[发明专利]一种综合补偿装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐波、无功综合补偿装置和方法，属于柔性交流输电技术领域。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子装置在电力系统、电气化铁道、冶金、楼宇自动化等领域得到了广泛的应用，使电网谐波污染越来越严重。同时，这些设备还会产生大量无功，使电网功率因数偏低。电网中的谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，降低电气设备的使用寿命，干扰通讯等；电网中的无功会提高设备容量，增加线路损耗，增大线路的电压降。因此，为了保证电网的供电质量，保障电力系统的安全、经济运行，必须加强电网谐波抑制和无功补偿。

解决电网的谐波和无功问题，有两条基本思路：一是装设补偿装置；二是对电力电子装置进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1。后一思路已得到实施，但是这一思路还处于发展阶段。针对目前电网谐波和无功问题，切实可行的解决方法是设置滤波补偿装置。

目前采用的补偿方式主要有无源滤波器、静止动态无功补偿装置(SVC)、有源电力滤波器等这几种方式。无源滤波器是一种传统补偿方法，在实际应用中发挥了很大作用，但它只能补偿特定次的谐波和固定容量的无功，谐振频率依赖于元件参数及系统阻抗的变化，因此滤波性能不稳定。对于变化范围较大的负载，无源滤波器易导致过补和欠补问题。

静止式动态无功补偿装置(SVC)近年得到广泛使用，主要有相控电抗器(Thyristor Controlled Reactor，简称TCR)和晶闸管投切电容器(ThyristorSwitchor Capacitor，简称TSC)这两种形式。TCR通常与无源滤波器配合使用，能无级补偿无功，但也只能补偿几次固定谐波，同时存在损耗大，本身产生谐波的缺点。TSC具有损耗小，本身不产生谐波的优点，但只能滤除几次固定谐波和有级补偿无功。

谐波抑制和无功补偿的一个重要趋势是采用有源电力滤波器(Active PowerFilter，简称APF)，有源电力滤波器能对电网谐波、无功和负序电流进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视，并且在日本、欧美等国获得广泛应用，取得比无源滤波器好得多的滤波效果。但由于单独使用的有源电力滤波器容量小、成本高，所以使其推广应用受到很大的局限性。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的是提供一种综合补偿装置和方法，它采用有源电力滤波器与TSC相结合的谐波、无功综合补偿方式，不仅可以克服单独使用有源电力滤波器和TSC的缺点，而且可以吸取两者的优点，以得到一种综合补偿效果好、成本较低的新型电力滤波装置。

一种综合补偿装置，它包括检测控制单元和分别与电网相连的晶闸管投切电容器模块、有源电力滤波器，所述晶闸管投切电容器模块、有源电力滤波器包括有控制端分别与检测控制单元的驱动电路的触发脉冲输出端相连的开关器件。晶闸管投切电容器模块采用一个或一个以上的高次阶LC滤波支路，各支路分别通过开关器件在靠近负载侧与电网相连。

一种用在具有检测控制单元和分别与电网相连的晶闸管投切电容器模块、有源电力滤波器的综合补偿装置的方法，其特征在于它包括以下步骤：

第一步，采集负载电流i_L和经晶闸管投切电容器模块补偿后负载电流i′_L及电网电压U，根据负载电流i_L、电网电压U及目标功率因数计算出负载需要补偿的无功容量；

第二步，根据晶闸管投切电容器模块和有源电力滤波器的容量大小决定向晶闸管投切电容器模块发出不同的投切指令，选择晶闸管投切电容器模块是否投入以及投入哪几组滤波补偿支路，并向晶闸管投切电容器模块的晶闸管组发出触发脉冲，完成晶闸管投切电容器模块的滤波补偿支路的投切操作；

第三步，实时采集晶闸管投切电容器模块补偿后的负载电流i′_L及电网电压U，计算出有源电力滤波器补偿电流的指令信号，该指令信号与需补偿瞬时无功和谐波分量大小相等、极性相反；

第四步，采用三角波比较方式，将补偿电流的指令信号与实际输出电流的差值经比例放大环节后与三角波进行比较得到主电路开关器件的控制信号，使有源电力滤波器的实际输出电流跟踪指令信号的变化。