[发明专利]谐波无功补偿装置及其控制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种谐波无功补偿装置，属于电网无功功率补偿和谐波抑制技术领域，本发明还涉及该谐波无功补偿装置的控制方法。

(二)背景技术

随着电力电子技术的发展，各种非线性和时变电子装置如逆变器、整流器及各种开关电源等大规模地应用，电力电子装置的关动作向电网中注入了大量的谐波和次谐波分量，导致了交流电网中电压和电流波形的严重失真。同时在现代配电电网中，存在数量众多、容量大小不等的感性设备电力负荷，如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。因此在电网中安装谐波无功补偿设备，不仅可以提供感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，提高功率因数，还可以减少电力系统中的谐波，改善电能质量。

目前，我国常用的谐波无功补偿设备功能单一，主要集中在低压配电网中，并且不能同时进行无功补偿和谐波治理。如LC调谐滤波器，机械式并联电抗器、投切电容器，这些静止型调压手段，因补偿特性受电网阻抗和运行状态影响、调节不连续、响应速度慢，易发生“过补”，很难满足系统运行方式快速变化时的需求。而另一种无功补偿装置SVC(静止无功补偿装置)，响应速度很快，但由于装置补偿系统呈恒阻抗特性，在电网电压低时，无法提供电网所需的无功支持，因此应付突发事件的能力较弱，并且为了抑制谐波，必须装设滤波器，占地面积较大，此外，过多的SVC装置容易引发系统振荡。

在输配电系统中，STATCOM(静止同步补偿器)是一种比较新的武功补偿装置，其通过快速地向电网提供或吸收无功电流，以维持受端电压，增强电压稳定性，提高系统负荷能力，或支撑输电系统关键节点电压，提高系统稳定极限和输电线路的运行极限。

现阶段，STATCOM的主要用途是无功补偿及稳定电压。通常其控制原理主要是通过改变系统电压与STATCOM发出电压的相位差δ，并改变STATCOM发出电压的幅值，实现调节STATCOM从电网吸收的无功功率大小和性质。参考说明书附图2，为电网电压相量，为无功补偿装置输出电压相量，X为输出电抗器的感抗，R为输出电抗器的电阻，则X和R上的总电压降即为和的相量差，通过对流过它们的总电压降的大小和相位控制，控制输入电流大小和相位，即可控制装置从电网吸收的无功电流的性质和大小。不过由于相位差δ是个量值很小的数值，精确的通过这一数值实现无功补偿和稳定电压实现难度比较大，且也因此造成STATCOM控制方式复杂，灵活性差，且响应速度慢，目前只有中、瑞、法、德、美5个国家掌握这一技术。

(三)发明内容

本发明为了克服现有谐波无功补偿装置多数功能单一、运行效率低、谐波含量大、成本高的不足，提供了一种可靠性高、控制灵活，实现谐波无功连续补偿，响应速度快，网侧功率因数高，电流总谐波(THD)低的谐波无功补偿装置。本发明还基于该谐波无功补偿装置提供了一种其控制方法。

本发明采用以下技术方案：

本发明一种谐波无功补偿装置，包括旁路柜、输入变压器、控制装置和功率柜，所述的输入变压器为三相输入、多绕组输出、具有曲折形接法的输入变压器，所述功率柜则包含3N个一样功率单元，该功率单元的整流侧输入端子R、S、T连接于所述变压器的输出侧，使每个功率单元具有独立的直流电源，功率单元之间及变压器二次绕组之间相互绝缘；其中每N功率单元级联构成一相，所有功率单元相应三相星形连接或三角形连接后通过电抗器与电网相连。

上述谐波无功补偿装置，所述功率单元是由整流电路、并联在正负母线之间的均压及滤波吸收电路和位于其后并联在正负母线间的电平电路组成。所述的电平电路为包含功率器件的两电平电路，其中功率器件为IGBT。

上述谐波无功补偿装置，所述功率单元级联个数N≥2，二次绕组错开相位角的大小与功率单元个数相对应，二次绕组错开相位角的大小为60°/N。所述输入变压器为有功电流、主电路整流元件、开关元件和输出电抗器的功率输入器件。

上述谐波无功补偿装置，所述控制装置包括谐波无功电流指令生成单元和电网前级的主电路，以及依次连接于两者之间的电流调节器、电压调节器、PWM脉冲信号产生单元和驱动电路，其中主电路输出端接有分别对其电流取样和电压取样的电流取样电路和电压取样及同步信号生成电路，两取样电路下位分别为所述电流调节器和电压调节器。