[發(fā)明專利]三角形連接級(jí)聯(lián)有源濾波器與無功補(bǔ)償器綜合補(bǔ)償系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010624030.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN102545235A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜新建;高聰哲;李永東;陳峻嶺;王平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H02J3/18
• 分類號(hào): H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無功補(bǔ)償和諧波治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三角形連接級(jí)聯(lián)有源濾波器與無功補(bǔ)償器綜合補(bǔ)償系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電網(wǎng)中存在大量感性負(fù)載，且電力拖動(dòng)等應(yīng)用越來越廣泛，使得電網(wǎng)中存在大量感性無功電流，同時(shí)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的非線性負(fù)載在電網(wǎng)中運(yùn)行，產(chǎn)生了大量諧波電流，造成電磁污染。為了保證電網(wǎng)電能質(zhì)量，需要對(duì)電網(wǎng)的無功及諧波進(jìn)行補(bǔ)償治理，因此動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)與有源濾波技術(shù)是電能質(zhì)量領(lǐng)域的兩大關(guān)鍵技術(shù)。

在無功補(bǔ)償方面，目前較為新的技術(shù)是靜止同步補(bǔ)償器(Static?Synchronous?Compensator，STATCOM)，其雖然有很好的補(bǔ)償性能，但是由于成本高、系統(tǒng)復(fù)雜，應(yīng)用很少，仍處在初級(jí)階段。而基于晶閘管控制的靜止無功補(bǔ)償器(Static?Var?Compensator，SVC)則由于成本低容量大、損耗較低、能較快進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，頗受歡迎，已經(jīng)在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，尤其是晶閘管控制電抗器(TCR)與機(jī)械投切固定電容器(MSC)或晶閘管投切電容器(TSC)(這里以FC統(tǒng)稱)的結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛。但是TCR在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一系列諧波，是這種結(jié)構(gòu)SVC的主要不足。對(duì)于這個(gè)問題，一般采取曲折變壓器實(shí)現(xiàn)多脈沖結(jié)構(gòu)，減小諧波的產(chǎn)生，同時(shí)需要設(shè)置一系列無源濾波器(PF)來進(jìn)行濾除，使得SVC的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加成本；另外，TCR使用晶閘管，因此補(bǔ)償調(diào)節(jié)速度最快為100Hz(電網(wǎng)頻率50Hz)，對(duì)無功變化超過工頻速度暫態(tài)過程不能很好補(bǔ)償。

有源濾波技術(shù)是較新的技術(shù)，并且有非常好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，最快可到幾個(gè)ms，理論上可以產(chǎn)生近任意波形的電流，可以對(duì)電網(wǎng)幾乎所有次諧波(取決于系統(tǒng)帶寬和開關(guān)頻率)進(jìn)行補(bǔ)償，是理想的補(bǔ)償方法，可以對(duì)電網(wǎng)的諧波和無功同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，但是往往開關(guān)頻率比較高，單臺(tái)容量比較低，應(yīng)用主要在較小負(fù)荷(幾十到幾百KVA)和較低電壓(380V)場(chǎng)合。

采用混合有源濾波技術(shù)可以增大濾波容量，升高電壓等級(jí)，但是由于與PF相結(jié)合，帶來了一些PF所特有的不足，容易造成諧振、濾波器參數(shù)不準(zhǔn)確等。

多電平技術(shù)可以將逆變器的電壓等級(jí)提高，應(yīng)用多的是級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此CS-APF結(jié)構(gòu)可以將電壓等級(jí)升到中壓等級(jí)(如10KV)。

在中壓等級(jí)電網(wǎng)中，如果采用大容量的SVC與高動(dòng)態(tài)性能的CS-APF綜合系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的無功和諧波進(jìn)行補(bǔ)償，是一種低成本高性能的電能治理方案。一方面，在中壓等級(jí)，諧波負(fù)荷相對(duì)無功負(fù)荷往往小很多，因此STATCOM作為目前較為新的無功補(bǔ)償技術(shù)，在大容量的情況下采用低頻開關(guān)器件，以減低損耗，不適合補(bǔ)償電網(wǎng)的諧波。CS-APF可以在相對(duì)較小的容量下采用高頻器件，以能實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的補(bǔ)償，同時(shí)還能進(jìn)行一定無功補(bǔ)償。另一方面，SVC成本低，容量大，甚至可以比STATCOM大很多，可以將電網(wǎng)的無功很好的補(bǔ)償，但是會(huì)產(chǎn)生一系列諧波，一般會(huì)配置相應(yīng)濾波器，但是如果SVC與CS-APF綜合起來，可以不再增添其它濾波器設(shè)備，并且對(duì)電網(wǎng)的諧波電流進(jìn)行治理。

利用CS-APF的高動(dòng)態(tài)特性可以彌補(bǔ)SVC的不足，提高補(bǔ)償響應(yīng)速度，但是同時(shí)也需要解決一些問題。在實(shí)際已有SVC運(yùn)行的系統(tǒng)(380V)中增添有源動(dòng)力濾波器(Active?Power?Filter，APF)，可能會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，在中壓等級(jí)，CS-APF與SVC綜合運(yùn)行也會(huì)有相應(yīng)問題；CS-APF對(duì)SVC動(dòng)態(tài)過程不足的彌補(bǔ)需要一定的控制方法；CS-APF可以補(bǔ)償諧波，更能補(bǔ)償無功，與SVC綜合運(yùn)行情況下，容量設(shè)計(jì)與補(bǔ)償策略需要進(jìn)行綜合考慮和優(yōu)化；在無功或諧波負(fù)荷不平衡的工況中需要綜合系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償。

目前有關(guān)有源濾波器與靜止無功補(bǔ)償器共同補(bǔ)償?shù)难芯坑校?/p>

(1)鄧禮寬等對(duì)低壓三相四線制APF與SVC聯(lián)合運(yùn)行進(jìn)行了穩(wěn)定控制的初步研究，主要針對(duì)特定結(jié)構(gòu)下，APF與SVC存在控制耦合問題，指出通過選擇合適APF與SVC的控制算法帶寬，可以抑制二者振蕩，或在APF電流檢測(cè)環(huán)節(jié)只對(duì)特定次諧波進(jìn)行檢測(cè)，也可消除不穩(wěn)定問題，但是只對(duì)二者簡(jiǎn)單的同時(shí)運(yùn)行作了穩(wěn)定性分析，并未對(duì)APF與SVC綜合控制、共同補(bǔ)償和優(yōu)化作進(jìn)一步研究，同時(shí)也未對(duì)高電壓等級(jí)情況進(jìn)行研究。