CN102130459A - 线路动态无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线路动态无功补偿装置，包括动态无功发生器、外部电流互感器、可编程控制器以及输出变压器，动态无功发生器和外部电流互感器均与可编程控制器连接，动态无功发生器与输出变压器串联，外部电流互感器和输出变压器均与电力系统并联连接。本发明将低压的动态无功发生器与升压输出变压器技术结合起来，集动态补偿感性无功功率和容性无功功率于一身，能够有效改善线路电力质量，节约能源、净化供用电环境；提高了功率因数，节约电费；解决了供电电压三相平衡和谐波及供电电压三相平衡和无功问题，具有能够动态补偿大范围快速变化的瞬时无功功率的特点。

Description

线路动态无功补偿装置

技术领域

本发明涉及一种用于改善输电线路电能质量的无功补偿装置，属于电能质量控制技术领域。

背景技术

谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害，当电网的电能质量被干扰或污染，达不到电能质量标准时，就要针对性的对电能质量进行改善。电能质量问题又可分为电压质量和电流质量两个大的方面。电压质量问题是指会影响用户设备正常运行的不理想的系统电压，包括电压的闪变、瞬时过电压、谐波畸变、各相电压不平衡等情况；电流质量问题是指电力电子设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包括流入电网的谐波电流，以及无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁等。功率因数低造成的危害有：增加了线路上的电压损失，降低了电压质量；降低发、供电设备的有效利用率；增加部分企业的电费支出，加大生产成本，增加供电线路的损失，而为了减少损失则必须增大供电线路的导线截面，增加投资。

目前，国内大量应用的10kV配电线路无功补偿装置多数是整组人工投切方式，这类装置只能做到高负荷时投入、低负荷时切除，不能随着负荷的变化以及对无功功率的需求及时自动进行相应的调整，更不能实现电压无功补偿综合自动调节。由于是人工操作，有可能造成无功功率的欠补和过补。欠补偿会影响电能质量增加损耗，而过补偿即无功倒送会危及系统运行的稳定性和安全性。一般为防止过补偿通常装设容量较小，从而使线路长期处于欠补状态，因此整组补偿的精度低。另外，用电负荷经常变动的工矿企业，以及对无功需求不断变化的场合，均需要有自动调节装置来实现动态电压控制和无功补偿。然而，现有电网的综合自动控制还不能很好地满足无功功率自动补偿的特殊要求。

现在的趋势是采用技术领先的动态无功发生器(SVG)进行无功功率动态补偿，SVG动态无功发生器相当于一个可变的无功电流源，无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿系统所需无功功率，SVG动态无功发生器的基本原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。SVG动态无功发生器一方面有效的解决了谐波干扰投切并联电容器装置的问题，另一方面，可根据用户实际要求抑制或治理谐波，改善电能质量。将电压源型逆变器，经过输出变压器并联在电网上，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，迅速吸收或者发出所需要的无功功率，实现快速动态调节无功的目的。作为有源型补偿装置，不仅可以跟踪补偿冲击型负载的冲击电流，而且也可以对谐波电流进行跟踪补偿。但是目前，动态无功发生器还不能应用于高压输电线路的补偿中，无法充分发挥其领先的技术作用。

发明内容

本发明针对现有输电线路电能质量解决技术存在的不足，提供一种能够有效改善输电线路的电能质量的线路动态无功补偿装置。

本发明的线路动态无功补偿装置采用以下技术方案：

该线路动态无功补偿装置包括动态无功发生器、外部电流互感器、可编程控制器以及输出变压器，动态无功发生器和外部电流互感器均与可编程控制器连接，动态无功发生器与输出变压器串联，外部电流互感器和输出变压器均与电力系统并联连接；动态无功发生器的输出电压与电力系统电压始终保持频率相同，通过调节动态无功发生器的输出电压控制加在输出变压器上的电压的大小与方向，进而实现无功吸收与补偿的控制，通过外部电流互感器采集电力系统的电流及电压信号，可编程控制器将采集到的电力系统无功与动态无功发生器输出的补偿电流比较，得到的差值作为实时补偿谐波电流输出到动态无功发生器，将补偿谐波电流注入到电力系统中，从而实现补偿线路无功的功能。

本发明采用的是电流直接控制方法，瞬时电流的参考值由瞬时电流无功分量的参考值与瞬时电流有功分量的参考值相加而得，也可以瞬时电流无功分量的参考值为主，而根据动态无功发生器对有功能量的需求对瞬时电流无功分量的相位进行修正来得到总的瞬时电流参考值。其中，瞬时电流无功分量的参考值可以由滞后于电源电压90°的正弦波信号与无功电流参考值相乘得到，而动态无功发生器对有功功率的需求可以由直流侧电压的反馈控制来体现。

本发明将低压的动态无功发生器与升压输出变压器技术结合起来，集动态补偿感性无功功率和容性无功功率于一身，能够有效改善线路电力质量，节约能源、净化供用电环境；提高了功率因数，节约电费；解决了供电电压三相平衡和谐波及供电电压三相平衡和无功问题，具有能够动态补偿大范围快速变化的瞬时无功功率的特点。

附图说明

附图是本发明线路动态无功补偿装置的电路原理图。

其中：1、动态无功发生器，2、输出变压器，3、外部电流互感器，4、可编程控制器。

具体实施方式

如附图所示，本发明的线路动态无功补偿装置包括动态无功发生器1、外部电流互感器3、可编程控制器4以及输出变压器2，动态无功发生器1和外部电流互感器3均与可编程控制器4连接，动态无功发生器1与输出变压器2串联，外部电流互感器3和输出变压器2均与电力系统并联连接。动态无功发生器1设有三个输出端，分别与三个输出变压器2的输入端连接。输出变压器2有一个输入端和一个输出端，输入端与动态无功发生器1的输出端相连，一个输出端与电力系统的主断路器相连。

电力系统的主断路器合闸后，通过动态无功发生器1和输出变压器2向外输出补偿电流。动态无功发生器1的输出电压与电力系统电压始终保持频率相同，通过调节动态无功发生器的输出电压控制加在输出变压器上的电压的大小与方向，进而实现无功吸收与补偿的控制，通过外部电流互感器采集电力系统的电流及电压信号，可编程控制器将采集到的电力系统无功与动态无功发生器输出的补偿电流比较，得到的差值作为实时补偿谐波电流输出到动态无功发生器，将补偿谐波电流注入到电力系统中，从而实现补偿线路无功的功能。

本发明的线路动态无功补偿装置采用的是直接电流控制方法，其响应速度和控制精度将比间接控制法有很大提高。其基本原理是利用动态无功发生器1经过输出变压器2并联在电网上，适当地调节动态无功发生器1交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制动态无功发生器1交流侧的电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现集动态补 偿感性无功功率和容性无功功率于一身，具有能够动态补偿大范围快速变化的瞬时无功功率的特点。

本发明的线路动态无功补偿装置具有以下特点：

1.具有更好的出力特性。在低电压时，表现为定电流特性，因而，无功功率只随电压的降低按一次方关系下降。

2.采用直接电流控制方法，具有更快的响应特性。

3.无功调节不是通过控制容抗或感抗的大小实现的，因而，无需直接与系统连接的电容器或电抗器，不存在系统谐振问题，而且大大减小了设备的体积。

4.由于三相的出力可以各自独立地进行控制，因而它可以用于三相不平衡负荷的动态补偿。

5.具有有源滤波器的特性，可以用于需要有源滤波的线路中。

Claims (1)

1.一种线路动态无功补偿装置，包括动态无功发生器、外部电流互感器、可编程控制器以及输出变压器，其特征是：动态无功发生器和外部电流互感器均与可编程控制器连接，动态无功发生器与输出变压器串联，外部电流互感器和输出变压器均与电力系统并联连接；动态无功发生器的输出电压与电力系统电压始终保持频率相同，通过调节动态无功发生器的输出电压控制加在输出变压器上的电压的大小与方向，进而实现无功吸收与补偿的控制，通过外部电流互感器采集电力系统的电流及电压信号，可编程控制器将采集到的电力系统无功与动态无功发生器输出的补偿电流比较，得到的差值作为实时补偿谐波电流输出到动态无功发生器，将补偿谐波电流注入到电力系统中，从而实现补偿线路无功的功能。