CN104135016A - 一种适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，目的是解决新能源发电系统因谐波大、功率因数低而对电网造成冲击的问题。它包括SVG静止无功发生器、TSC型静止无功补偿器和并联协调控制器，所述SVG静止无功发生器与TSC型静止无功补偿器并联接入电网系统，二者的控制器通过通信接口与并联协调控制器连接。本发明将SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器有机结合在一起，使二者优势互补，该装置可有效避免新能源发电系统并网时对电网造成的不良影响，从而改善了无功补偿效果，提高了电网的电能质量。

Description

一种适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置

技术领域

本发明涉及一种可使新能源发电系统顺利并网的基于SVG静止无功发生器和TSC静止无功补偿的无功补偿装置，属于输配电技术领域。

背景技术

新能源发电系统（如光伏发电系统、风能发电系统等）普遍存在功率因数低、谐波大的问题，因此在接入电网系统时需要使用具有无功补偿和滤波能力并且可以实现无极调节的设备对其电能质量进行处理。

目前，用于处理电能质量的设备很多，它们的特点各不相同。SVG静止无功发生器是一种无功补偿设备，它可以快速、平滑地补偿电力系统中存在的容性、感性无功功率，抑制电压闪变等，并且具有起动无冲击、调节平滑无极性、响应速度快、占地面积小、安装调试周期短等优点。但是其滤除谐波的能力有限，并且由于其补偿的感性容量、容性容量是相等的，所以在感性、容性无功需求不均等的场合，其补偿能力便会出现不足。TSC型静止无功补偿器是基于无触点开关投切电容器的配电系统补偿设备，它的主要特征就是补偿变化负载的无功需求，而且没有机械动作部分，可以按照需要进行频繁投切，不会向系统注入谐波。而其另外一个最大的特点就是可以通过检测同步信号的过零点来控制晶闸管的开通和关断，实现电容器的无电弧投入和退出，最大限度地减小对电网的冲击。并且其还可以通过配置电容器和电抗器的参数组成不同的滤波支路，其滤波能力可以根据现场谐波和无功特点进行针对性设计，但是其补偿容量不能实现平滑调节，只能是进行有级调节。总之，现有的无功补偿装置均不够理想，无法消除新能源发电系统并网给电网造成的不利影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，减小新能源并网发电对电网造成的冲击。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，构成中包括SVG静止无功发生器、TSC型静止无功补偿器和并联协调控制器，所述SVG静止无功发生器与TSC型静止无功补偿器并联接入电网系统，二者的控制器通过通信接口与并联协调控制器连接，该无功补偿装置按以下方式运作：

SVG静止无功发生器的控制器与TSC型静止无功补偿器的控制器通过其PCC母线检测系统对系统的电压、电流进行实时检测，根据检测数据计算系统无功功率和谐波容量并将计算结果送入并联协调控制器，并联协调控制器根据系统无功功率和谐波容量的大小控制SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器的运行模式：

①当系统只需无功补偿时，并联协调控制器控制SVG静止无功发生器独立工作，由SVG静止无功发生器输出PCC母线所需要的无功容量；

②当系统同时需要滤除谐波和无功补偿时，并联协调控制器控制SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器同时运行并对二者进行协调控制：

并联协调控制器首先根据谐波类型分配TSC滤波支路，将谐波滤除，然后按下式确定SVG静止无功发生器的补偿容量：SVG静止无功发生器的补偿容量=系统无功功率-投入TSC滤波支路的补偿容量之和；

③当系统只需要滤除谐波时，并联协调控制器控制TSC型静止无功补偿器单独工作，由TSC型静止无功补偿器的控制器根据谐波类型分配TSC滤波支路。

上述适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，所述TSC型静止无功补偿器的每个TSC滤波支路包括电容、电抗器和两个晶闸管，两个晶闸管反并联连接后一端接PCC母线，另一端依次经电抗器和电容接地，两个晶闸管的栅极接TSC型静止无功补偿器的控制器。

上述适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，所述SVG静止无功发生器通过变压器与PCC母线连接。

上述适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，所述并联协调控制器采用复杂可编程逻辑控制器。

上述适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，所述复杂可编程逻辑控制器的数据输出接口上接有状态显示器。

本发明将SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器有机结合在一起，使二者优势互补，该装置可有效避免新能源发电系统并网时对电网造成的不良影响，从而改善了无功补偿效果，提高了电网的电能质量。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的电原理图；

图2为SVG单独运行控制流程图；

图3为TSC单独运行控制流程图；

图4为SVG+TSC并联协调运行控制流程图。

图中和文中各符号为： U1、TSC型静止无功补偿器的控制器；U2、SVG静止无功发生器的控制器；U3、并联协调控制器；XS、显示器；LB1、三次TSC滤波支路；LB2、五次TSC滤波支路；LB3、七次TSC滤波支路；SVG、SVG静止无功发生器；Q1、第一晶闸管；Q2、第二晶闸管；L、电抗器；C、电容；T、变压器。

具体实施方式

本发明的目的是为了解决新能源发电系统因谐波大、功率因数低而对电网造成冲击的问题，该装置可以克服SVG静止无功发生器、TSC静止无功补偿器单独运行存在的缺点，实现了SVG+TSC的协调控制，使光伏发电系统顺利并网，不会对电网带来任何不利的影响。

本发明的技术方案是将SVG静止无功发生器、TSC静止无功补偿器并联接入电网系统，并通过并联协调控制器进行协调控制。

并联协调控制器根据系统无功功率和谐波容量的大小控制SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器按以下三种模式运行：

①SVG静止无功发生器独立工作。由PCC母线检测系统对系统的电压电流等进行检测，检测结果送达综合控制系统，综合控制系统经过计算后，将控制命令下发到执行系统（功率柜各个功率模块），进行无功容量的输出，在此过程中会由SVG支路电流检测系统进行闭环控制，保证功率柜输出的容量为PCC母线所需要的无功容量，在此过程中保护系统起到保护设备的作用。

②TSC静止无功补偿器单独工作。由母线检测系统自动检测需要补偿母线的电压和电流信号，后将信号传递给综合控制系统进行计算和处理，当无功电流超过整定值时，自动判断出需要投入电容器组的级数，后由控制器将控制信号下发给指定的晶闸管阀组，使之导通将电容器投入运行，当负载无功电流值低于整定值时，控制器会给出控制信号，触发器将停止触发，使电容器退出运行。

③TSC静止无功补偿器和SVG静止无功发生器在并联协调控制器的控制下同时运行，并联协调控制器采样可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器选用型号为EPM7160，此器件具有编程灵活、集成程度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、保密性强等优点，可实现较大规模的电路设计，其最大的优点是纯硬件电路进行计算，因此速度较之前控制芯片要快，用于对时间要求较高的SVG和TSC控制系统比较合适。控制系统工作时，并联协调控制器先从SC静止无功补偿器和SVG静止无功发生器的控制器读取系统无功功率和谐波容量（也可以利用自带的母线检测系统自动检测需要补偿母线的电压和电流信号，并对系统无功功率和谐波容量进行计算），然后进行容量分配和滤波支路分配，其工作过程是并联协调控制系统在检测到系统无功和谐波容量后根据不同谐波类型进行不同的TSC滤波支路的分配，达到有效滤除谐波的目的，并根据投入TSC滤波支路的补偿容量确定SVG静止无功发生器的补偿容量，对SVG静止无功发生器系统下发容量触发信号，SVG系统根据此信号发出系统所需要的无功类型和无功容量。

TSC滤波支路可以根据谐波的次数和谐波电流大小进行配置。

一个控制实例是：

若一个新能源发电系统的TSC支路分配为四路，参数分别为①电抗率11.67%，容量为1Mvar，此支路用于滤除3次谐波；②电抗率4.20%，容量1Mvar，此支路用于滤除5次谐波；③电抗率2.20%，容量1Mvar，此支路用于滤除7次谐波。当电网参数为3次和5次谐波，无功容量为感性5Mvar时，则需要投入TSC支路①和②，将3次谐波和5次谐波滤除，并能补偿2Mvar的感性无功，电网剩余3Mvar感性无功则由SVG支路来补偿。

Claims (5)

1.一种适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，其特征是，它包括SVG静止无功发生器、TSC型静止无功补偿器和并联协调控制器(U3)，所述SVG静止无功发生器与TSC型静止无功补偿器并联接入电网系统，所述SVG静止无功发生器与TSC型静止无功补偿器的控制器通过通信接口与并联协调控制器(U3)连接；

所述无功补偿装置按以下方式运作：

SVG静止无功发生器的控制器(U2)与TSC型静止无功补偿器的控制器(U1)通过其PCC母线检测系统对系统的电压、电流进行实时检测，根据检测数据计算系统无功功率和谐波容量并将计算结果送入并联协调控制器(U3)，并联协调控制器(U3)根据系统无功功率和谐波容量的大小控制SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器的运行模式：

①当系统只需无功补偿时，并联协调控制器(U3)控制SVG静止无功发生器独立工作，由SVG静止无功发生器输出PCC母线所需要的无功容量；

②当系统同时需要滤除谐波和无功补偿时，并联协调控制器(U3)控制SVG静止无功发生器和TSC型静止无功补偿器同时运行并对二者进行协调控制：

并联协调控制器(U3)首先根据谐波类型分配TSC滤波支路，将谐波滤除，然后按下式确定SVG静止无功发生器的补偿容量：SVG静止无功发生器的补偿容量=系统无功功率-投入TSC滤波支路的补偿容量之和；

③当系统只需滤除谐波时，并联协调控制器(U3)控制TSC型静止无功补偿器单独工作，由TSC型静止无功补偿器的控制器(U1)根据谐波类型分配TSC滤波支路。

2.根据权利要求1所述的适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，其特征是，所述TSC型静止无功补偿器的每个TSC滤波支路包括电容(C)、电抗器(L)和两个晶闸管，两个晶闸管反并联连接后一端接PCC母线，另一端依次经电抗器(L)和电容(C)接地，两个晶闸管的栅极接TSC型静止无功补偿器的控制器(U1)。

3.根据权利要求1或2所述的适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，其特征是，所述SVG静止无功发生器通过变压器(T)与PCC母线连接。

4.根据权利要求3所述的适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，其特征是，所述并联协调控制器(U3)采用复杂可编程逻辑控制器，型号为EPM7160。

5.根据权利要求4所述的适用于新能源并网发电系统的无功补偿装置，其特征是，所述复杂可编程逻辑控制器的数据输出接口上接有状态显示器(XS)。