CN100355178C - 复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的方法和装置，它集基波电流、电压调控、集负载端电压及无功功率补偿和滤波功能于一体，是一种以有源变流方式进行电网无功功率及负载端电压补偿和滤波的方法和装置，能有效解决现存UPQC技术存在的问题。本发明只需从电网电压中获得同步信号电压并移相约90°便可产生电流参考信号，根据负载侧电压或无功补偿信号调节电流参考信号的幅值即可产生功率变流单元发生电流所需的给定信号。
Description
技术领域
本发明属电力电子技术领域，是一种复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的方法和装置。
背景技术
为了补偿电网无功功率及负载端电压和抑制谐波，国内外近年来已研究出几种统一电能质量控制器(UPQC)，其中最具有代表性的方法和装置如下：
采用一个串联型有源变流单元和一个并联型有源变流单元共同组成一个统一电能质量控制器。串联变流单元起补偿电压作用、并联变流单元起补偿电流谐波和无功补偿的作用。
在这类电路中，均需由负载电流中算出并减去其中的有功和无功基波分量而得出谐波电流值，并通过并联或串联功率电子开关型变流器发生出反谐波电流。
采用这类方法存在如下问题：负载电流中的基波及谐波分量计算复杂和需要高速运算求解，而在实际工业应用中带来困难；变流器发生含高频次谐波分量的反谐波电流须采用较工频用硅钢片铁芯昂贵的高频铁芯和较工频电流调制开关操作频率快数10倍的快速跟踪调制；反谐波电流发生将产生较大的铁芯附加损耗、铁磁振动和发热，并产生较强的电磁干扰和噪音；现存的UPQC采用两套有源变流单元，除了电路和技术上的复杂化外，还因造价昂贵而难以实用。
发明内容
本发明提出一种复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的方法和装置，它集基波电流、电压调控、负载端电压及无功功率补偿和滤波功能于一体，是一种以有源变流方式进行电网无功功率及负载端电压补偿和滤波的方法和装置，能有效解决现存UPQC技术存在的问题。
本发明提出的复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的方法主要由检测控制和变流两大部分组成，其电气构成及单相基本电路特征为：
第一步.接于电网侧的电压传感器提供电网同步电压信号给移相单元，产生相对于电网同步电压信号相位超前或落后90°的正弦基波电流基准信号输至电流给定单元；
第二步.负载侧的电压传感器提供负载侧电压信号或无功功率检测器提供负载侧无功功率信号给电流给定单元；
第三步.电流给定单元根据负载侧的电压信号或无功功率信号调节正弦基波电流基准信号的幅值大小，形成变流单元调节基波无功电流的电流给定信号；
第四步.变流单元输出的基波无功电流经电流传感器采样输至变流单元的控制单元，控制单元使输出的基波无功电流跟踪电流给定信号，通过调节串联变压器副边无功电流来实现调节原边呈容性或感性的端电压，从而实现补偿负载侧端电压和无功功率；
第五步.串联变压器原边阻抗除在副边无功电流作用下产生容性或感性补偿电压外，还对负载n次谐波产生n倍于工频阻抗的高阻抗，从而阻挡负载侧的高次谐波电流流入电网。
一种复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的装置，其特征在于：
在电网侧的线路上接有电压传感器，电压传感器输出信号端的电网同步电压信号送到移相单元的输入端，移相单元的输出信号端将与电网同步电压信号相位超前或滞后90°的正弦基波电流基准信号输送到电流给定单元；
在负载侧的母线上接有电压传感器或无功功率检测器，电压传感器输出信号端提供负载侧电压信号或无功功率检测器提供无功功率信号输送到电流给定单元；
电流给定单元将电流给定信号输送至变流单元的控制单元，变流单元输出基波无功电流经电流传感器检测并输出信号到变流单元的控制单元；
变流单元的电流输出端连接到串联变压器的副边，串联变压器的原边串联在电网与负载之间。
所述的复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的装置，单相电路装置能够扩展为多相电路装置，其中功率主电路的基本单元也能够按增大容量需要以多个基本单元在串联变压器原边以磁耦合或电连接并联的方式构成组合式大容量装置。
所述的复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的装置，在负载侧并联兼有无功补偿和滤波功能的无源LC器件而构成综合无功补偿及滤波器时，有源部分的容量减小。
与现有UPQC技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明只需从电网电压中获得同步信号电压并移相约90°便可产生电流参考信号，根据负载侧电压或无功补偿信号调节电流参考信号的幅值即可产生功率变流单元发生电流所需的给定信号。由于上述信号均基于工频基波，较基于高次谐波时采样和调控简捷、响应稳定，易于实现。
2、本发明的串联变压器和开关型变流器仅转换工频电流和电压，铁芯可采用工频常用的硅钢片而无需采用昂贵的高频铁芯。工频换流产生的铁磁损耗、发热、噪音和功率电子开关的操作应力较发生高次谐波换流时小得多。
3、本发明利用一套H桥开关型变流器和串联变压器，同时实现负载无功功率、端电压补偿和滤波功能，电路简捷可靠、经济、实用。
4、本发明在电网与负载侧之间串入的串联变压器原边阻抗，对高次谐波呈高阻抗，除阻止谐波电流流入电网外，还可抑制高次谐波诱发的并联谐振。
附图说明：
图1是本发明的电气原理图。
图2是本发明提出的复合式串联有源基波电力无功补偿及滤波的装置并联增大容量应用的电气原理图。
图3是本发明在电网电压与变流器输出容性或感性无功电流时的波形图。
具体实施方式：以下结合附图对本发明的复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波方法、装置及应用作进一步的说明。
如图所示，在电网PS侧端的线路上接入电压传感器PTS，获得与电网电压同步的电压信号υS *，υS *输送至移相单元1，移相单元1在锁定与υS *同频为基准的前提下发生相对于υS *相位移约90°的变流单元电流调节正弦基波电流基准信号i*输至电流给定单元2，由负载4侧接入的电压传感器PTL或无功功率检测器获得负载端电压变化或无功功率信号变化并输至电流给定单元而变换成调节电流给定信号i1的变量输至变流单元3，变流单元输出的基波无功电流i0经电流传感器CT检测并与电流给定信号i1进行比较，按比例控制变流单元的输出电流跟踪电流给定信号i1。负载侧端电压或无功功率变量与串联变压器原边容性或感性电压变量为闭环补偿。串联变压器的原边阻抗除在副边无功电流作用下产生容性或感性补偿电压外还对负载n次谐波产生n倍于工频阻抗的高阻抗，阻挡负载侧的高次谐波电流流入电网。
如附图1所示的本发明的单相基本电路的主体结构，既可单独使用，也可与附图1中经虚线在负载侧并联的无源LC器件5组合应用，兼有无功功率补偿及滤波功能。
如附图1所示的本发明的单相基本电路可扩展用于多相电路中，可分相独立或统一补偿各相的电压和无功功率。
如附图1所示的本发明的基本电路，可扩展用于如附图2所示的以多单元并联增大容量的电路中。
附图2中，串联变压器的AX为其原边，ax为其副边；a1x1为串联变压器副边的第1组线圈，a2x2……anxn表示2-n个副边线圈；变流单元3的3-1表示变流单元的第1组，3-2……3-n表示变流单元的2至n组。
附图3的图a)和图b)分别为有源换流装置在串联变压器副边注入相对于电网电压超前和落后90°相角的电流的波形图。
Claims (4)
1、一种复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的方法，其特征在于步骤如下：
第一步.接于电网侧的电压传感器提供电网同步电压信号(υS *)给移相单元(1)，产生相对于电网同步电压信号相位超前或落后90°的正弦基波电流基准信号(i*)输至电流给定单元(2)；
第二步.负载(4)侧的电压传感器提供负载侧电压信号(υL *)或无功功率检测器提供负载侧无功功率信号给电流给定单元(2)；
第三步.电流给定单元(2)根据负载侧的电压信号(υL *)或无功功率信号调节正弦基波电流基准信号(i*)的幅值大小，形成变流单元(3)调节基波无功电流(i0)的电流给定信号(i1)；
第四步.变流单元(3)输出的基波无功电流(i0)经电流传感器采样输至变流单元(3)的控制单元，控制单元使输出的基波无功电流(i0)跟踪电流给定信号(i1)，通过调节串联变压器副边无功电流来实现调节原边呈容性或感性的端电压，从而实现补偿负载侧端电压和无功功率；
第五步.串联变压器原边阻抗除在副边无功电流作用下产生容性或感性补偿电压外，还对负载n次谐波产生n倍于工频阻抗的高阻抗，从而阻挡负载侧的高次谐波电流流入电网。
2、一种复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的装置，其特征在于：
在电网侧的线路上接有电压传感器，电压传感器输出信号端的电网同步电压信号(υS *)送到移相单元(1)的输入端，移相单元(1)的输出信号端将与电网同步电压信号相位超前或滞后90°的正弦基波电流基准信号(i*)输送到电流给定单元(2)；
在负载(4)侧的母线上接有电压传感器或无功功率检测器，电压传感器输出信号端提供负载侧电压信号(υL *)或无功功率检测器提供无功功率信号输送到电流给定单元(2)；
电流给定单元(2)将电流给定信号(i1)输送至变流单元的控制单元，变流单元输出的基波无功电流(i0)经电流传感器(CT)检测并输出信号到变流单元(3)的控制单元；
变流单元(3)的电流输出端连接到串联变压器的副边(ax)，串联变压器的原边(AX)串联在电网与负载之间。
3、如权利要求2所述的复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的装置，其特征在于：单相电路装置能够扩展为多相电路装置。
4、如权利要求2所述的复合式串联型有源基波电力无功补偿及滤波的装置，其特征在于：在负载侧并联兼有无功补偿和滤波功能的无源LC器件(5)而构成综合无功补偿及滤波器时，有源部分的容量减小。
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