CN103457276B - 一种静止调压式无功补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种静止调压式无功补偿装置，特别适用于中低压静止无功补偿装置。包含至少一个交流调压补偿桥堆和至少一组无功负载，其特征在于：所述交流调压补偿桥堆至少包含一个交流斩波桥单元，各斩波桥单元相互串联，所述斩波桥单元包含四只全控型半导体开关元件和输入侧LC滤波器、输出侧LC滤波器，其中两只开关元件反向串联构成上桥臂，另外两只开关元件反向串联构成下桥臂，上桥臂和下桥臂连接起来，其两端与输入侧LC滤波器并联，所述输出侧LC滤波器跨接在所述下桥臂两端；所述无功负载连接在输出侧LC滤波器的输出端。本发明的交流斩波桥为纯固态器件，不存在机械触点，因此是静态的调压，运行可靠性高、噪声低，可维护性好。

Description

一种静止调压式无功补偿装置
技术领域
本发明涉及一种静止调压式无功补偿装置，应用于电力系统中的无功补偿环节，特别适用于中低压静止无功补偿装置。
背景技术
静态无功补偿装置目前已经大量应用于中低压电力系统，主流的技术包含TSC（晶闸管投切电容器）、TCR（晶闸管控制电抗器）、SVG（无功发生器）等，其中TSC的成本较低，补偿容量可以做得比较大，但单个电容支路的容量都是固定的，只能分级投切，且暂态过程会持续十多个周波，导致其响应速度不会很快；TCR技术则直接控制电抗器，响应速度很快，且可以做到连续调节，但其直接产生的是感性无功，而电力系统在负荷状态下一般需要的是容性无功，因此只能和固定电容支路搭配使用；SVG在技术上可以做到产生连续调节的感性无功和容性无功，响应速度也很快，但其技术体系较复杂，控制系统成本较高，且直流侧电容、网侧电抗器的体积、容量较大，导致设备所占体积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种静态调压式的无功补偿装置的方案，一方面克服传统无功补偿装置以断路器触点、分接开关等机械开关元件进行无功补偿所带来的响应速度慢、触点易损的缺陷，另一方面克服当前主流的静态无功补偿技术所面临的的体积大、控制体系复杂的缺陷，使其具备响应速度高、静态调节、技术简单的优点。
本发明的技术方案如下：一种静止调压式无功补偿装置，包含至少一个交流调压补偿桥堆和至少一组无功负载，其特征在于：
所述交流调压补偿桥堆至少包含一个交流斩波桥单元，各斩波桥单元相互串联，所述斩波桥单元包含四只全控型半导体开关元件和输入侧LC滤波器、输出侧LC滤波器，其中两只开关元件反向串联构成上桥臂，另外两只开关元件反向串联构成下桥臂，上桥臂和下桥臂连接起来，其两端与输入侧LC滤波器并联，所述输出侧LC滤波器跨接在所述下桥臂两端；
所述无功负载连接在输出侧LC滤波器的输出端。
进一步的，所述全控型半导体开关元件为绝缘栅双极晶体管或场效应管。
进一步的，所述无功负载为一组无功补偿电容或电抗器或其组合；参与组合的各负载通过开关进行投切。
本发明的有益效果在于：
1)交流斩波桥单元利用全控型半导体开关元件的高速开关，通过固定占空比的控制，使输出电压在0-100%范围内可平滑调节；因此连接在交流斩波桥输出侧LC滤波器输出端的无功负载的无功功率就能够随着电压在0-100%范围内调节，具备了无极平滑调节的优点；
2）交流斩波桥为纯固态器件，不存在机械触点，因此是静态的调压，运行可靠性高、噪声低，可维护性好；
3）交流斩波桥的开关速度块，可实现高速动态响应，响应速度和当前的SVG系统相当，明显优于TSC和TCR系统；
4）对无功功率的控制只需要落实到交流斩波桥的占空比控制上，和SVG系统的正弦脉冲宽度调制相比，大大简化，控制系统的复杂度降低，成本低廉，可靠性提高。
5）交流斩波桥单元和无功负载组合起来可作为基本单元进行串并联，很容易实现高压、大容量的无功补偿。
6）无功负载只需要达到系统所需的额定容量即可，而SVG系统需要大容量的直流侧电容，设备体积可以减小。
附图说明
图1：本发明的总体方案示意图。
图2：本发明的斩波桥单元具体实现方式。
图3：本发明的组合式无功负载具体实现方式。
图4：本发明构成的低压三相静止调压式无功补偿装置。
图5：本发明构成的中压三相静止调压式无功补偿装置。
具体实施方式
传统的机械触点调压调容的无功补偿装置虽然可以根据电力系统的需要注入一定的无功能量，但因为机械触点的存在而降低了系统的可靠性和响应速度。当前的SVG系统使用绝缘栅双极晶体管作为开关元件，虽然可以高速开关产生平滑的正弦波，并在此基础上产生任意所需的无功能量形式，但也正因为需要产生高速且精准的正弦脉冲宽度调制波形而导致其技术体系复杂。如果将此两种技术的一些因素结合起来，利用绝缘栅双极晶体管产生电压连续可调的调压器，而利用电容器、电抗器作为无功负载，那么就可以使负载的无功成分连续可调，而设备本身作为一个近似理想的调压器，能够将这个无功成分转换到网侧，这就成为一个静止调压的无功补偿装置。
以下结合附图说明本发明的具体实施方式：
图1为本发明的总体方案图，如图中虚线框内所示为所述交流调压补偿桥堆，对于三相电力系统，需要三个交流调压补偿桥堆，而补偿单相电源时仅需要一个交流调压补偿桥堆。补偿桥堆由多个交流斩波桥单元串联而成，每个交流斩波桥都带有一个无功负载。当需要向电力系统提供容性无功时，无功负载为电容器；当需要向系统提供感性无功时，无功负载为电抗器。对于中压电力系统，各相的桥堆采用星形连接，对于低压电力系统，各相的桥堆一般只需由单个交流斩波桥单元构成，可以采用星形连接或者三角形连接。
图2为本发明的交流斩波桥单元的具体实施方案，如图所示L1、C1构成输入侧LC滤波器，L2、C2构成输出侧LC滤波器，A、B两只绝缘栅双极晶体管构成上桥臂，C、D两只绝缘栅双极晶体管构成下桥臂，上下桥臂的连接点接输出侧LC滤波器，而无功负载连接在滤波器的输出端。
交流斩波桥单元是本发明的基本单元，其工作过程如下：当电力系统的电压为正半周时，B、D两个绝缘栅双极晶体管持续导通，而A、C两个绝缘栅双极晶体管交替导通，其中A的导通占空比越大，斩波单元输出的电压幅度越高；当电力系统的电压为负半周时，A、C两个绝缘栅双极晶体管持续导通，而B、D两个绝缘栅双极晶体管交替导通，其中B的导通占空比越大，斩波单元输出的电压幅度越高。
输入侧LC滤波器能够平滑交流斩波桥的高频纹波电流，使高频纹波成分不输出到电力系统中。输出侧的LC滤波器则主要用于平滑输出侧的高频纹波电流。
无功负载可以是电容器也可以是电抗器，还可以是电容器和电抗器的组合，如图3所示为组合式的无功负载，可控硅K1、K2分别连接电容器Cx和电抗器Lx，当系统需要感性无功时，K2导通而K1关断，当系统需要容性无功时，K1导通而K2关断。由于可控硅K2、K1可以快速投切，配合交流斩波桥单元的斩波调压过程，可以实现高速的响应。当系统感性/容性的切换速度不要求很高时，可以采用普通的接触器，以节约成本。
如图4所示为本发明应用于低压三相电力系统的具体实施例，每相只需要一个交流斩波桥单元，且在接入电力系统的一侧采用三角形连接，输出侧的无功负载也采用三角形连接，当然，无功负载也可采用星形连接。
如图5所示为本发明应用于中压10KV三相电力系统的具体实施例，每相可以用9个交流斩波桥单元，每个单元的标称工作电压690V，且在接入电力系统的一侧采用星形连接，而无功负载则分散在每个交流斩波桥单元的输出侧，便于标准单元的集成组装。

Claims (1)

1.一种静止调压式无功补偿装置，包含至少一个交流调压补偿桥堆和至少一组无功负载，其特征在于：
所述交流调压补偿桥堆至少包含一个交流斩波桥单元，各斩波桥单元相互串联，所述斩波桥单元包含四只全控型半导体开关元件和输入侧LC滤波器、输出侧LC滤波器，其中两只开关元件反向串联构成上桥臂，另外两只开关元件反向串联构成下桥臂，上桥臂和下桥臂连接起来，其两端与输入侧LC滤波器并联，所述输出侧LC滤波器跨接在所述下桥臂两端；
所述无功负载连接在输出侧LC滤波器的输出端；
所述全控型半导体开关元件为绝缘栅双极晶体管或场效应管；
所述无功负载为一组无功补偿电容或电抗器或其组合；参与组合的各负载通过开关进行投切；
所述无功负载采用三角形连接或者星形连接构成三相无功负载后，连接在三个交流斩波桥单元的LC滤波器的输出端。
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