[發明專利]通過容性阻抗連接的靜態同步無功補償裝置及控制方法

有效

• 申請號: 200710196710.6
• 申請日: 2007-11-30
• 公開（公告）號: CN101409450A
• 公開（公告）日: 2009-04-15
• 發明（設計）人: 黃民聰;林智聲;戴寧怡
• 申請（專利權）人: 澳門大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司
• 代理人: 楊煥軍

技術領域

本發明涉及電力系統中的靜態同步無功補償裝置及控制方法，屬于電氣工程中的變流技術領域。?

背景技術

傳統的無功補償手段有機械投入的并聯電容器，以及調相機等幾種。但它們都存在著一些問題，如最常見的并聯電容器就有運行不便，在系統電壓降低時不能有效的提供無功支持等缺點。而調相機雖然動態性能較好，運行范圍也較寬，但是由于包含轉動部分，其設備及運行成本都較高。?

靈活交流輸電(FACTS)技術的出現給電力系統帶來了新的控制技術和應用手段。靜態無功補償器(Static?Var?Compensator，SVC)和靜態同步補償器(Static?Synchronous?Compensator，STATCOM)是用來調節交流電網無功，即進行無功補償的重要FACTS設備。與傳統的電磁器件相比，他們的動態響應速度高，工作范圍寬，容性或感性補償都很容易實現。其中SVC基于可控硅型開關元件，主要由一系列無源元件組成。STATCOM是由基于GTO或IGBT等開關組件的逆變器，直流電容和連接STATCOM與電力系統的無源元件組成。文獻“靜止同步補償器與傳統靜止無功補償器的比較與分析”(華東電力，2005.Vol.33?No.9：16-18)中指出，與SVC相比STATCOM響應速度快、控制穩定性好、交流側電源諧波含量較小，但STATCOM的控制比SVC復雜，成本也較高。?

現有的STATCOM通過純電感將三相電壓逆變器并聯到電力系統中，如“無功補償裝置的控制方法及裝置”(中國發明專利，公開日：2003年9月6日，公開號CN1414679)。圖1是現有STATCOM的系統結構示意圖。STATCOM通過控制逆變器的輸出電壓達到改變注入系統無功功率的目的。實際系統中，大多數負載是感性負載，需要補償器注入容性無功來補償功率因數。如圖2所示，當STATCOM向系統注入容性無功的時候，電壓型逆變器的輸出電壓必須高于系統電壓，這使得電壓型逆變器直流電容部分必須保持較高的電壓，相應的逆?變器所選用的開關元件也必須有較高的耐壓值，因而增加了成本；隨著直流電容電壓值的增大，開關損耗也隨之增大。?

現有的無功補償裝置通過變壓器或電感將三相電壓逆變器并聯到電力系統中，而變壓器運行時有直流偏磁的問題，在專利“無功電力補償裝置”(日本特許廳，公開日：1996年8月13日，公開號：JP特開平8-207626A)中，通過串聯電容以減低無功補償裝置中變壓器的直流偏磁，在此系統中的串聯電容等效于直流濾波器的作用，但串聯連接逆變器和電力系統之間的基頻等效總阻抗仍為感性，不能利用該電容做無功補償以減小逆變器的直流側電壓，從而減小逆變器的容量。?

發明內容

本發明的目的是為了減小電壓型逆變器的直流電容電壓，降低開關元件的成本以及開關損耗，提供一種通過容性阻抗將逆變器并聯在電力系統中的靜態無功補償裝置及控制方法。?

為了實現以上目的，本發明提供一種通過容性阻抗連接的靜態同步無功補償裝置，包括：基于全控型電力電子器件的電壓型逆變器以及控制裝置，還包括連接逆變器和電力系統的容性阻抗，所述容性阻抗包括一個為了補償無功而設定的電容和一個為了抑制電流波動而加的電感；其特征在于，所述電容取值通過以下步驟確定：?

通過下式確定電容的容性阻抗：?

其中Vs是電力系統相電壓的有效值，Q₀是根據所述通過容性阻抗連接的靜態同步無功補償裝置安裝地點所需的無功補償容量確定的單相平均無功功率，Q₀可以通過下式來計算：?

其中，Q為負載的瞬時無功功率，時間T根據所述通過容?性阻抗連接的靜態同步無功補償裝置安裝地點的負荷波動情況來選定，可以選擇一天或者一周或其它的時間長度；進而所述電容的大小可以根據下式確定：?

ω＝2πf_s，f_s為電力系統運行的頻率；?

所述電感的取值可以根據下式估算：?

式中E是所采用逆變器輸出電壓發生一個電平的變化時的電壓輸出差值，T_s是脈寬調制的控制周期，I_ripple是實際系統對輸出電流設定的波動范圍，k是調整系數，k選取0.4～0.6之間的數值，并避免電感與所述電容諧振在諧波頻率。?

本發明提供一種基于權利要求1裝置的通過容性阻抗連接的靜態同步無功補償控制方法，其特征在于包括如下步驟：?

(1)按照下式計算三相的瞬時無功功率：?