CN110729739A

CN110729739A - 一种虚拟无功补偿器

Info

Publication number: CN110729739A
Application number: CN201810782206.2A
Authority: CN
Inventors: 董振隆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2020-01-24

Abstract

一种虚拟无功补偿器，用两路并联的低压大电流MOS管开关电路，将无功补偿电容器C3与电网连接起来，一路为C3充电，另一路为C3放电。C3充电，可以吸收电网的感性无功电流及各种非线性电流。C3放电，是根据充电电流的大小，将C3的电荷，以一个与电网电压同频率、同相位角的正弦波电流形式注入电网，让电网代为C3存储电荷，使C3的容量成为虚拟容量，可以无限量地将吸收电网的无功电流，变换成有功电流再返还电网。控制C3放电电流，可连续调控C3的虚拟容量。一种虚拟无功补偿器并联一只电抗器，对感性无功和容性无功，均可以连续补偿。

Description

一种虚拟无功补偿器

技术领域

本发明属于电力传输过程的无功补偿技术，具体地说，是一种虚拟无功补偿器。

背景技术

为消除来自非纯阻性负载电流对电网的污染，使电力传输过程更节能、环保、低成本，人们推出了各种无功补偿装置。传统的电力电容器补偿法的弊病是体积大，补偿容量的非连续性且容易产生谐振，静止无功发生器SVG和磁控电抗器MCR等，都造价很高，急需开发出性/价比高的新型无功补偿装置。

发明内容

本虚拟无功补偿器，具有以下两个特征：

1、补偿电容器C3具有虚拟容量，这个虚拟容量就是补偿电网中的感性和各种非线性无功功率的容量；这个虚拟容量的大小是由C3的放电电流控制的：放电电流为0，虚拟容量等于C3标称容量，随着放电电流增大，虚拟容量随之增大，所以连续调控C3的放电电流，就可以连续调控C3的虚拟容量。

2、将电网中的各种无功电流和杂波电流，变换成有功电流，返还电网。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：

1、控制C3向电网放电，保证C3的电压绝对值，正半周不大于电网电压与C1电压的绝对值之和，负半周不大于电网电压与C2电压的绝对值之和，以此实现了电网代为C3存储电荷，使C3的容量成为虚拟容量，这个虚拟容量的大小是由C3的放电电流控制的：放电电流为0，虚拟容量等于C3标称容量，随着放电电流增大，虚拟容量随之增大。

2、放电电路，将C3中的电荷，以与电网电压同频率、同相位角的正弦波的电流形式返还电网，达到了将来自电网的感性和各种杂波无功电流，变换成有功电流，返回给电网的目的。

以下结合附图加以说明。

附图说明

图1为一种双半桥式虚拟无功补偿器的原理框图；

图2为一种半桥全桥混用式虚拟无功补偿器的原理框图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

Ctrl为控制电路，TA1、TA2为电流互感器，V+为直流电源的正端，V-为直流电源的负端。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

众所周知，计算机的虚拟存储器，是将绝大部分信息存储在硬磁盘中，以此使内存的存储容量成为无限大的虚拟容量。与此相似，我们让电网为补偿电容器C3存储电荷，形成虚拟容量，可以无限制地使用这个虚拟容量，使性/价比大大提高。

图1为一种双半桥式虚拟无功补偿器的原理框图：

双半桥式虚拟无功补偿器，使用两路并联的半桥式开关电路，将无功补偿电容器C3与电网连接起来，一路为C3充电，另一路为C3放电。为C3充电的主电路是由电容C1、C2、MOS管Q1、Q2和滤波电感L1组成，为C3放电的主电路是由电容C4、C5、MOS管Q3、Q4和滤波电感L2组成。

C3充电，用于吸收电网的感性及各种非线性无功电流，为使C3具有无限量地吸收无功电流的功能，便设置了放电电路。C3放电的标准是，控制C3的电压绝对值，正半周不大于电网电压与C1电压绝对值之和，负半周不大于电网电压与C2电压绝对值之和，将C3的电荷，以一个与电网电压同频率、同相位角的正弦波电流形式注入电网，让电网为C3存储电荷，于是C3的容量就变成为虚拟容量。这个虚拟容量的大小是由C3的放电电流控制的：放电电流为0，虚拟容量等于C3标称容量，随着放电电流增大，虚拟容量随之增大，所以连续调控C3的放电电流，就可以连续调控C3的虚拟容量，这个虚拟容量就是补偿电网的感性和各种非线性无功功率的容量；也可以根据无功补偿的需要，适度调控放电电流相对于电网电压的相位角。

值得注意的是，C3充电，吸收了电网的感性及各种非线性无功电流，而向电网放电，却是一个与电网电压同步的有功电流，从而达到了将无功电流变成有功电流的目的。

C1、C2充电不必单独设置电路，因为当C3电压高于电网电压时，C1、C2电压会下降，反之，会上升，放电电路可以控制C3电压，借以控制C1、C2电压。在虚拟无功补偿器初加电的缓启动过程，自然就完成了对C1、C2的充电。

图2为一种半桥全桥混用式虚拟无功补偿器的原理框图；

本图充电电路仍采用半桥式，主回路是由电容C1、C2、MOS管Q1、Q2、滤波电感L1、组成，放电电路改为全桥式，主回路是由电容C4、C5、MOS管Q3、Q4、滤波电感L2组成，运行过程与图1相似。

Claims

1.一种虚拟无功补偿器，其特征在于：

一种虚拟无功补偿器，采用两路并联的低压大电流MOS管开关电路，将无功补偿电容器C3与电网连接起来，一路为C3充电，另一路为C3放电：为C3充电的主电路是由电容C1、C2、MOS管Q1、Q2和滤波电感L1组成，电容C1的正极接直流电源的正端V+，电容C1的负极与电容C2的正极节点，接电网火线H，电容C2的负极接直流电源的负端V-，MOS管Q1的漏极接直流电源的正端V+，Q2的源极接直流电源的负端V-，Q1的源极与Q2的漏极节点接滤波电感L1的一端，L1的另一端接补偿电容器C3的一端，C3的另一端接电网的中性线N；为C3放电的主电路是由电流互感器TP1、TP2、电容C4、C5、MOS管Q3、Q4和滤波电感L2组成，电容C4的正极接直流电源的正端V+，电容C4的负极与电容C5的正极节点，接滤波电感L1与补偿电容C3的节点，电容C5的负极接直流电源的负端V-，MOS管Q3的漏极接直流电源的正端V+，Q4的源极接直流电源的负端V-，Q3的源极与Q4的漏极节点接滤波电感L2的一端，L2的另一端接电网的火线H。

2.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

在运行过程中，一路控制C3充电，吸收电网的感性及各种非线性无功电流，净化电网，另一路控制C3放电，保证C3的电压绝对值，正半周不大于电网电压与C1电压的绝对值之和，负半周不大于电网电压与C2电压的绝对值之和，将C3的电荷，以一个与电网电压同频率、同相位角的正弦波的电流形式注入电网，以此完成将吸收的无功电流变换成有功电流的同时，还完成了电网代为C3存储电荷，使C3的容量成为虚拟容量，这个虚拟容量就是补偿电网的感性和各种非线性无功功率的容量，这个虚拟容量的大小是由C3的放电电流控制的：放电电流为0，虚拟容量等于C3的标称容量，随着放电电流增大，虚拟容量随之增大，所以连续调控C3的放电电流，就可以连续调控C3的虚拟容量；也可以根据无功补偿的需要，适度调控放电电流的相位角。

3.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

两路并联的低压大电流MOS管开关电路的开关器件，当需要时，例如，增加C3放电电流相对于电网电压的相位角时，或将一种虚拟无功补偿器安装在高压电网上时，可以改用IGBT或可控硅，补偿电容C3的参数也需相应修改。

4.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

两路并联的低压大电流MOS管开关电路，可以是半桥，也可以改用其它电路，如：全桥。

5.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

补偿电容器C3的一端接电网中性线N时，则C3的另一端经两路并联的低压大电流MOS管开关电路与电网火线H相通；反之，当C3的一端接电网火线H时，则C3的另一端经两路并联的低压大电流MOS管开关电路与电网中性线N相通。

6.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

两路并联的低压大电流MOS管开关电路，可以取其中的一路，兼职双路功能，分时对C3进行充电与放电，借以简化电路。

7.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

连续调控补偿电容C3的放电电流，就可以连续调控C3的虚拟容量，所以在实际应用中，可以与一只电抗器并联，这样对电网中的容性无功或感性无功，都能进行连续补偿。

8.根据权利要求1所述的一种虚拟无功补偿器，其特征还在于：

为保证虚拟无功补偿器的充电、放电电路，在电网发生故障和恢复正常过程不失控，需要为充电、放电电路配备备用蓄电池供电。