[發明專利]一種大功率電能質量綜合補償裝置

無效

• 申請號: 201410156264.6
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103944168A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 朱海濱;高范強;李子欣;勝曉松;王平;李耀華
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18;H02J3/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于大功率電能質量綜合補償裝置。

背景技術

隨著電網中非線性負載的日益增多，使電力系統的無功及諧波問題日趨嚴重，傳統的各種無功補償裝置和諧波抑制方法很難滿足現代電網的要求。作為一種新型的電能質量綜合補償裝置，基于現代電力電子技術，此裝置能對電網負載、系統參數的變化具有很強的魯棒性和優良的動態性能，被認為是目前最具發展潛力的無功和諧波綜合補償方法。在交流380V電網中，單機容量在250kVA以上的大功率非線性負載對電網的影響十分明顯，為了改善電網的電能質量，目前通常是采用動態電能質量綜合補償裝置與負載并聯，使電網中的諧波電流得到抑制和實現無功補償。三相三線的大功率動態電能綜合補償裝置可以采用不同的主電路拓撲結構，常用的拓撲主要有：三相橋變流器拓撲結構、多個三相橋變流器并聯的拓撲結構和單相橋組合構成一個三相系統的拓撲結構。

目前現有的類似裝置中，都是采用三相橋變流器拓撲結構和多個三相橋變流器并聯的拓撲結構比較多。對于大功率動態電能質量綜合補償裝置而言，既要能補償諧波也要能進行無功電流的補償，同時還要具有不平衡無功負載補償的能力。在進行諧波補償時要求裝置能對電網中2～25次諧波均具有抑制效果。要達到理想的諧波抑制效果，大功率動態電能質量綜合補償裝置的開關頻率越高，其諧波抑制效果越好。根據理論分析推算要想對25次以下的諧波有較好的抑制效果，裝置的開關頻率至少得在5kHz左右；而在進行無功電流補償的時候，裝置需要輸出較大的補償無功電流，因此要求裝置的主電路中的逆變器要選擇大功率的功率器件才能實現大容量的無功補償。大功率的功率器件在較高開關頻率情況下使用時，其功耗就大大增加，因此會大大減低系統的效率和增加裝置的熱設計難度，甚至會因此需要增大裝置的體積，提高裝置的成本，很不經濟。對于采用三相橋變流器結構，受到目前市場上功率器件的功率大小的限制，很難滿足裝置的大功率要求；采用多個三相橋變流器并聯的結構，雖然可以實現裝置的大容量無功補償的要求，同時也可以做到使裝置的開關頻率提高，達到理想的諧波抑制效果，但整個裝置中就需要更多的電感和電容，以及多套獨立的控制系統，進而，增加裝置的成本和降低裝置的可靠性。無論從裝置的成本、可靠性和體積上來說，都存在一定的缺憾。

中國專利201010270596.9是一種基于IGBT的大功率智能型諧波和無功電流發生器，采用了三個單相橋結構，主拓撲使用星型連接，此結構對三相不平衡負載的補償效果不理想。本發明中采用三個單相H橋結構，主拓撲采用三角型連接，同時采用一個三相電感的結構。本發明針對三相不平衡負載的補償，具有更強的實用價值，而且，主功率器件的發熱損耗也會降低，能夠提高系統的整體效率。同時本發明采用一個三相電感作為網側電感，使裝置更加緊湊，電流密度更高。適合在大功率場合使用。

中國專利200910061816.4采用單相逆變器結構實現對諧波電流的補償。此發明結構雖然簡單，但僅僅適合在單相系統中使用，在三相系統中采用這種結構，必須通過三個單相系統組合來實現，裝置結構復雜，使用的元器件明顯增多，多套系統組合的模式使整個裝置的控制系統復雜，降低裝置的可靠性。同時在大功率場合下使用時，其網側電感設計會比較困難，由于制造所帶來的電感參數之間的偏差，影響補償性能。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術在大功率場合的電能質量綜合補償裝置設計難度大，采用三相橋結構無法滿足高性能補償的要求，以及采用多套裝置并聯的結構實現大功率輸出裝置的結構復雜、可靠性降低的缺點，提出一種大功率電能質量綜合補償裝置。本發明可以改善交流380V電網因大容量非線性負載（單機容量大于250kVA）所帶來的諧波污染和網側功率因素低下的問題。本發明可以實現諧波抑制和無功補償，既能滿足高諧波峰值的補償，又能輸出大容量的補償無功。

本發明采用三個單相H橋組合的結構，可以提高大功率有源電力濾波器裝置的等效開關頻率。受大功率裝置開關頻率難以提高的限制，本發明的控制器帶寬窄，在窄控制帶寬的情況下，采用復合電流跟蹤的控制算法，可以很好的改善本裝置的補償效果。同時主拓撲中采用一個三相電感的結構，可以使整個裝置更加緊湊，提高整個裝置的電流密度，降低成本。而且控制系統采用全光纖結構，在大電流場合，可大大提高系統的抗干擾能力。本發明適用于大功率場合的動態電能質量綜合補償。