CN202034781U - 斩波式无功连续补偿装置 - Google Patents

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王伟
查凡
葛宜俊
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Abstract

本实用新型提供一种斩波式无功连续补偿装置,属于电能质量控制技术领域。该无功补偿装置包括:交流斩波器、隔离变压器及固定补偿电容,其中将交流斩波器经隔离变压器与固定补偿电容串联接入三相四线制电源,通过控制交流斩波器的开关占空比,使其输出电压Uv在U-0(U为电网相电压)之间连续变化,进而使产生的容性无功功率在零至最大值之间实现连续调节。补偿电容在零电流条件下投切,避免了冲击电流对电网及其本身的损害,提高了可靠性;本身不产生谐波;分相补偿的策略可实现三相不平衡负载的无功补偿;装置容量不超过补偿容量的四分之一,装置损耗低,改善了开关器件的工作条件,降低了成本。

Description

斩波式无功连续补偿装置
技术领域:
本实用新型属于电能质量控制技术领域,具体涉及一种电力系统中的斩波式动态连续无功补偿装置,它应用于对电网电压及无功功率的连续补偿。 
背景技术:
无功平衡对于改善供电系统的电能质量和提高电网的经济可靠运行至关重要,目前广泛应用的无功补偿装置有晶闸管投切电容器(TSC),晶闸管投切电抗器(TCR)以及静止无功发生器(STATCOM)。但TSC是分级控制不能连续调节动态补偿无功,TCR自身会产生低次谐波,只能补偿容性无功,一般与固定电容或TSC混合使用。虽然近年来提出的基于电压型或电流型桥式变流结构的静止无功发生器STATCOM具有较理想的补偿特性,动态响应快,控制精度高,可产生感性或容性无功,不产生谐波和冲击等特点,但由于其要求精确控制逆变器的输出电压相位,控制复杂;补偿感性负载时要求直流侧电压高于电网电压,以使逆变器输出滞后无功电流,且其补偿的感性无功的容量与直流侧电压成正比,但过高的直流侧电压需要增加电容的容量和开关管的耐压等级,同时也增大了开关管的损耗。 
发明内容:
本实用新型的目的是提供一种斩波式无功连续补偿装置,通过调节交流斩波器的输出电压,改变电容C两端电压的方法达到输出无功功率的连续可调的目的。 
本实用新型的无功补偿装置包括三个单相交流斩波器3A、3B、3C,三个单相隔离变压器4A、4B、4C及三个固定补偿电容5A、5B、5C,所述三个单相交流斩波器的输入端分别与三相四线制电源1的A相、B相、C相以及N线连接,所述三个单相交流斩波器的输出侧分别与所述三个单相隔离变压器的原边绕组连接,所述三个单相隔离变压器的二次侧有两个输出端子,一端连接在一起形成中性点,另一输出端子分别连接对应的固定补偿电容的三个输入端子上,所述三个固定补偿电容的另三个端子接入电源1的A、B、C三相,通过控制所述三个单相交流斩波器开关占空比的大小,连续调节三个单相交流斩波器输出电压,实现容性无功功率零至最大范围内的连续调节。 
所述的三个固定补偿电容采取零电流投切,即补偿装置投入电网前使三个单相隔离变压器的输出电压等于电网电压,使固定补偿电容在零电流的条件下投入使用。投入后利用脉宽调制(PWM)技术控制交流斩波器的输出电压,从而达到需要的无功补偿电流。装置容量不超过补偿容量的四分之一,装置损耗低,改善了开关器件的工作条件。 
所述三个单相交流斩波器由输入滤波器3-1、主开关3-2、辅助开关3-3、输出滤波器3-4组成。 
本实用新型采用三个单相交流斩波电路和三个单相变压器的方法来实现对用电系统各相容性无功补偿的解耦控制和分相补偿,所能获得无功补偿功率Qc可用 
Figure BSA00000428490700021
公式得到。其中U为电网电压,C为补偿电容器的电容值,Uv是交流斩波器的输出电压。并且交流斩波器的容量仅为补偿容量的四分之一。 
本实用新型通过改变交流斩波器主开关与辅助开关的占空比来改变补偿电容的补偿容量,从而连续调节补偿装置的无功输出。该补偿装置的主要优点是: 
1、连续补偿。可提供连续变化的容性无功,不会对电网产生污染的谐波。 
2、交流斩波器的容量小,仅为该补偿支路容量的1/4,装置损耗低,元器件耐压低,改善了开关器件的工作条件,降低了成本。 
3、零电流软开关切投。在电容投入时,可先预置斩波器输出电压,使电容在零电流时投入,可减少对电网的冲击和延长电容的使用寿命。 
4、新型交流斩波调压技术。采用交流斩波电路,来实现低输出阻抗的可调电压源,从而不附加因补偿产生的谐波,动态响应速度快。 
附图说明:
图1为本实用新型装置原理图。 
图2为交流斩波器电路示意图。 
图中:三相四线制电源1,感性无功负荷2,单相交流斩波器(3A、3B、3C),单相隔离变压器(4A、4B、4C),固定补偿电容(5A、5B、5C),输入滤波器3-1,主开关3-2,辅助开关3-3,输出滤波器3-4。 
具体实施方式:
由图1可知,本实用新型无功连续补偿装置由三相四线制电源1、感性无功负荷2、三个单相交流斩波器(3A、3B、3C)、三个单相隔离变压器(4A、4B、4C)和三个固定补偿电容(5A、5B、5C)组成。三相电源1的每相输出端分别与感性无功负荷2的输入端对应相连接。三个单相斩波器(3A、3B、3C)的输入端分别与三相四线制电源1的A相、B相、C相以及N线连接,其输出侧分别与三个单相隔离变压器(4A、4B、4C)的原边输入端连接。三个单相隔离变压器(4A、4B、4C)的二次侧的一端连接在一起形成中性点,另一个端子分别连接到对应的固定补偿电容(5A、5B、5C)的三个输入端子上,固定补偿电容(5A、5B、5C)的另三个端子分别接入三相电源1的A、B、C三相。 
三个单相交流斩波器(3A、3B、3C)的结构完全相同,其原理图如图2所示,单相交流斩波器3由输入滤波器3-1、主开关3-2、辅助开关3-3、输出滤波器3-4组成,输入滤波器3-1的输入与电源连接,输入滤波器3-1的输出一端连接主开关3-2的首端,主开关3-2的末端与输出滤波器3-4及辅助开关3-3的首端相连,输入滤波器3-1、辅助开关3-3、输出滤波器3-4的另一端相连接,输出滤波器3-4与单相隔离变压器相连。其中主开关3-2由单相整流桥和全控型开关管(MOSFET或IGBT)组成,单相整流桥由四个二极管组成。辅助开关3-3的连接方式与主开关3-2相同。 

Claims (3)

1.斩波式无功连续补偿装置,其特征在于该装置包括三个单相交流斩波器(3A)、(3B)、(3C),三个单相隔离变压器(4A)、(4B)、(4C)及三个固定补偿电容(5A)、(5B)、(5C),所述三个单相交流斩波器的输入端分别与三相四线制电源(1)的A相、B相、C相以及N线连接,所述三个单相交流斩波器的输出侧分别与所述三个单相隔离变压器的原边绕组连接,所述三个单相隔离变压器的二次侧有两个输出端子,一端连接在一起形成中性点,另一输出端子分别连接对应的固定补偿电容的三个输入端子上,所述三个固定补偿电容的另三个端子接入三相四线制电源(1)的A、B、C三相,通过控制所述三个单相交流斩波器开关占空比的大小,连续调节三个单相交流斩波器输出电压,实现容性无功功率零至最大范围内的连续调节。
2.根据权利要求1所述的补偿装置,其特征在于所述的三个固定补偿电容采取零电流投切,即补偿装置投入电网前使三个单相隔离变压器的输出电压等于电网电压,使固定补偿电容在零电流的条件下投入使用。
3.根据权利要求1所述的补偿装置,其特征在于所述三个单相交流斩波器由输入滤波器(3-1)、主开关(3-2)、辅助开关(3-3)、输出滤波器(3-4)组成。
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