[發明專利]35KV大容量無功補償和諧波抑制綜合系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201110095559.3
• 申請日: 2011-04-16
• 公開（公告）號: CN102170135A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 羅安;孫娟;王剛;帥智康;鄧才波;謝寧;王逸超;吳傳平
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01;H02H7/122;H02H7/16;H02H9/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及高壓大容量無功補償和諧波抑制綜合系統的拓撲結構和控制方法，具體是一種35KV大容量無功補償和諧波抑制綜合系統及其控制方法。

背景技術

電能是現代社會生產和人民生活中主要的和必不可少的重要能源，隨著電力電子技術的發展，供電系統中增加了大量的非線性負載，它是一種非線性時變拓撲負荷，不可避免地會產生非正弦波形，向電網注入諧波。而信息時代的到來，越來越多的電氣用戶對取用的電能形態和功率流動的控制與處理提出了新的要求，因此，諧波已成為電網中的“公害”。如何經濟有效地治理電網諧波成為電力工作者面臨的一大難題。

抑制裝置主要有無源電力濾波器和有源電力濾波器。單獨使用的無源濾波器雖然成本低廉、結構簡單，但是濾波效果受電網阻抗和自身參數變化影響較大，而且易與電網阻抗發生諧振。單獨使用的有源電力濾波器雖然有很好的濾波性能，但是造價較高，特別是在變電站這樣的高壓大功率場合，難以應用。

在現有的有源電力濾波器APF與無源濾波器PF相結合的混合有源電力濾波器中，并聯型APF+并聯PF形式仍要承受基波電壓，且系統中存在多條諧波通道，APF會將諧波注入電網支路；串聯型APF+并聯PF形式的連接變壓器流過負載基波電流，且有源部分絕緣和維護困難；并聯諧振注入型APF不具備無功補償能力；串聯諧振注入型APF若要同時獲得較好的諧波補償性能和較小的有源部分容量比較困難，而且支路上端的電容將很大；注入式有源濾波器以電壓型逆變器VSC作為其有源部分，通過耦合變壓器經串聯諧振注入型電路后，并與幾組單調諧濾波器組成的無源濾波器PPF一起并聯連入電網。從結構上看，并聯的PPF可以補償較大容量的無功功率和濾除掉特定次數的諧波電流；諧振注入電路部分的電容也能補償較大容量的無功功率，然而當電網頻率發生波動時，注入式有源濾波器基波諧振注入支路的諧振點發生偏移而震蕩，極易造成對有源部分的沖擊，導致直流側電壓抬升，嚴重影響系統的穩定性和可靠性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種適用于高壓大容量無功補償和諧波抑制綜合控制系統，較好地治理大功率電網中的諧波，同時補償大容量的無功功率，解決現有系統造價高，穩定性和可靠性低及對有源部分沖擊大的問題。

為解決上述問題，本發明的技術方案是：35KV大容量無功補償和諧波抑制綜合系統包括有源電力濾波器、電感、隔離變壓器及多組無源濾波器，DSP控制器與逆變器連接構成有源電力濾波器，，有源電力濾波器的輸出經過濾波電感后與電感并聯接在隔離變壓器的原邊，隔離變壓器的副邊與單調諧無源濾波器串聯，作為有源電力濾波器的注入支路，有源部分再與多組無源濾波器并入電網。無源濾波器組濾除特征次諧波和高次諧波，同時補償一定容量的無功功率；有源電力濾波器濾除特征次諧波以及電網中少量其他次諧波，抑制無源濾波器組可能存在的與系統阻抗之間的諧振，改善系統的濾波效果，單調諧無源濾波器為有源逆變器發出的特征次補償諧波提供低阻抗通道。

所述的單調諧無源濾波器由電容和電感串聯組成，電容和電感諧振在某一特征次諧波頻率處。

每組無源濾波器單獨設有戶外隔離開關，隔離開關和高壓開關柜之間設有互鎖回路，電容器與電感的連接處接有避雷器，電容器的兩端接有干式放電線圈。

所述有源電力濾波器采用硬件保護和軟件保護，實時檢測并聯電感上的電壓U_A、U_B、U_C、直流側電壓U_cf和逆變器輸出電流i_A、i_B、i_C，當電壓、電流大于保護設定值時，DSP控制器發出脈沖封鎖信號，控制逆變器的IGBT并使其關斷，同時繼電器發出動作信號，有源濾波器跳閘。

所述隔離變壓器的原副邊的匝數比為1∶2。

有源電力濾波器的輸出經濾波電感后與電感并聯接在隔離變壓器的原邊，大大降低了有源部分的基波阻抗。隔離變壓器的副邊與單調諧無源濾波器串聯，有源部分承受的電壓很低，降低了逆變器的容量。在系統上電瞬間或電網電壓發生突變時，由于電容電壓不能突變，經降壓變壓器降壓后有源部分承受基波電壓仍比較低，對有源部分沖擊很小。

無源濾波器由多組特征次無源電力濾波器和單調諧無源濾波器組成，相對于有源支路，與有源支路并聯接在電網中的無源濾波器組基波阻抗小，有較大的基波無功電流流入，因而能夠補償較大容量的無功功率。

有源逆變器與無源濾波器并聯接入電網，由無源部分補償無功功率，有源部分和無源部分共同抑制諧波。