[發明專利]無涌流高速跟蹤無功功率補償器及其控制方法

有效

• 申請號: 201010201644.9
• 申請日: 2010-06-17
• 公開（公告）號: CN101917009A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 李建明;遲恩先;李波
• 申請（專利權）人: 山東山大華天科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種用于對電力系統中的無功功率進行高速跟蹤補償的無涌流高速跟蹤無功功率補償器及其控制方法。

背景技術

各種電氣設備運行時都需要一定的無功功率來建立設備正常運行所需的電磁場等工作環境。無功功率使線路總電流增加，增大了輸配電線路的有功損耗，并導致受端電壓下降、電力設備利用率降低等問題。對電力用戶所需無功功率就近跟蹤補償，可有效降低線路損耗、改善電壓質量、充分發揮供電設備的潛力，并可為用戶節約電費支出，具有非常顯著的經濟效益和社會效益。基于電力電容器的無功補償設備具有結構簡單、損耗小、成本低等突出優點，在電力系統中得到廣泛應用。

隨著電力電子裝置的應用日益廣泛，當今許多工業設備具有諧波含量高、無功需求快速波動的特點，致使配電系統中諧波含量增加、無功功率波動加劇。傳統的電容器無功補償設備因響應速度低、暫態沖擊大且無諧波抑制能力等缺陷，不能快速跟隨負荷無功變化進行動態補償，還會導致高次諧波放大、共振，補償設備過載燒壞等問題。采用公知的零壓差TSC（晶閘管投切電容器）技術，在交流電源電壓瞬時值與電容器殘壓相等（壓差為零）時投入電容器，可以實現對無功補償電容器的無涌流高速投切，若配以高性能的控制器，可構成高速動態無功功率補償器。但這種TSC無功功率補償器不能適用高諧波環境的無功功率補償。當電力系統中諧波含量較高時，為避免補償電容器引起的諧波放大、共振等問題，需要在補償電容器支路中串聯適當比例的電感器，此時，公知的零壓差TSC技術便會發生以下問題：

1．電容器串聯電感器后，采用公知的零壓差TSC技術只能減小電容器投入時的涌流，而不能避免投入涌流；實際測量證明，采用公知的零壓差TSC技術投入串聯電感器的電容器，其投入涌流仍可能達到正常工作電流的二倍以上，會對電力系統造成不良沖擊，并影響電容器的使用壽命。特別是對于需要高速跟蹤補償的設備，電容器需要頻繁投切，這種不良影響更加顯著；

2．電容器串聯電感器后，晶閘管在電流過零自然關斷切除電容器后，電容器的起始殘壓高于電力線路中的峰值電壓，在電容器通過放電電阻放電至殘壓等于或低于電力線路中的峰值電壓之前，零壓差條件不能得到滿足。因此，采用公知的零壓差TSC技術投切串聯電感器的電容器，在電容器被切除后，需要等待較長時間的放電后才能被再次投入，這將顯著影響無功功率補償裝置的跟蹤補償速度，影響補償效果。

發明內容

本發明的目的，就是提供一種能夠解決上述問題的無涌流高速跟蹤無功功率補償器及其控制方法，它能在需要投入三相電容器電感器組合單元時，以最小的延遲實現電容器電感器組合單元的無涌流投入，在需要切除電容器電感器組合單元時，以電流過零自然關斷方式快速切除電容器電感器組合單元，并且電容器電感器組合單元被切除后，不需要等待放電即可再次無涌流投入。采用本發明提供的裝置和控制方法，可以制成比公知零壓差TSC技術抑制涌流效果更好、跟蹤速度更快的且適應高諧波環境的無功功率補償器。

為實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一種無涌流高速跟蹤無功功率補償器，它主要由電流互感器組Ⅰ、檢測與控制單元、相位檢測單元、N個補償單元構成；其中，電流互感器組Ⅰ有三個電流互感器，它們的一次側分別串聯于三相被補償電力線路中，各電流互感器的二次側分別接檢測與控制單元的三個電流檢測輸入端；檢測與控制單元的三個電壓檢測輸入端分別接三相被補償電力線路；檢測與控制單元的各控制信號輸出端分別與相應的各補償單元的控制信號輸入端一一連接；相位檢測單元的三個輸入端分別接三相被補償電力線路，它的相位信號輸出端則與各補償單元的相應相位信號輸入端連接；各補償單元的主輸入端彼此并聯后分別接三相被補償電力線路。

所述相位檢測單元由電壓互感器Ⅰ、電壓互感器Ⅱ、電壓互感器Ⅲ、加法單元、比較器Ⅰ、比較器Ⅱ構成，它有U、V、W三個輸入端和α、β兩個輸出端；其中，電壓互感器Ⅰ的一次側“＋”輸入端接U輸入端，“－”輸入端接V輸入端；電壓互感器Ⅱ的一次側“＋”輸入端接V輸入端，“－”輸入端接W輸入端；電壓互感器Ⅲ的一次側“＋”輸入端接W輸入端，“－”輸入端接U輸入端；電壓互感器Ⅰ的二次側“＋”輸出端接比較器Ⅰ的“＋”輸入端，“－”輸出端接電位參考點；電壓互感器Ⅱ的二次側“＋”輸出端接電位參考點，“－”輸出端接加法單元的一個輸入端；電壓互感器Ⅲ的二次側“＋”輸出端接加法單元的另一個輸入端，“－”輸出端接電位參考點；比較器Ⅰ的“－”輸入端接電位參考點，其輸出端接α輸出端；加法單元的輸出端接比較器Ⅱ的“＋”輸入端；比較器Ⅱ的“－”輸入端接電位參考點，其輸出端接β輸出端。