[發明專利]快速響應有源無功功率（KVAR）補償器

在審

• 申請號: 201680004720.2
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN107251358A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 斯圖爾特·尼爾喬治;鄭永寧
• 申請（專利權）人: 逸節電子有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02M5/22
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司44281
• 代理人: 彭愿潔,彭家恩

優先權要求

本申請要求2015年1月6日提交的美國臨時專利申請No.62/100,674和2015年1月6日提交的美國臨時專利申請No.62/100,076的優先權，這些申請案的全部內容以引用方式并入本文。

技術領域

本申請一般涉及發電和配電。具體地，本申請涉及交流(AC)發電和配電中交流無功功率(KVAR)補償的方法和裝置。

背景技術

在AC配電網絡中，AC電力的使用、傳輸和配送得以最佳化實現以取得最大能量效率的工作條件在于，電壓和電流相位接近，且無功功率(KVAR)接近零。但是，隨著傳輸和配送系統中無功負載以及固有無功元件如電容和電感的增加，系統中的AC電流會相對電壓波形移相；結果導致配送電力的傳輸及使用受到影響，產生電力質量問題。通過電流相對于電壓波形在后(滯后)或在前(超前)的相角偏移量，可以測量出電力質量；電力質量因無功功率值的增加而劣化。無功功率值由下式導出。

其中KVAR是總無功功率，KVA是總表觀功率，KW是實際功率。

要指出的是，只有實際功率KW對生產性消耗有用，而無功功耗KVAR則是損失功率。但是，由于總表觀功率KVA是按上式的KW和KVAR組成，因此這兩個功率分量都會被生成、傳輸和配送。因此，AC電流相對于電壓波形的相移會增加；這意味著，無功功率KVAR的增加將使得電力系統效率明顯降低。

這一問題眾所周知，并已有各種傳統的解決方法，這些方法通過在電氣系統內的各個點引入無功分量來補償和去除無功功率KVAR。一般是在整個電源線分流時引入電容器，以抵消由于電動機、熒光鎮流器、變壓器等磁性元件而導致的通常滯后的電流。

傳統上是通過在整個電力傳輸和配送系統的分流中添加固定電容器和可變電容器來實現。如果KVAR問題是已知且可重現，并且是穩定的，那么固定電容器KVAR補償組可以永久性地安裝在要補償的點上。而如果無功功率KVAR會發生改變，則采用自動可變電容器，其可在電子控制和KVAR感應下予以響應，并可在任何給定時間切換補償KVAR電平所需的電容量。

這些傳統的自動可變電容器KVAR補償系統通常使用諸如繼電器的機電裝置或者各種形式和類型的接觸器，以在某些形式的電子控制下將所選擇的電容器切換到電氣系統中或從電氣系統切換出來。在更新版本的KVAR補償系統中，已經看到有使用半導體開關器件，例如交流三極管(TRIACs)和硅控整流器(SCRs)以及機電開關器件。

由于需要通過各種開關裝置將分立元件電容器切換到電路中和從電路切換出來，所以這些傳統的無功功率KVAR補償器反應緩慢及斷續式調節能力不足以應付電網中急劇變化的無功功率。

發明內容

為克服傳統自動可變電容器KVAR補償系統的上述缺點，本申請提供了一種快速響應有源KVAR補償器。根據本申請的各種實施例，該快速響應有源KVAR補償器是基于可變的跨阻抗拓撲。

在一個優選實施例中，該快速響應有源KVAR系統采用如2015年9月29日公布的美國專利No.9,148,058和2014年10月28日申請的PCT國際專利申請No.PCT/CN2014/089721中描述的特定AC可變電壓拓撲；這兩篇專利申請的全部內容以引用方式并入本文。在另一個優選實施例中，該快速響應有源KVAR系統使用如2014年12月10日申請的美國專利申請No.14/565,444和同日申請的PCT國際專利申請No.PCT/CN2014/093475中記載的特定AC可變電壓拓撲；這兩篇專利申請的全部內容以引用方式并入本文。

附圖說明

以下參考附圖更詳細地描述本申請的實施方式，其中：

圖1描繪了一般可變跨阻拓撲的邏輯圖；

圖2描繪了根據本申請一實施例的快速響應有源KVAR補償器的電路圖；以及

圖3描繪了根據本申請另一實施例的快速響應有源KVAR補償器的電路圖。

具體實施方式

下面的描述將闡述發電和配電網絡及其類似結構中補償無功功率(KVAR)的方法和系統的優選示例。對于本領域技術人員而言，顯而易見的是，在不脫離本申請的范圍和精神的情況下，可以作出修改，包括添加和/或替換。雖然為了避免模糊本申請，可以省略具體細節，但是，本申請記載了為允許本領域技術人員在不需要過度實驗的情況下實施本文中的教導。