CN211151548U

CN211151548U - 一种混合型无功补偿装置

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Publication number: CN211151548U
Application number: CN201922322597.2U
Authority: CN
Inventors: 胡豪; 仇志远
Original assignee: Jiangsu Wozhiyuan Power Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Wozhiyuan Power Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2029-12-20

Abstract

本实用新型属于电力系统无功补偿技术领域，具体涉及一种混合型无功补偿装置。包括并联在电网上的若干TSC投切单元和静止无功发生器单元，所述静止无功发生器单元连接所述TSC投切单元，所述静止无功发生器单元包括主控制器以及与所述主控制器依次连接的逆变电路、LCL滤波电路、主继电器和断路器，再通过所述断路器连接至电网，所述主继电器两端还并联有软启电容，所述主控制器用于控制所述逆变电路和若干TSC投切单元进行补偿动作。用于解决TSC容量大精度低补偿存在阶梯型，SVG容量低对于大容量无功补偿不能满足的问题。结合SVG补偿精度高和TSC补偿容量大的特点达到完全消除电网无功和谐波的目的。

Description

一种混合型无功补偿装置

技术领域

本实用新型属于电力系统无功补偿技术领域，具体涉及一种混合型无功补偿装置。

背景技术

随着电力电子技术的不断进步，越来越多的非线性、冲击性容/感性负载被应用在配电系统中，无功负载会导致系统功率因数下降、电压不平衡、电压跌落、线损增加从而影响电能质量，严重时会导致电力系统崩溃，造成重大损失；另一方面无功功率也是电力系统中维持各种感性设备电磁场，进行电能转换、传输所必须的能量。因此，实际运行中往往需要对无功功率进行就地补偿。

无功功率技术在发展过程中，先后出现了几种不同的无功补偿装置，静止无功补偿装置(Static Var Compensator—SVC)，静止无功发生器(Static Var Generator—SVG)，其中SVC能补偿大容量，但是不能精确补偿，而SVG 是能够实现精确的无功补偿，但由于目前电力电子器件的成本偏高，其补偿容量受到有限，而目前的晶闸管投切电容组(Thyristor Switch Capacitor-TSC)容量大但是不能够精确补偿存在阶梯型补偿状态，而SVG 能精确补偿却容量不大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种混合型无功补偿装置，用于解决TSC容量大精度低补偿存在阶梯型，SVG容量低对于大容量无功补偿不能满足的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种混合型无功补偿装置，包括并联在电网上的若干TSC投切单元和静止无功发生器单元，所述静止无功发生器单元连接所述TSC投切单元，所述静止无功发生器单元包括主控制器以及与所述主控制器依次连接的逆变电路、LCL滤波电路、主继电器和断路器，再通过所述断路器连接至电网，所述主继电器两端还并联有软启电容，所述主控制器用于控制所述逆变电路和若干TSC投切单元进行补偿动作，还包括与电网连接的第一电流互感器和电压互感器、连接在主继电器与 LCL滤波电路之间的第二电流互感器以及连接在逆变电路中的直流电压传感器，所述第一电流互感器、电压互感器、第二电流互感器和直流电压传感器均与主控制器连接。

相较于现有技术，以上技术方案具有如下有益效果：

通过主控制器连接逆变电路和TSC投切单元，实现通过主控制器实时读取电网电压电流，控制逆变电路实时快速响应发出矢量相反的无功电流和谐波电流进行补偿，并控制TSC投切单元进行无功补偿，通过TSC的粗补过后，在通过控制逆变电路进行无功功率补偿，结合TSC和逆变电路完成的两种无功补偿模式相结合达到完全消除无功和谐波，净化电网。

进一步地，所述主控制器包括主控电路以及均与所述主控电路连接的采样调理电路、驱动电路和投切控制电路，所述采样调理电路连接所述第一电流互感器、电压互感器、第二电流互感器和直流电压传感器，所述驱动电路连接所述逆变电路，用于驱动所述逆变电路，同时接收所述逆变电路的反馈信号，并传递给所述主控电路起到保护所述静止无功发生器单元的作用，所述投切控制电路连接所述TSC投切单元。

根据上述方案，通过采用调理电路采集电网电压电流信号进行放大滤波处理后传递给主控电路，主控电路通过控制驱动电路对逆变电路进行状态控制，通过控制投切控制电路TSC投切单元进行投切控制，同时驱动电路可接受逆变电路反馈的故障信号，保护静止无功发生器单元，

进一步地，所述逆变电路包括三相NPC三电平全桥逆变器和直流支撑电容，所述三相NPC三电平全桥逆变器控制输出直流支撑电容内的直流电压经所述LCL滤波电路至电网内起无功补偿作用。

根据上述方案，三相NPC三电平全桥逆变器根据驱动电路的控制信号，控制直流支撑电容对电网进行电压和电流补偿操作，具体再通过LCL滤波电路抑制尖峰和高次谐波，完成无功补偿，同时LCL滤波电路能有效防止外部干扰，提高抗干扰能力。

进一步地，所述主控电路还连接有集控显示屏。

进一步地，所述集控显示屏通过RS485总线连接所述主控电路。

根据上述方案，通过RS485通讯连接集控显示屏在主控电路上，可以实时显示电网电压电流的有效值、功率因数以及设备的运行状态等信息。

进一步地，所述直流电压传感器设置在所述直流支撑电容附近，所述直流电压传感器为霍尔式直流电压传感器。

本实用新型的有益效果是：

通过并联组合TSC投切单元和结合SVG，通过主控制器统一控制TSC投切动作和SVG动作，实现了大容量、高精度和实时性好的无功补偿控制，且主控制器包括集控显示屏可以实时显示电网电压电流、功率因数以及设备状态等信息；TSC投切单元可以根据实际负荷情况灵活配置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例所述的整体结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例所述的整体连接示意图；

图3为图2中三相NPC三电平全桥逆变器以及LCL滤波电路的具体结构示意图；

附图标记：

1、静止无功发生器单元；2、TSC投切单元；3、主控制器；301、主控电路；302采样调理电路；303、驱动电路；304、投切控制电路；305、集控显示屏；4、逆变电路；401、三相NPC三电平全桥逆变器；402、直流支撑电容；5、LCL滤波电路；6、主继电器；7、断路器；8、软启电容；9、第一电流互感器；10、电压互感器；11、第二电流互感器；12、直流电压传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

如图1所示，本实用新型所提供的一种混合型无功补偿装置，包括并联在电网上的若干TSC投切单元2和静止无功发生器单元1，具体TSC投切单元2并联的数量可根据实际负荷设定相匹配数量的TSC投切单元2，静止无功发生器单元1连接TSC投切单元2，如图2所示，静止无功发生器单元1 包括主控制器3以及与主控制器3依次连接的逆变电路4、LCL滤波电路5、主继电器6和断路器7，再通过断路器7连接至电网，主继电器6两端还并联有软启电容8，主控制器3用于控制逆变电路4和若干TSC投切单元2进行补偿动作，其中，还包括与电网连接的第一电流互感器9和电压互感器10、连接在主继电器6与LCL滤波电路5之间的第二电流互感器11以及连接在逆变电路4中的直流电压传感器12，第一电流互感器9、电压互感器10、第二电流互感器11和直流电压传感器12均与主控制器3连接。通过主控制器 3连接逆变电路4和TSC投切单元2，实现通过主控制器3实时读取电网电压电流，控制逆变电路4实时快速响应发出矢量相反的无功电流和谐波电流进行补偿，并控制TSC投切单元2进行无功补偿，通过TSC的粗补过后，在通过控制逆变电路4进行无功功率补偿，实现粗补和精补相结合，即结合TSC 和逆变电路4完成的两种无功补偿模式相结合达到完全消除无功和谐波，净化电网。

其中，主控制器3包括主控电路301以及均与主控电路301连接的采样调理电路302、驱动电路303和投切控制电路304，其中，主控电路301采用型号为TMS320F28335的浮点型DSP芯片和型号为EP1C6T144I7的芯片，集控显示屏305可以采用型号为TPC1570Gi(Gx)的昆仑通态屏幕，作为实现人机交互的上位机系统，采样调理电路302连接第一电流互感器9、电压互感器10、第二电流互感器11和直流电压传感器12，直流电压传感器12采用霍尔式的直流电压传感器12，将该霍尔式直流电压传感器12设置在直流支撑电容402附近，采用直流支撑电容402的电压信号并传递给采样调理电路302，驱动电路303连接逆变电路4，驱动电路303发出PWM脉冲信号用于驱动逆变电路4，同时接收逆变电路4的反馈信号，并传递给主控电路301 起到保护静止无功发生器单元1的作用，其中，驱动电路303可由ACPL316J 芯片及相关电路组成，投切控制电路304连接TSC投切单元2，用于控制与之连接的TSC投切单元2的开关状态，投切控制电路304可以采用型号为 6N137光耦合器及外围电路组成的电平转换隔离电路对TSC投切单元2进行控制，通过第一电流互感器9和电压互感器10采集电网电流和电压，第二电流互感器11采集设备输出电流，直流电压传感器12采集直流侧电压，再传递给采样调理电路302，通过采样调理电路将采集的电网电压电流、设备输出电流和直流侧电压，经过放大滤波后传递给主控电路301，其中，采样调理电路302可由AD7606芯片及外围电路组成，主控电路301进行无功检测后，控制投切控制电路304发出脉冲信号实时对TSC投切单元2的开关状态进行控制实现对电网的大容量无功补偿，同时，控制驱动电路303发出PWM 脉冲信号至逆变电路4进而发出无功电流进行精确补偿电网的无功电流，输出协调配合好的无功电流返回至电网完成无功补偿，另外，驱动电路303可接受逆变电路4反馈的故障信号，进而保护静止无功发生器单元1。

其中，如图3所示，逆变电路4包括三相NPC三电平全桥逆变器401和直流支撑电容402，逆变电路4具体连接结构如图3所示，三相NPC三电平全桥逆变器401提供输出通道供直流支撑电容402内的直流电压经LCL滤波电路5至电网内起无功补偿作用，三相NPC三电平全桥逆变器401根据驱动电路303的控制信号，控制直流支撑电容402对电网进行电压和电流补偿操作，具体通过LCL滤波电路5抑制尖峰和高次谐波，完成无功补偿，同时LCL 滤波电路5能有效防止外部干扰，提高抗干扰能力。

进一步地，主控电路301还连接有集控显示屏305，且集控显示屏305 通过RS485总线连接主控电路301，具体的采样信号和控制命令通过RS485 总线发送至集控显示屏305显示，可以通过集控显示屏305更加直观的观察整体运行状态。

具体工作流程，首先采样调理电路302通过第一电流互感器9和电网互感器采集电网电压电流信号并传递给主控电路301，主控电路301计算出电网所需谐波及无功容量，根据逆变电路4的容量和TSC组数及容量，对计算的无功容量进行有效限幅，合理分配无功，之后控制投切控制电路304对投入相应组数的TSC投切单元2进行大容量无功补偿，同时控制驱动电路303 发出PWM脉冲信号控制逆变电路4对电网进行精确补偿，结合TSC大容量的无功补偿和SVG小容量的精确补偿完全消除电网无功和谐波，实现净化电网。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种混合型无功补偿装置，其特征在于：包括并联在电网上的若干TSC投切单元和静止无功发生器单元，所述静止无功发生器单元连接所述TSC投切单元，所述静止无功发生器单元包括主控制器以及与所述主控制器依次连接的逆变电路、LCL滤波电路、主继电器和断路器，再通过所述断路器连接至电网，所述主继电器两端还并联有软启电容，所述主控制器用于控制所述逆变电路和若干TSC投切单元进行补偿动作，还包括与电网连接的第一电流互感器和电压互感器、连接在主继电器与LCL滤波电路之间的第二电流互感器以及连接在逆变电路中的直流电压传感器，所述第一电流互感器、电压互感器、第二电流互感器和直流电压传感器均与主控制器连接。

2.根据权利要求1所述的混合型无功补偿装置，其特征在于：所述主控制器包括主控电路以及均与所述主控电路连接的采样调理电路、驱动电路和投切控制电路，所述采样调理电路连接所述第一电流互感器、电压互感器、第二电流互感器和直流电压传感器，所述驱动电路连接所述逆变电路，用于驱动所述逆变电路，同时接收所述逆变电路的反馈信号，并传递给所述主控电路起到保护所述静止无功发生器单元的作用，所述投切控制电路连接所述TSC投切单元。

3.根据权利要求2所述的混合型无功补偿装置，其特征在于：所述逆变电路包括三相NPC三电平全桥逆变器和直流支撑电容，所述三相NPC三电平全桥逆变器控制输出直流支撑电容内的直流电压经所述LCL滤波电路至电网内起无功补偿作用。

4.根据权利要求3所述的混合型无功补偿装置，其特征在于：所述主控电路还连接有集控显示屏。

5.根据权利要求4所述的混合型无功补偿装置，其特征在于：所述集控显示屏通过RS485总线连接所述主控电路。

6.根据权利要求3所述的混合型无功补偿装置，其特征在于：所述直流电压传感器设置在所述直流支撑电容附近，所述直流电压传感器为霍尔式直流电压传感器。