮等。

可再生系统90可以包括可再生控制器91和可再生能源93。

可再生控制器91可以与功率储存控制器81进行数据通信。

可再生控制器91可以接收来自功率储存控制器81的供应功率的请求。响应于该请求，可再生控制器91可以操作可再生能源93并将可再生能源93所生成的功率传输至功率储存系统80。

可再生能源93是指生成电能的场所或设备，其可以被理解为用于发电的发电机。

可再生能源93可以包括至少一种或更多种新型可再生能源。

可再生能源93可以包括例如风力发电厂、太阳能发电厂和水力发电厂，但本发明不限于此。

功率补偿控制器71、功率储存控制器81以及可再生控制器91分别可被称作第一～第三控制器。

尽管在以上说明中单独地描述了功率补偿系统70和功率储存系统80，但功率补偿系统70和功率储存系统80可以合并。

图5是示出根据本发明的第二实施例的功率补偿设备的框图。

在根据本发明的第二实施例的功率补偿设备中，将根据本发明的第一实施例的功率补偿设备(图3)的功率补偿系统70和功率储存系统80合并在一起。例如，可以省略本发明第一实施例中的功率储存系统80的功率储存控制器81，并且由功率补偿控制器71来执行功率储存控制器81的控制功能。

本发明的第二实施例的功率储存设备83可以包含在功率补偿系统70中。因此，在本发明的第二实施例中，功率补偿控制器71不仅可以控制功率补偿器73，而且还可以控制功率储存设备83。另外，功率补偿控制器71可以直接与可再生系统90的可再生控制器91进行数据通信。因此，功率补偿控制器71可以直接控制可再生系统90，从而控制可再生系统90发电。

由于在本发明的第一实施例中详细描述了各部件的功能，因而这里将省略其重复说明。

图6是示出根据本发明实施例的初始充电模式下的控制功率补偿设备的方法的流程图。

功率补偿系统70可以被设置为在初始启动时以初始充电模式自动运行。

因此，功率补偿系统70起初可以以初始充电模式运行。

参照图6，如上所述，功率补偿系统70在初始启动时可以以初始充电模式运行(s121)。

针对初始充电模式运行，第一和第二开关元件110和112可以接通，并且第三开关元件114可以关断。

功率补偿控制器71可以检查电容器77的电荷量以确定电容器77的电荷量是否不足(s123)。可以通过检测电容器77的电压来检查电容器77的电荷量，但本发明不限于此。

如果电容器77的电荷量不足，则功率补偿控制器71可以向功率储存系统80发送充电请求信号(s125)。

功率储存系统80的功率储存控制器81可以接收该充电请求信号，并响应于该充电请求信号而检查功率储存设备83的电荷状态。

如果功率储存设备83的电荷量等于或大于阈值，则功率储存控制器81可以将功率储存设备83的功率传输至功率补偿系统70的功率补偿器73。可以利用所传输的功率对功率补偿器73的电容器77充电(s127)。

功率补偿控制器71可以持续地检查电容器77的电荷状态以确定电容器77是否已充满(s129)。电容器充满可以意味着电容器77被充电至其最大容量，但本发明不限于此。

当电容器77充满时，功率补偿控制器71可以将第二开关元件112从导通状态切换为截止状态并保持第一和第三开关元件110和114不变。即，第一开关元件110可以保持导通状态，第三开关元件114可以保持截止状态。

当电容器77充满时，功率储存系统80可以向功率补偿系统70发送初始充电完成信号。

当电容器77充满时，可以结束功率补偿系统70在初始充电模式下的运行。

图7是示出根据本发明实施例的用于基于模式补偿功率补偿设备中的功率的方法的流程图。

参照图7，功率补偿系统70可以测量电力系统30的电压和频率(s131)。为此，可以在电力系统30与功率补偿设备50之间设置电压互感器和电流互感器51。

可以通过电流互感器检测电力系统30的电流，并通过变压器检测电力系统30的电压。

可以通过针对所检测的电压执行数字信号处理来测量电力系统30的电压。

另外，可以基于从所检测的电压和电流获得的相位来测量电力系统30的频率。

在不进行测量的情况下，电力系统30的频率可以为作为电力系统30中使用的工业频率的60hz，但本发明不限于此。

功率补偿系统70可以基于电力系统30的电压或频率确定运行模式。

功率补偿系统70可以基于电压确定无功功率供应模式或无功功率吸收模式(s133)。另外，功率补偿系统70可以基于频率确定有功功率供应模式或有功功率吸收模式。

功率补偿系统70可以根据所确定的运行模式来补偿有功功率或无功功率(s135)。

在下文中，将详细说明基于运行模式的功率补偿方法。

无功功率供应模式和无功功率吸收模式

如果在图7的s133中确定了无功功率供应模式或无功功率吸收模式，则功率补偿控制器71可以接通第一和第二开关元件110和112并关断第三开关元件114。

此时，已经在初始充电模式下利用从功率储存设备83接收的功率对电容器77充电。

例如，如果图7的s131中所测量的电力系统30的电压小于基准值或设定值，则功率补偿控制器71可以确定无功功率供应模式，并切换功率补偿器73的多个开关元件76使得电压的相位与电流的相位同步。通过切换开关元件76，可以向电力系统30供应无功功率或补偿无功功率。

例如，如果图7的s131中所测量的电力系统30的电压大于基准值或设定值，则功率补偿控制器71可以确定无功功率吸收模式，并且切换功率补偿器73的多个开关元件76使得电流的相位与电压的相位同步。通过切换开关元件76，可以吸收或消耗电力系统30的无功功率。

可以通过功率补偿控制器71控制功率补偿器73的多个开关元件76。

有功功率供应模式

图8是示出根据本发明实施例的有功功率供应模式下的控制方法的流程图。

在有功功率供应模式的运行中，可以将储存在功率补偿系统70的电容器77中的功率或储存在功率储存系统80的功率储存设备83中的功率作为有功功率供应给电力系统30。例如，可以先将储存在电容器77中的功率作为有功功率供应至电力系统30，并且当电容器77的电荷量变得不足时，可以将功率储存设备83中储存的功率作为有功功率供应给电力系统30。

为了向电力系统30供应有功功率，功率补偿系统70的功率补偿控制器71可以控制第一和第三开关元件110和114，使得第一开关元件110接通且第三开关元件114关断。可以接通或关断第二开关元件112，使得功率储存系统80的功率储存设备83的功率不再供应给电容器77。如果电容器77充满，则可以关断第二开关元件112。如果电容器77的电荷量不足，则可以接通第二开关元件112以利用从功率储存系统80的功率储存设备83接收的功率对电容器77充电。

如果已对电容器77或功率储存设备83充电，则功率补偿系统70的功率补偿控制器71可以通知上级控制系统60可以供应有功功率。如果电力系统30的有功功率不足，则上级控制系统60可以控制或调整由连接至电力系统30的至少一个或更多个电源20生成或供应的有功功率，使得本发明的功率补偿设备50补偿该有功功率。此后，如果电力系统30的有功功率不足，则上级控制系统60可以向功率补偿系统70传送用于批准供应有功功率的命令，并且功率补偿系统70可以根据该命令将储存在电容器77或功率补偿设备50中的功率作为有功功率供应给电力系统30。

参照图8，功率补偿控制器71可以检查电容器77是已充电(s141)。

可以基于电容器77的电荷量或电容器77的电压确定电容器77是否已充电，但本发明不限于此。

如果电容器77没有被充电，即，如果电容器77的电荷量不足，则功率补偿控制器71可以执行控制以接通第二开关元件112，从而请求来自功率储存系统80的功率储存控制器81的功率供应，并在功率储存控制器81的控制下利用从功率储存设备83接收的功率对电容器77充电(s143)。

如果电容器77已充电，则功率补偿控制器71可以控制电容器77将电容器77的功率作为有功功率供应给电力系统30(s145)。此时，可以切换变流器75的多个开关元件76。例如，在以直流电压功率对电容器77充电的情况下，可以通过切换变流器75的开关元件76将直流电压功率转换成交流电压功率，然后将交流电压功率供应给电力系统30作为有功功率。

例如，如果电力系统30所测得的频率变得小于预定频率(例如，工业频率60hz)，则功率补偿控制器71可以控制电容器77使得电容器77的供应功率给电力系统30作为有功功率。

当电容器77向电力系统30供应功率作为有功功率时，电容器77放电使得电容器77的电荷量减少。

功率补偿控制器71可以确定电容器77的电荷量或电容器77的电压是否小于第一设定值(s147)。

第一设定值是预先确定的，并且可以设定为例如电容器77的最大电荷量的10％～40％，但本发明不限于此。

如果电容器77的电荷量小于第一设定值，则功率补偿控制器71可以确定电容器77的电荷量不足。

如果电容器77的电荷量大于第一设定值，则功率补偿控制器71可以确定可以越来越多地使用电容器77的功率作为要供应至电力系统30的有功功率。

如果电容器77的电荷量小于第一设定值，则功率补偿控制器71可以控制第一至第三开关元件110、112和114，使得第一和第二开关元件110、112关断且第三开关元件114接通。在这种情况下，可以将储存在功率储存设备83中的功率直接传送至变流器75。因此，通过切换变流器75的多个igbt开关，可以将从功率储存设备83接收的直流电压功率转换成交流电压的有功功率，然后供应给电力系统30(s149)。

可以将功率储存设备83中储存的功率传送至功率补偿系统70的变流器75以使得功率储存设备83放电，由此减少功率储存设备83的电荷量或电荷储存量。

功率储存系统80的功率储存控制器81可以确定功率储存设备83的电荷量是否小于第二设定值(s151)。

第二设定值是预先确定的，并且可以设置为例如功率储存设备83的最大电荷量的10％～40％，但不发明不限于此。

如果功率储存设备83的电荷量小于第二设定值，则功率储存控制器81可以确定功率储存设备83的电荷量不足。

如果功率储存设备83的电荷量大于第二设定值，则功率储存控制器81可以确定可以越来越多地将功率储存设备83的电力供应给功率补偿系统70的变流器75。

如果功率储存设备83的电荷量小于第二设定值，则功率储存控制器81可以确定不能将功率储存设备83的功率供应给变流器75并关断第三开关元件114，使得不再将功率储存设备83的功率供应至变流器75。此时，处于截止状态的第一和第二开关可以保持截止状态或接通，但本发明不限于此。

此后，功率储存控制器81可以控制可再生系统90，以便将从可再生系统90传送的功率储存在功率储存设备83中(s153)。

更具体地，如果功率储存设备83的电荷量小于第二设定值，则功率储存控制器81可以向可再生系统90请求功率供应。

响应于来自功率储存控制器81的功率供应请求，可再生系统90的可再生控制器91可以操作至少一个或更多个可再生能源93，从而发电。

可再生控制器91可以将可再生能源93生成的功率传送至功率储存系统80。功率储存控制器81可以控制功率储存设备83，使得将从新的可再生能源93接收的功率储存在功率储存设备83中。

当将从可再生能源93接收的功率储存在功率储存设备83中时，如果来自本发明的功率补偿设备50的有功功率被持续供应至电力系统30，则功率补偿控制器71可以接通第一和第二开关并向电力系统30供应电容器77的电荷量的10％～40％有功功率，但本发明不限于此。

如果从可再生能源93接收的功率被完全储存在功率储存设备83中，则可以接通第一和第二开关以将功率储存设备83的功率传送至功率补偿系统70，从而对电容器77充电。在利用功率储存设备83的功率对电容器77充电之后，可以通过变流器75的功率变换处理向电力系统30供应交流电压的有功功率。

作为另一示例，如果从可再生能源93接收的功率完全储存在功率储存设备83中，则可以接通第三开关以将功率储存设备83的功率直接传送至功率补偿系统70的变流器75，从而通过变流器75的功率变换处理将交流电压的有功功率供应至电力系统30。

根据本发明，可以使用功率补偿系统70的电容器77中储存的功率将有功功率供应至电力系统30。并且，当电容器77中储存的功率不再被供应至电力系统30时，可以将功率储存系统80的功率储存设备83中储存的功率直接供应给电力系统30，以向电力系统持续供应有功功率，从而在任何时间向电力系统30稳定地供应功率，如图10所示。

有功功率吸收模式

图9是示出根据本发明实施例的有功功率吸收模式下的控制方法的流程图。

在有功功率吸收模式下，可以利用电力系统30的有功功率对功率补偿系统70的电容器77或功率储存系统80的功率储存设备83充电。例如，可以首先利用电力系统30的有功功率对功率补偿系统70的电容器77充电，并且，当电容器77被充满时，可以将电力系统30的有功功率储存在功率储存系统80的功率储存设备83中。

在有功功率吸收模式下，功率补偿控制器71可以控制第一至第三开关元件110、112和114，使得第一和第二开关接通且第三开关关断。

参照图9，如果电力系统30所测得的频率大于设定频率(例如，60hz的工业频率)，则功率补偿控制器71可以确定电力系统中的有功功率的量过大。

基于该确定的结果，功率补偿控制器71可以利用电力系统30的有功功率对功率补偿器73的电容器77充电(s161)。

更具体地，当确定电力系统30的有功功率的量过大时，功率补偿控制器71可以控制变流器75，使得将电力系统30的交流电压的有功功率变换成直流电压的有功功率并利用该直流电压的有功功率对电容器77充电。

如果电容器77被电力系统30的有功功率充满(s163)，则功率补偿控制器71可以控制第一至第三开关元件110、112和114，使得第一和第二开关关断且第三开关接通。

因此，电力系统30的有功功率可以经由功率补偿器73的变流器75传送至功率储存系统80。

如果从功率补偿系统70传送了有功功率，则功率储存系统80的功率储存控制器81可以控制功率储存设备83以将所传送的有功功率储存在功率储存设备83中(s167)。

在将从功率补偿系统70接收的有功功率储存在功率储存设备83中之前，功率储存控制器81可以检查是否从可再生系统90传送了功率。

如果从功率补偿系统70接收了有功功率，则无需从可再生系统90接收功率以储存在功率储存设备83中。

相应地，如果从可再生系统90接收了功率，则功率储存控制器81可以控制可再生系统90以停止从可再生系统90传输功率(s165)。

更具体地，如果从可再生系统90接收了功率，则功率储存控制器81可以请求停止从可再生系统90传输功率。可再生系统90的可再生控制器91可以执行控制，使得不向功率储存系统80传送可再生系统90所生成的功率或停止可再生能源93的操作以不再响应于请求而发电。

同时，功率补偿系统70的功率补偿控制器71可以监控电力系统30的频率，以确定是否吸收电力系统30的有功功率，使得电力系统30的频率在稳定范围内(s169)。

该稳定范围可以为60hz的工业频率的±1.67％～3.4％。即，该稳定范围可以为58hz～62hz。优选地，该稳定范围可以为59hz～60.5hz。

电力系统30的频率与该稳定范围相比，这是因为作为电力系统30中使用和定义的工业频率的60hz不总是恒定的。在国内电力企业运行时，将工业频率设定为60hz±0.2hz。为了维持工业频率，电力系统执行控制以校正电力生成与消耗之间的不平衡。然而，如果频率在该稳定范围之外，则由于电力生成与消耗之间的不平衡来改变频率并可能发生电力故障。功率补偿系统70可以用作控制单元，并且其控制方法将在下面描述。

当确定电力系统30的频率在该稳定范围之内时，功率补偿控制器71可以执行控制，使得不吸收电力系统30的有功功率(s171)。即，可以停止有功功率的吸收。

为此，功率补偿控制器71可以停止变流器75的操作。当变流器75的操作停止时，由于变流器75中包含的多个igbt开关不切换，因而电力系统30的有功功率不再储存在电容器77或功率储存设备83中。这可以意味着停止吸收电力系统30的有功功率。

根据本发明，可以利用电力系统30的有功功率对电容器77充电，并且，当电容器77被充满时，可以将电力系统30的有功功率储存在功率储存设备83中以持续地储存电力系统30的有功功率，从而向电力系统30稳定地供应功率。

当将电力系统30的有功功率储存在功率储存设备83中时，可以不从可再生系统90接收功率，从而降低发电成本。

另外，在本发明中，可以使用吸收了电力系统30的有功功率的电容器77或功率储存设备83向电力系统30供应有功功率，使得连接至电力系统30的至少一个或更多个电源20不生成功率或者电源所生成的功率量减少，从而降低发电成本。

图11是示出根据第三实施例的功率补偿器的框图。

除了删除了功率补偿器73中包含的第一至第三开关元件110、112和114和电容器77之外，第三实施例与第一和第二实施例类似。

功率补偿器73可以只包括变流器75。相应地，变流器75的输入端可以通过变压器和电流互感器51连接至电力系统30，并且变流器75的输出端可以直接连接至功率储存设备83。

另外，功率补偿控制器71可以控制功率储存设备83和功率补偿器73的变流器75两者。另外，功率补偿控制器71可以直接控制可再生系统90以从可再生系统90接收功率或停止功率传输。

作为第一示例，功率补偿控制器71可以基于所感侧的电力系统30的电压控制变流器75以使得电流的相位与电压的相位同步，由此与电力系统30交换无功功率。

例如，如果电力系统30的无功功率不足，则功率补偿控制器71可以补偿电力系统30的无功功率，而如果电力系统30的无功功率的量过大，则功率补偿控制器71可以从电力系统30吸收无功功率。

作为第二示例，功率补偿控制器71可以基于电力系统的频率控制变流器75，以储存电力系统30的有功功率或向电力系统供应有功功率。

例如，如果电力系统30的有功功率不足，则功率补偿控制器71可以将储存在功率储存设备83中的功率供应至电力系统30作为有功功率。如果储存在功率储存设备83中的功率小于设定值，则功率补偿控制器71可以控制可再生系统90以从可再生系统90接收功率并将功率储存在功率储存设备83中。

作为示例，可以将储存在功率储存设备83中的功率供应至电力系统30，同时，可以将从可再生系统90传送的功率储存在功率储存设备83中，但本发明不限于此。

作为另一示例，代替将功率储存在功率储存设备83中，如果向电力系统30供应有功功率，则可以将可再生系统90的可再生能源93所生成的功率通过变流器75直接供应至电力系统，但本发明不限于此。

现在将描述根据本发明的功率补偿设备及其控制方法的效果。

根据本发明的至少一个实施例，使用储存在功率补偿系统(第一系统)的电容器中的功率向电力系统供应有功功率，并且，当储存在电容器中的功率不能供应至电力系统时，将储存在功率储存系统(第二系统)的功率储存设备中的功率供应给电力系统，从而持续地向电力系统供应有功功率。因此，能够稳定地向电力系统供应功率。

根据本发明的至少一个实施例，可以利用电力系统的有功功率对电容器充电，并且，当电容器被完全充满时，将电力系统的有功功率储存在功率储存设备中，由此持续地储存电力系统的有功功率。因此，能够稳定地向电力系统供应功率。

另外，在本发明中，当将电力系统的有功功率储存在功率储存设备中时，不从可再生系统(第三系统)接收功率。因此，能够降低功率转换处理中发生的损耗。

在本发明中，由于可以始终使用储存了电力系统的有功功率的电容器或功率储存设备向电力系统供应有功功率，在连接至电力系统的至少一个或多个电源中不生成功率或者电源所生成的功率量减少，由此降低发电成本。

因此，上述示例性实施例在所有方面理解为解释性和非限制性的。本发明的范围由所附权利要求书及其法律等同物而非以上说明确定，并且旨在包含所附权利要求书的含义和等同范围内的所有变化。