CN107294110A - 一种连续无功功率补偿电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种连续无功功率补偿电路，包括电网、电抗器L、并联电容组和可调电容器；所述电抗器L一端连接电网，另一端与并联电容组和可调电容器相连，并联电容组包含n个交流电容器，且相互并联，可调电容器由4只IGBT(T1‑T4)、4只二极管(D1‑D4)和1只直流电容C dc组成；通过对电网无功的监测与分析，将不同时段的无功补偿量分解为恒定量和波动量两部分，分别采用并联电容组对恒定量部分进行补偿和可调电容器对波动量部分进行补偿；使其既具有控制精度高、响应速度快的优点，又能够易于扩展，提升补偿容量，从而提高装置的综合补偿能力。

Description

一种连续无功功率补偿电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，具体为一种连续无功功率补偿电路及控制方法。
背景技术
无功补偿是控制电网无功平衡的主要方式，它也是保障电网安全、稳定和可靠运行的关键设备，主要包括：静态无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(STATCOM)。目前，SVC一般采用晶闸管控制，包括晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管控制电抗器(TCR)，TSC只能补偿离散无功，不能实现连续无功控制，且响应速度慢，TCR能补偿连续无功，但补偿精度低、响应速度慢、谐波含量高；STATCOM一般采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制，其补偿效果好、电流谐波含量低，但补偿容量不高、控制较复杂。实际情况下，电网对无功功率的需求是时变的，在不同的时间维度下，无功补偿量具有短时段实时改变和长时段内阶跃性变化的特点。结合当前无功补偿设备的技术现状和电网无功需求的实际特点，现有技术无法实现不同时间维度下电网无功控制的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续无功功率补偿电路及控制方法，既具有控制精度高、响应速度快的优点，又能够易于扩展，提升补偿容量，从而提高装置的综合补偿能力，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种连续无功功率补偿电路，包括电网、电抗器L、并联电容组和可调电容器；所述电抗器L的一端连接电网，另一端与并联电容组和可调电容器相连；所述并联电容组由C1、C2…Cn个交流电容器组成，C1、C2…Cn个交流电容器相互并联；所述可调电容器由T1、T2、T3、T4、二极管D1、D2、D3、D4和一个直流电容Cdc组成，T1、T2、T3、T4的集电极分别与二极管D1、D2、D3、D4的阴极相连，T1、T2、T3、T4的发射极分别与二极管D1、D2、D3、D4的阳极相连，T1与D1、T2与D2、T3与D3、T4与D4分别组成四组开关模块，且T1D1与T2D2、T3D3与T4D4串联构成两只桥臂，两只桥臂的上端共同连接直流电容Cdc的正极，下端共同连接直流电容Cdc的负极，桥臂中点分别与并联电容组和零线相连。
优选的，所述直流电容Cdc远小于交流电容器Cn，Cn为Cdc的一百倍。
优选的，所述无功补偿电路可设置为相同的等效电路结构，等效电路结构应用于三相电路系统中分为三相星形连接结构和三相三角形连接结构。
本发明提供另一种技术方案为：一种连续无功功率补偿电路的控制方法，包括以下步骤：
S1：通过对电网无功的监测与分析，将不同时段的无功补偿量分解为恒定量和波动量两部分；
S2：采用并联电容组对恒定量部分进行补偿；
S3：采用可调电容器对波动量部分进行补偿。
优选的，所述步骤S2中，将并联电容组与可调电容器并联等效为电容Ceq.，即电路相当于单相的TSC，并联电容组的电容量n与上述无功恒定量有关，对具有相同无功波动量的不同场合，通过改变n的取值，由于并联电容组为常态不可控，通过控制Cx的大小，实现无功功率的补偿控制。
优选的，所述步骤S3中，可调电容器采用四组带反并联二极管的全控型半导体开关组成典型的单相双桥臂结构，并与直流电容器C1、C2…Cn并联，构成充电、放电及被旁路三种工作工况，通过H桥结构设计控制电容转移或传输电荷量的效率，根据线路电流的变化控制直流电容充电或放电的时间，实现能量传输效率的波动补偿。
优选的，所述并联电容组中电容n的选择取决于补偿位置的无功需求量，其用于补偿在长时间维度下的阶跃式无功变化。
优选的，所述可调电容器的传输效率取决于电网无功变化的幅度，其用于补偿在短时间维度下的无功波动量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本连续无功功率补偿电路及控制方法，选用较小直流电容，电路结构简单，容易控制，具有较高的功率密度和运行可靠性。
2.本连续无功功率补偿电路及控制方法，采用全控型半导体开关IGBT，装置的可控性强，有利于提高动态无功控制效果。
3.本连续无功功率补偿电路及控制方法，通过并联电容组与可调电容器的组合，实现对了电网无功的分段补偿，将TSC和STATCOM的优点相结合，同时提升了补偿容量和动态响应效果。
4.本连续无功功率补偿电路及控制方法，装置可扩展性强，易于多组并联或在三相系统中按Y/Δ方式连接，无功补偿容量大。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明等效电路图；
图3为本发明三相系统结构图；
图4为本发明原理图；
图5为本发明可调电容电流路径图。
图中：1电网、2电抗器L、3并联电容组、4可调电容器。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例中：一种连续无功功率补偿电路，包括电网1、电抗器L2、并联电容组3和可调电容器4；电抗器L2的一端连接电网1，另一端与并联电容组3和可调电容器4相连；并联电容组3由C1、C2…Cn个交流电容器组成，C1、C2…Cn个交流电容器相互并联；可调电容器4由T1、T2、T3、T4、二极管D1、D2、D3、D4和一个直流电容Cdc组成，T1、T2、T3、T4的集电极分别与二极管D1、D2、D3、D4的阴极相连，T1、T2、T3、T4的发射极分别与二极管D1、D2、D3、D4的阳极相连，T1与D1、T2与D2、T3与D3、T4与D4分别组成四组开关模块，且T1D1与T2D2、T3D3与T4D4串联构成两只桥臂，两只桥臂的上端共同连接直流电容Cdc的正极，下端共同连接直流电容Cdc的负极，直流电容Cdc远小于交流电容器Cn，Cn为Cdc的一百倍，桥臂中点分别与并联电容组3和零线相连。
请参阅图2-3，无功补偿电路可等效为图2所示的电路结构，即电网1、电抗感L2、并联电容组3和可调电容器4，在三相系统中，无功补偿方法需三组电路单元，包括星形和三角形连接两种。
请参阅图4-5，本发明另一种实施例：一种连续无功功率补偿电路的控制方法，包括以下步骤：
第一步：通过对电网1无功的监测与分析，将不同时段的无功补偿量分解为恒定量和波动量两部分；
第二步：采用并联电容组3对恒定量部分进行补偿；如图4中的QC1+…+QCk，将并联电容组3与可调电容器4并联等效为电容Ceq.，即电路相当于单相的TSC，并联电容组3的电容量n与上述无功恒定量有关，对具有相同无功波动量的不同场合，仅需改变n的取值即可，且并联电容组3为常态不可控的，即主要通过控制Cx的大小，实现无功功率的精度控制，并联电容组3中电容n的选择取决于补偿位置的无功需求量，其用于补偿在长时间维度下的阶跃式无功变化。
第三步：采用可调电容器4对波动量部分进行补偿；采用了四只带反并联二极管的全控型半导体开关，组成典型的单相双桥臂结构并与直流电容器并联，可工作在充电、放电及被旁路三种工况下，其电流路劲如图5所示，①和②为电容充电路径，③和④为电容放电路径，⑤和⑥为电容被旁路情况，此H桥结构实现了对直流电容充放电过程的控制，从而使其表现出电容量可调的外特性；可调电容器4的电容量外特性，是通过控制电容转移或传输电荷量的效率(即单位时间内充放电电荷量的大小，定义为：能量传输效率)而实现的，即根据线路电流的变化，控制直流电容充电或放电的时间，达到控制其能量传输效率的效果，对于能量传输效率的控制，具体采用了复合型调制法，及频率与脉宽同时协调控制的调制方法；在三相系统中，三组补偿单元分别独立运行，具体补偿原理与单相补偿相同。
综上所述：本连续无功功率补偿电路及控制方法，基于对STATCOM和SVC优缺点的深入分析，提出的一种综合解决方案，使其既具有前者控制精度高、响应速度快的优点，又能够像后者一样易于扩展，提升补偿容量，从而提高装置的综合补偿能力。

Claims (8)

1.一种连续无功功率补偿电路，其特征在于，包括电抗器(2)、并联电容组(3)和可调电容器(4)；电抗器(2)与并联电容组(3)以及可调电容器(4)相连；并联电容组(3)由至少1个交流电容器组成，至少1个交流电容器相互并联；可调电容器(4)由IGBT、二极管和直流电容组成，IGBT与二极管组成开关模块。
2.根据权利要求1所述的一种连续无功功率补偿电路，其特征在于，所述直流电容的电容值比交流电容器的电容值小至少一百倍。
3.根据权利要求1所述的一种连续无功功率补偿电路，其特征在于，所述无功补偿电路可设置为相同的等效电路结构，等效电路结构应用于三相电路系统中分为三相星形连接结构和三相三角形连接结构。
4.一种根据权利要求1所述的连续无功功率补偿电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)：通过对无功的监测与分析，将不同时段的无功补偿量分解为恒定量和波动量两部分；
2)：采用并联电容组(3)对恒定量部分进行补偿；
3)：采用可调电容器(4)对波动量部分进行补偿。
5.根据权利要求4所述的一种连续无功功率补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，将并联电容组(3)与可调电容器(4)并联等效为电容Ceq.，即电路相当于单相的TSC，通过改变并联电容组(3)的电容量n的取值，并通过控制Cx的大小，实现无功功率的补偿控制。
6.根据权利要求4所述的一种连续无功功率补偿电路的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，可调电容器(4)采用四组带反并联二极管的全控型半导体开关组成典型的单相双桥臂结构，并与直流电容器C1、C2…Cn并联，构成充电、放电及被旁路三种工作工况，通过H桥结构设计控制电容转移或传输电荷量的效率，根据线路电流的变化控制直流电容充电或放电的时间，实现能量传输效率的波动补偿。
7.根据权利要求4或5所述的一种连续无功功率补偿电路的控制方法，其特征在于，所述并联电容组(3)中电容n的选择取决于补偿位置的无功需求量，其用于补偿在长时间维度下的阶跃式无功变化。
8.根据权利要求4或6所述的一种连续无功功率补偿电路的控制方法，其特征在于，所述可调电容器(4)的传输效率取决于无功变化的幅度，其用于补偿在短时间维度下的无功波动量。
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Assignee: HUBEI CHUANGQUAN ELECTRIC Co.,Ltd.

Assignor: CHINA THREE GORGES University

Contract record no.: X2023980039019

Denomination of invention: A Continuous Reactive Power Compensation Circuit and Control Method

Granted publication date: 20201124

License type: Exclusive License

Record date: 20230804