RU2649888C2 - Устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения - Google Patents

Устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2649888C2
RU2649888C2 RU2016106352A RU2016106352A RU2649888C2 RU 2649888 C2 RU2649888 C2 RU 2649888C2 RU 2016106352 A RU2016106352 A RU 2016106352A RU 2016106352 A RU2016106352 A RU 2016106352A RU 2649888 C2 RU2649888 C2 RU 2649888C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
cvar
reactive power
active power
converters
Prior art date
Application number
RU2016106352A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016106352A (ru
Inventor
Мартин ПИШЕЛЬ
Ханс-Йоахим КНАК
Маркос ПЕРЕЙРА
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Publication of RU2016106352A publication Critical patent/RU2016106352A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2649888C2 publication Critical patent/RU2649888C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/185—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such reactive element is purely inductive, e.g. superconductive magnetic energy storage systems [SMES]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20—Active power filtering [APF]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

Использование – в области электротехники. Технический результат – упрощение конструкции устройства компенсации реактивной и активной мощности. Согласно изобретению устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения содержит первый преобразователь CW, который выполнен с возможностью компенсации активной мощности, и второй последовательно включенный преобразователь CVAR, который выполнен с возможностью компенсации реактивной мощности, причем поставляемое или выдаваемое устройством напряжение соответствует сумме напряжений первого преобразователя CW и второго преобразователя CVAR. 13 з.п. ф-лы, 22 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения.
Фиг. 1 показывает обычное устройство 1 для компенсации реактивной мощности и активной мощности. Конденсатор 2 соединен параллельно с батареей 3, эти компоненты соединены через преобразователь 4 с тремя фазами сети переменного тока. Конденсатор 2 и батарея 3 подсоединены на стороне постоянного напряжения преобразователя 4. Конденсатор 2 используется для компенсации реактивной мощности, батарея 3 – для компенсации активной мощности. Преобразователь 4 содержит для каждой фазы несколько последовательно соединенных подмодулей 5, чтобы обеспечить электрическую прочность, требуемую в сети высокого напряжения. С помощью переключателей 7, 8, батарея 3 может отделяться от остальных компонентов устройства 1.
Фиг. 2 показывает пример такого подмодуля 5, который состоит из транзистора и диода.
Фиг. 3 показывает альтернативный подмодуль 6, который состоит из полумоста из полупроводниковых компонентов и конденсатора.
Этому обычному, поясненному со ссылками на фиг. 1-3 устройству для компенсации реактивной мощности и активной мощности свойственны некоторые проблемы. Если компенсация реактивной мощности выполняется в непрерывном режиме, в конденсаторе 2 и 3 батарее непрерывно протекает ток, который приводит к нагреву и, следовательно, к снижению срока службы чувствительных компонентов.
Если напряжение на батарее 3 меньше, чем напряжение сети, ток заряда протекает неконтролируемым образом через диоды подмодулей, показанных на фиг. 2 и 3. Из-за большой емкости накопителя энергии, при включении устройства при разряженном накопителе энергии может протекать очень большой ток, что приводит к негативным последствиям для сети высокого напряжения и преобразователя 4.
Еще одна проблема возникает, когда вместо батареи 3 предусмотрены конденсаторы с двойным электрическим слоем в качестве накопителя энергии. При восстановлении накопленной энергии, напряжение на конденсаторе уменьшается согласно квадратному корню напряжения. Так как напряжение на накопителе энергии не может быть меньше, чем напряжение в сети высокого напряжения, должно приниматься во внимание большое ограничение выхода энергии. Подобные проблемы также возникают, когда батарея используется в качестве накопителя энергии.
В публикации WO 2010/124706 А1 предложен модульный, многоступенчатый преобразователь, в котором модули накопителя энергии встроены непосредственно в отдельные подмодули преобразователя. Силовой электронный блок в форме "прерывателя" или преобразователя напряжения применяется для того, чтобы накопитель энергии связать с подмодулем. Однако требуемый силовой электронный блок и связанный дроссель обуславливают значительные затраты на конструирование.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создать устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения, которое проще по конструкции.
Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предусмотрено устройство вышеуказанного типа, которое содержит первый преобразователь, который предназначен для компенсации активной мощности, и второй последовательно включенный преобразователь, который предназначен для компенсации реактивной мощности, причем поставляемое или выдаваемое устройством напряжение соответствует сумме напряжений первого преобразователя и второго преобразователя.
Существующие в предшествующем уровне техники проблемы устраняются в соответствии с изобретением устройством с двумя последовательно соединенными преобразователями, причем первый преобразователь выполнен с возможностью компенсации активной мощности, а второй предусмотрен для компенсации реактивной мощности. В соответствующем изобретению устройстве существенным является то, что напряжение преобразовательного устройства соответствует сумме напряжений обоих преобразователей.
В соответствии с изобретением, предпочтительно, что устройство содержит блок управления, который выполнен с возможностью измерения напряжений и токов, существующих в сети высокого напряжения, и который таким образом устанавливает выдаваемые первым и вторым преобразователями напряжения, что требуемая активная мощность Р и реактивная мощность Q отбирается из сети высокого напряжения или вводится в сеть высокого напряжения.
В соответствии с изобретением, предпочтительно, что блок управления управляет обоими преобразователями таким образом, что первый преобразователь компенсирует только активную мощность, а второй преобразователь - только реактивную мощность.
В объем настоящего изобретения также входит то, что первый преобразователь, который предусмотрен для компенсации активной мощности, содержит по меньшей мере один элемент накопителя энергии или связан с накопителем энергии. Предпочтительным образом, элемент накопителя энергии может быть выполнен как конденсатор, или конденсатор с двойным электрическим слоем, или как батарея.
Предпочтительно, что первый преобразователь и/или второй преобразователь содержит(ат) дроссель.
В соответствующем изобретению устройстве блок управления может быть выполнен с возможностью регулирования напряжения, выдаваемого первым преобразователем, таким образом, что оно находится в фазе или в противофазе с током, протекающим через преобразователь. Предпочтительно может быть предусмотрено, что блок управления управляет преобразователем, предусмотренным для компенсации реактивной мощности, таким образом, что ток, протекающий через конденсатор, ограничивается.
Также в объем настоящего изобретения входит то, что оба преобразователя, соответственно, имеют Н-мост, который предпочтительно выполнен из силовых полупроводниковых переключателей. Предпочтительно, оба преобразователя являются, соответственно, трехфазными. Преобразователи могут быть включены по схеме соединения звездой или по схеме соединения треугольником.
Изобретение поясняется с помощью примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. Чертежи являются схематичными представлениями и показывают следующее:
Фиг. 1 – обычное устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности;
Фиг. 2 и 3 – подмодули обычного устройства по фиг. 1;
Фиг. 4 – соответствующее изобретению устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности;
Фиг. 5 - эквивалентная схема соответствующего изобретению устройства;
Фиг. 6-11 - векторные диаграммы напряжений и токов, возникающих в устройстве;
Фиг. 12 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства для компенсации реактивной мощности и активной мощности;
Фиг. 13 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства для компенсации реактивной мощности и активной мощности;
Фиг. 14 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства для компенсации реактивной мощности и активной мощности;
Фиг. 15 - другой пример выполнения соответствующего изобретению устройства;
Фиг. 16-18 - другие примеры выполнения соответствующих изобретению устройств для компенсации реактивной мощности и активной мощности; и
Фиг. 19-22 – применения устройств, показанных на фиг. 16-18.
Фиг. 4 показывает устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения, содержащее первый преобразователь CW, который предназначен для компенсации активной мощности, и второй, включенный последовательно с ним преобразователь CVAR, который предназначен для компенсации реактивной мощности. Оба преобразователя CW, CVAR соединены с блоком 9 управления. Устройство 10, показанное на фиг. 4, с обоими преобразователями CW, CVAR может быть соединено с фазами сети. Альтернативно, могут быть предусмотрены ветви, так что возникает схема соединения треугольником или схема соединения звездой со связанной нулевой точкой (нейтралью).
В устройстве 10 является существенным, что напряжение (общее напряжение) образуется суммой напряжений обоих преобразователей CW, CVAR, при этом речь может идти как об отдельных фазных напряжениях, так и о многофазном напряжении. Преобразователь CVAR состоит из отдельных подмодулей, как устройство, показанное на фиг. 1, однако, так как он необходим только для компенсации реактивной мощности, не требуются ни батарея, ни переключатели.
На блок 9 управления подаются сигналы, соответствующие электрическим параметрам, которые измеряются в сети высокого напряжения. Блок 9 управления имеет для этой цели регулятор 12, который является составной частью блока 9 управления и определяет реактивную мощность и активную мощность, которые либо потребляются сетью высокого напряжения, либо вводятся в сеть. Посредством вычислительного блока 11 вычисляются напряжения UCVAR и UCW для преобразователей CVAR и CW, так что реактивная мощность и активная мощность, которые определяются посредством регулятора 12, преобразуются, соответственно, посредством преобразователей CVAR, CW. Для обоих преобразователей CW, CVAR предусмотрен, соответственно, блок 13, 14 управления преобразователя, чтобы управлять силовыми полупроводниковыми переключателями.
Принцип работы устройства 10 поясняется с помощью эквивалентной схемы, показанной на фиг. 5. Оба преобразователя CW, CVAR и индуктивность L преобразователя в эквивалентной схеме учитываются посредством двух источников напряжения UCW и UCVAR, а также индуктивности L. Индуктивность L реализована в виде дросселя в одном из преобразователей, альтернативно, она может также быть распределенной. Полное напряжение преобразовательного устройства, т.е. напряжение USUM, получается как сумма напряжений обоих источников напряжения UCW и UCVAR. Сетевое напряжение, т.е. напряжение на клеммах устройства, изображено посредством источника напряжения UNET. Напряжение UL является напряжением, которое формируется на индуктивности L. IL представляет собой ток, который возникает в результате напряжений и индуктивности в эквивалентной схеме 15.
При объяснении функции и принципа управления пренебрегают сопротивлением и получаемой на этой основе мощностью потерь на индуктивности L и в преобразователях CW и CVAR, так как эти значения сравнительно малы.
Из эквивалентной схемы 15, показанной на фиг. 5, получаются следующие уравнения, причем Р обозначает активную мощность и Q -реактивную мощность, которые подаются из сети в устройство. Сокращение XL обозначает реактивное сопротивление индуктивности L. Помимо XL, все величины в следующих уравнениях являются комплексными, то есть они имеют действительную и мнимую часть. Как должно быть понятно специалисту, UNET, UCW, UCVAR, UL, IL являются переменными напряжениями и переменным током, эффективное значение которых используется в следующих уравнениях. Для эквивалентной схемы 15 на фиг. 5 справедливы следующие уравнения:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Для того чтобы преобразователь CW брал на себя всю активную мощность и работал исключительно с активной мощностью, напряжение UCW должно быть в фазе с током IL, так как IL также является током, протекающим через преобразователь UCW. С другой стороны, напряжение UCW является компонентом USUМ. Отсюда получается следующее уравнение:
Figure 00000004
Отсюда получается напряжение
Figure 00000005
Отсюда следует, что разность фаз между UCVAR и IL составляет 90 градусов, так что преобразователь CVAR работает исключительно с реактивной мощностью. Таким образом, UCVAR может вычисляться в качестве альтернативы следующим образом:
Figure 00000006
Способ работы устройства для компенсации реактивной мощности и активной мощности далее поясняется со ссылкой на фиг. 6-11, при этом речь идет о векторных диаграммах возникающих напряжений. Для этих диаграмм были приняты типичные значения, такие как, например, UNET=100 кВ и ХL=100 Ом. Очевидно, что напряжение UL равно разности между UNET и USUM. Кроме того, на векторных диаграммах также представлен ток IL. Как известно, ток IL отстает от напряжения UL всегда на 90 градусов. Сетевое напряжение UNEТ обеспечивает в примерах, показанных на фиг. 6-11, соответственно, опорную фазу, поэтому его фаза всегда равна 0, поэтому сетевое напряжение UNEТ представлено посредством горизонтального вектора.
Из фиг. 6-9 следует, что напряжение UCVAR преобразователя CVAR, который несет ответственность за компенсацию реактивной мощности, не в фазе с сетевым напряжением.
Фиг. 6 показывает ситуацию, в которой устройство потребляет 10 МВт положительной активной мощности и 10 Мвар реактивной мощности. Устройство, таким образом, рассматривается сетью как сопротивление и дроссель. Как упоминалось ранее, IL запаздывает относительно напряжения UL на 90 градусов. Напряжение UCW находится в фазе с IL, так как активная мощность положительна. Напряжение UCVAR опережает IL на 90 градусов, так как реактивная мощность положительна.
Фиг. 7 показывает ситуацию, в которой устройство поставляет 10 МВт отрицательной активной мощности и 10 Мвар положительной реактивной мощности. Соответственно, устройство работает как генератор и конденсатор. Напряжение UCW является противофазным относительно IL, и напряжение UCVAR запаздывает относительно IL на 90 градусов.
На фиг. 8 показана ситуация, в которой устройство потребляет 10 МВт положительной активной мощности и поставляет 10 Мвар реактивной мощности, поэтому устройство рассматривается сетью как сопротивление и конденсатор. Напряжение UCW является синфазным с IL, и напряжение UCVAR запаздывает относительно IL на 90 градусов.
Фиг. 9 показывает ситуацию, в которой устройство 10 поставляет 10 МВт (отрицательной активной мощности) и потребляет около 10 Mвар, как генератор и дроссель. Напряжение UCW является противофазным относительно IL, и напряжение UCVAR опережает IL на 90 градусов.
Фиг. 10 показывает особую ситуацию, в которой устройство потребляет чисто активную мощность. Поэтому напряжения UNET, UCW и ток IL являются синфазными друг с другом. Кроме того, UNET и UCW имеют одинаковую величину. Преобразователь CVAR компенсирует реактивную мощность на дросселе L своим напряжением UCVAR и регулирует активную мощность устройства.
Фиг. 11 показывает особую ситуацию, в которой напряжение UCW на преобразователе CW равно нулю. Таким образом, устройство не имеет активной мощности, при этом UCVAR и UNET являются синфазными и запаздывают относительно IL. В этом примере реактивная мощность отрицательна, и устройство рассматривается сетью как конденсатор.
Первая из упомянутых проблем, а именно длительная нагрузка накопителей энергии реактивной мощностью, решается устройством за счет того, что преобразователь CW, с которым соединен накопитель энергии, вносит вклад только в долю активной мощности, так что его напряжение UCW может поддерживаться на низком значении или даже на нулевом уровне, в то время как преобразователь CVAR компенсирует реактивную мощность. Соответственно, накопитель энергии в преобразователе CW в продолжительном режиме работы нагружается соответственно незначительно или вообще не нагружается, так что его срок службы значительно увеличивается. Одновременно осуществляется компенсация реактивной мощности посредством преобразователя CVAR, как показано на фиг. 11. При этом является выгодным, что накопитель энергии не должен отключаться с помощью других средств, например механических переключателей, так что он может срабатывать без задержки.
При необходимости, например, для зарядки накопителя энергии или для стабилизации сети высокого напряжения после неисправности, активная мощность регулируется преобразователем, так что поглощение энергии из сети высокого напряжения или ввод энергии из накопителя энергии в сеть может регулироваться блоком 9 управления. При этом реактивная мощность обеспечивается преобразователем CVAR в соответствии с потребностями или она равна нулю. Фиг. 6-10 показывают ситуации, когда реактивная мощность обеспечивается преобразователем CVAR. Фиг. 11 показывает ситуацию, когда реактивная мощность равна нулю.
Вторая из вышеупомянутых проблем, а именно неконтролируемо высокий ток заряда при включении, решается устройством 10 за счет того, что ток ограничивается посредством преобразователя CVAR, даже если напряжение на преобразователе CW меньше сетевого напряжения или даже равно нулю, как показано в примере выполнения на фиг. 11. Преобразователь CVAR должен рассчитываться только на реактивную мощность, так что его конденсаторы имеют согласованную с этим соразмерную емкость. Таким образом, конденсаторы могут заряжаться при запуске быстро и без тока перегрузки, не требуя для этого каких-либо дорогостоящих средств. Соответственно, устройство 10 готово к работе сразу после включения.
Поскольку преобразователь CVAR может эффективно ограничивать ток, возникает большая свобода в отношении напряжения на преобразователе CW и на элементах накопителя энергии, которые соотнесены с этим преобразователем. Соответственно, зарядка и разрядка накопителей энергии может быть выполнена независимо от напряжения в любой момент, что обеспечивает максимальный выход энергии. Таким образом, устраняется третья из вышеупомянутых проблем, а именно зависимость накопителей энергии от состояния заряда. Кроме того, подмодули преобразователя могут иметь относительно простую конструкцию, так как не требуется никакой "прерыватель" и т.п., как в предшествующем уровне техники.
Фиг. 12 иллюстрирует пример выполнения устройства 18 для компенсации реактивной мощности и активной мощности, в котором преобразователь CW выполнен как модульный, многоступенчатый преобразователь с подмодулями 16 из Н-мостов (полных мостов). Подобные H-мосты отличаются тем, что они или их напряжение на клеммах может принимать три состояния (нуль, плюс, минус). На фиг. 12 можно видеть, что вместо обычного DC-конденсатора предусмотрен элемент 17 накопителя энергии, который выполнен в показанном примере выполнения как ионно-литиевая батарея. В качестве альтернативы, элемент накопителя энергии может также быть конденсатором с двойным электрическим слоем. Соответственно с помощью показанного на фиг. 12 устройства 18 также осуществляется принцип последовательного соединения двух преобразователей, из которых один предусмотрен для компенсации реактивной мощности, а другой - для активной мощности.
Фиг. 13 показан еще один пример выполнения с устройством 19, в котором оба преобразователя CW и CVAR выполнены трехфазными, в виде модульных, многоступенчатых преобразователей, причем все устройство 19 имеет шесть клемм (X11, X12, X13, X41, X42, X43). Поэтому устройство 19 может быть включено как по схеме соединения звездой, так и по схеме соединения треугольником. На фиг. 13 между обоими преобразователями CW, CVAR показаны индуктивности 20, но они в общем случае опциональны и не являются обязательно требуемыми. На фиг. 13 можно видеть, что подмодуль 16 преобразователя CW имеет элемент 17 накопителя энергии в соответствии с примером выполнения по фиг. 12. С другой стороны, подмодуль 21 преобразователя CVAR имеет DC-конденсатор 22.
Фиг. 14 показывает еще один пример выполнения, в котором оба преобразователя CW, CVAR выполнены как модульные, многоступенчатые преобразователи, причем CW включен по схеме соединения звездой, а CVAR включен по схеме соединения треугольником. Индуктивности 23 устройства 24 подключены внутри треугольника.
Фиг. 15 показывает устройство 25, состоящее из преобразователя 26 для компенсации реактивной мощности и преобразователя 27 для компенсации активной мощности. Преобразователи 26, 27 соответствуют по своей конструкции примеру выполнения, показанному на фиг. 13. Силовые полупроводниковые переключатели преобразователей 26, 27 могут быть выполнены как IGBT, IGCT или GTO.
На фиг. 15 можно видеть, что параллельно преобразователю 27 для компенсации активной мощности включен комплекс из антипараллельно включенных тиристоров 28. Во время отдачи реактивной мощности тиристоры 28 постоянно поджигаются, так что элементы накопителя энергии (преобразователь 27) не управляются. В этом состоянии тиристоры 28 шунтируют преобразователь 27, тем самым избегая более высоких потерь, которые возникали бы, если бы ток протекал через преобразователь 27, потому что тогда путь тока всегда проходил бы через IGBT и диод. Как только должна отдаваться активная мощность, тиристоры 28 блокируются, и приводятся в действие элементы накопителя энергии (преобразователь 27).
Фиг. 16 показывает фазный модуль 29, который выполнен в виде последовательного соединения индуктивности 30, нескольких преобразователей для компенсации реактивной мощности 26 и нескольких преобразователей для компенсации активной мощности 27.
Устройство по фиг. 17 аналогично показанному на фиг. 16 и дополнительно включает в себя анти-параллельно включенные тиристоры 28, которые соединены последовательно с коммутационной индуктивностью 32. Тиристоры 28 и коммутационная индуктивность 32 соединены параллельно с преобразователем 27 для компенсации активной мощности. На фиг. 17 можно видеть, что тиристоры 28 включены так, что они могут шунтировать несколько накопителей энергии или несколько преобразователей 27. Это возможно потому, что тиристоры 28 имеют более высокое запирающее напряжение, чем IGBT преобразователи 27.
Фиг. 18 показывает, наконец, фазный модуль 33, в котором вместо индуктивности 30 и коммутационной индуктивности 32 предусмотрен дуплексный дроссель 34, который соединен как с тиристорами 28 комплекса, так и с преобразователями 27 для компенсации активной мощности, которые соединены последовательно с преобразователями 26 для компенсации реактивной мощности. В соответствии со схемой на фиг. 17, и здесь тиристоры 28 расположены и включены таким образом, что они шунтируют несколько преобразователей 27, в результате чего, например, потери шести IGBT и шести диодов могут быть заменены потерями единственного тиристора.
Различные, показанные на фиг. 16, 17 и 18 фазные модули 29, 31 и 33 могут быть соединены между собой по схеме соединения звездой или по схеме соединения треугольником.
Фиг. 19-22 показывают соответствующие применения, причем фиг. 19 показывает схему, в которой несколько фазных модулей 29 соединены по схеме соединения треугольником. Фиг. 20 показывает компоновку нескольких фазных модулей 31 в форме схемы соединения звездой. Фиг. 21 показывает другую компоновку нескольких фазных модулей 33. Фиг. 22 показывает компоновку схемы с несколькими фазными модулями 29, которые могут быть использованы в HVDC (передаче постоянным током высокого напряжения).
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано с помощью предпочтительного примера выполнения, настоящее изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие варианты могут быть получены специалистом на этой основе, не отступая от объема защиты настоящего изобретения.

Claims (19)

1. Устройство (10) для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения,
причем устройство (10) содержит первый преобразователь CW, который выполнен с возможностью компенсации активной мощности, и второй последовательно включенный преобразователь CVAR, который выполнен с возможностью компенсации реактивной мощности, причем поставляемое или отдаваемое устройством (10) напряжение соответствует сумме напряжений первого преобразователя CW и второго преобразователя CVAR, причем
преобразователь CW выполнен в виде модульного многоступенчатого преобразователя и содержит по меньшей мере два последовательно включенных H-моста соответственно с по меньшей мере одним элементом (17) накопителя энергии и
преобразователь CVAR выполнен в виде модульного многоступенчатого преобразователя и имеет по меньшей мере два последовательно включенных H-моста соответственно с по меньшей мере одним конденсатором (22),
отличающийся тем, что
преобразователь CW включен по схеме соединения звездой, а преобразователь CVAR включен по схеме соединения треугольником, причем устройство дополнительно содержит индуктивности, которые подключены внутри треугольника.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство (10) содержит блок (9) управления, который выполнен с возможностью измерения напряжений и токов, существующих в сети высокого напряжения, и который таким образом устанавливает напряжения, отдаваемые первым и вторым преобразователями CW и CVAR, что требуемая активная мощность Р и реактивная мощность Q отбирается из сети высокого напряжения или вводится в сеть высокого напряжения.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оба преобразователя CW и CVAR могут управляться блоком (9) управления таким образом, что один только первый преобразователь CW компенсирует активную мощность, а один только второй преобразователь CVAR - реактивную мощность.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что первый преобразователь CW имеет по меньшей мере один элемент (17) накопителя энергии или соединен с накопителем (17) энергии.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что элемент (17) накопителя энергии выполнен как конденсатор, или конденсатор с двойным электрическим слоем, или батарея.
6. Устройство по любому из пп. 1- 5, отличающееся тем, что первый преобразователь CW и/или второй преобразователь CVAR содержит(ат) дроссель.
7. Устройство по любому из пп. 2-5, отличающееся тем, что блок (9) управления выполнен с возможностью регулирования напряжения, отдаваемого первым преобразователем CW, таким образом, что оно является синфазным или противофазным относительно тока, протекающего через преобразователь.
8. Устройство по любому из пп. 2-5, отличающееся тем, что блок (9) управления управляет преобразователем CVAR таким образом, что ток, протекающий через преобразователь CVAR, ограничивается.
9. Устройство по любому из пп. 2-5, отличающееся тем, что преобразователи CW и CVAR соответственно содержат по меньшей мере один Н-мост.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что Н-мосты выполнены из силовых полупроводниковых переключателей.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что антипараллельно включенные тиристоры (28) включены параллельно отдельным H-мостам преобразователя CW.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что оно содержит переключатели, в частности полупроводниковые переключатели, для шунтирования Н-мостов преобразователя CW, причем один переключатель предпочтительно шунтирует несколько последовательно включенных Н-мостов.
13. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что оно содержит переключатель для шунтирования преобразователя CW, причем переключатель предпочтительно выполнен как механический переключатель или как полупроводниковый переключатель, в частности как тиристорный переключатель.
14. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что преобразователи CVAR и CW выполнены соответственно трехфазными.
RU2016106352A 2013-07-26 2014-07-18 Устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения RU2649888C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013214693.0 2013-07-26
DE102013214693.0A DE102013214693A1 (de) 2013-07-26 2013-07-26 Anordnung zur Kompensation von Blindleistung und Wirkleistung in einem Hochspannungsnetz
PCT/EP2014/065475 WO2015011039A1 (de) 2013-07-26 2014-07-18 Anordnung zur kompensation von blindleistung und wirkleistung in einem hochspannungsnetz

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016106352A RU2016106352A (ru) 2017-08-29
RU2649888C2 true RU2649888C2 (ru) 2018-04-05

Family

ID=51265657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016106352A RU2649888C2 (ru) 2013-07-26 2014-07-18 Устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20160211667A1 (ru)
EP (1) EP2994969B1 (ru)
KR (1) KR20160035052A (ru)
CN (1) CN105409083A (ru)
DE (1) DE102013214693A1 (ru)
RU (1) RU2649888C2 (ru)
WO (1) WO2015011039A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016155837A1 (de) * 2015-04-02 2016-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Umrichteranordnung sowie verfahren zu deren kurzschlussschutz
EP3417539B1 (de) * 2016-04-12 2022-09-07 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Stromrichter
CN210745033U (zh) * 2016-04-12 2020-06-12 西门子股份公司 电容器
DE102017202209A1 (de) * 2017-02-13 2018-08-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung einer Frequenz in einem Wechselspannungsnetz
RU180249U1 (ru) * 2017-12-27 2018-06-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) Статический компенсатор реактивной мощности с функцией бесперебойного питания
JP7010117B2 (ja) * 2018-04-04 2022-01-26 株式会社豊田中央研究所 モータシステム
US10615689B2 (en) * 2018-08-09 2020-04-07 Abb Schweiz Ag In-line bypass module and line drop compensating power converter
EP3913786A1 (de) * 2020-05-18 2021-11-24 Siemens Aktiengesellschaft Stromrichteranordnung mit einem netzgeführten stromrichter sowie verfahren zum anfahren der stromrichteranordnung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0321823B1 (de) * 1987-12-23 1992-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Entkoppelung der Wirk- und Blindleistungsregelung bei einer zwei Netze verbindenden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke
RU2306661C1 (ru) * 2006-03-21 2007-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") Стабилизатор напряжения
WO2010040388A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Abb Technology Ag Multilevel converter and method for compensating active and reactive power in a high voltage network
RU2413350C1 (ru) * 2009-12-14 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Способ компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE348603B (ru) * 1971-01-18 1972-09-04 Asea Ab
US5610501A (en) * 1995-02-01 1997-03-11 Westinghouse Electric Corporation Dynamic power and voltage regulator for an ac transmission line
US20060114642A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Yan Liu Systems and methods for integrated VAR compensation and hydrogen production
CN100533909C (zh) * 2005-01-25 2009-08-26 齐志江 高效补偿三相不平衡负荷和无功功率的装置
US7710082B2 (en) * 2007-10-18 2010-05-04 Instituto Potosino De Investigacion Cientifica Y Technologica (Ipicyt) Controller for the three-phase cascade multilevel converter used as shunt active filter in unbalanced operation with guaranteed capacitors voltages balance
US7643317B2 (en) * 2007-12-26 2010-01-05 Hitachi, Ltd. Power converting device and method for controlling the same
US7813884B2 (en) * 2008-01-14 2010-10-12 Chang Gung University Method of calculating power flow solution of a power grid that includes generalized power flow controllers
WO2010088969A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Areva T&D Uk Limited Converter
EP2425513B1 (de) 2009-04-27 2018-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Submodul für einen mehrstufigen umrichter mit zusätzlichem energiespeicher
US8294306B2 (en) * 2010-03-16 2012-10-23 Indian Institute Of Technology Madras DC capacitor balancing
CN102906984B (zh) * 2010-04-15 2015-10-07 阿尔斯通技术有限公司 混合二级及多级高压直流换流器
CN103503289B (zh) * 2011-04-18 2017-03-22 Abb技术有限公司 电压源链式链节转换器中的方法和设备
US8866340B2 (en) * 2011-05-04 2014-10-21 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Supercapacitor-based grid fault ride-through system
WO2012167833A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Abb Technology Ag Methods for de-energizing a chain-link converter, controller, computer programs and computer program products
CN103650319B (zh) * 2011-06-10 2017-02-15 Abb技术有限公司 用于激励链式变换器的方法以及控制器
CN103597733B (zh) * 2011-06-29 2017-03-22 Abb技术有限公司 用于保护电压源转换器的方法和控制器
EP2544327B1 (de) * 2011-07-08 2019-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Energiespeicheranordnung und wechsellastverbraucher
WO2013097906A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 Abb Technology Ltd Modular voltage source converter
DE102012202173B4 (de) * 2012-02-14 2013-08-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb eines mehrphasigen, modularen Multilevelstromrichters
WO2013126660A2 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Board Of Trustees Of Michigan State University Transformer-less unified power flow controller
CN104904109B (zh) * 2012-11-27 2017-11-28 Abb技术有限公司 基于晶闸管的电压源转换器
AU2013391740B2 (en) * 2013-06-07 2017-01-05 Abb Technology Ltd A converter arrangement for power compensation and a method for controlling a power converter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0321823B1 (de) * 1987-12-23 1992-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Entkoppelung der Wirk- und Blindleistungsregelung bei einer zwei Netze verbindenden Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke
RU2306661C1 (ru) * 2006-03-21 2007-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)") Стабилизатор напряжения
WO2010040388A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-15 Abb Technology Ag Multilevel converter and method for compensating active and reactive power in a high voltage network
RU2413350C1 (ru) * 2009-12-14 2011-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Способ компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети

Also Published As

Publication number Publication date
CN105409083A (zh) 2016-03-16
WO2015011039A1 (de) 2015-01-29
RU2016106352A (ru) 2017-08-29
DE102013214693A1 (de) 2015-01-29
US20160211667A1 (en) 2016-07-21
KR20160035052A (ko) 2016-03-30
EP2994969B1 (de) 2017-11-01
EP2994969A1 (de) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2649888C2 (ru) Устройство для компенсации реактивной мощности и активной мощности в сети высокого напряжения
KR101649248B1 (ko) 제어 회로
EP3273586B1 (en) Power conversion device
US7663268B2 (en) Converters for high power applications
US8614903B2 (en) Power conditioner for photovoltaic power generation
EP2755315A1 (en) Hybrid modular converter
US10243370B2 (en) System and method for integrating energy storage into modular power converter
KR101983524B1 (ko) 델타 구성을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서의 전압 밸런싱
US20130208521A1 (en) Hybrid hvdc converter
US9344010B2 (en) Power electronic converter
US20190052187A1 (en) Dual submodule for a modular multilevel converter and modular multilevel converter including the same
EP2816718B1 (en) Multilevel power converter
US20160241127A1 (en) Voltage source converter
US20160352239A1 (en) Power electronic converter
US20150349536A1 (en) Control circuit
Mo et al. Isolated modular multilevel (IMM) DC/DC converter with energy storage and active filter function for shipboard MVDC system applications
CN113474986B (zh) 用于mmc的换流器单元、mmc及其控制方法
CN113690919B (zh) 具有电网换相的变流器的变流器装置和用于启动其的方法
US10985671B2 (en) Alternate arm converter
JP2017103902A (ja) 電力変換装置
Li et al. Dual buck based power decoupling circuit for single phase inverter/rectifier
JP2015015778A (ja) 系統連系用電力変換システム
US11888396B2 (en) Chopper circuit
Tang et al. Design and control of a compact MMC submodule structure with reduced capacitor size using the stacked switched capacitor architecture
PRIYANKA et al. Design and Analysis of Current Source Modular Multilevel Converter for STATCOM Application

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220114