[发明专利]超级电容储能型电能质量补偿器

说明书

【技术领域】

本发明涉及电能质量治理中的用户电力技术领域，特别是涉及一种超级电容储能型电 能质量补偿器。

【背景技术】

电能质量从技术层面上讲包含电压质量和电流质量两个方面。电压质量是指实际电压 与理想电压间的偏差，反映供电企业向用户供给的电力是否合格，其包括电压凸升、电压 凹陷、电压波动、三相不平衡和电压中断等；电流质量指对用户取用电流提出恒频率、正 弦波形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数供电。电流质量 问题包括谐波、无功电流和三相电流不平衡等。电能质量问题实际上使供、用电系统偏离 理想的、正常的供、用电状态，因此，电能质量问题会给供、用电系统带来很多危害，具 体表现在以下方面：电压质量问题，特别是短时电压中断会对设备的正常工作产生影响或 损坏，甚至造成生产线的巨大损失、计算机的硬件损坏或导致计算机的计算错误和数据丢 失，影响如银行结算中心、证券交易系统、电信和移动电话通信系统、航空管理系统、公 路和铁道调度以及售票系统等的正常运行；谐波会增加公用电网的附加输电损耗，降低发 电、输电设备的利用率，甚至会严重影响用电设备的正常工作，瞬时的谐波高压还可能损 坏其它一些对过电压敏感的电子设备。此外，谐波还引起某些继电器、接触器的误动作， 使得常规电气仪表测量不准确，对周围的环境产生电磁干扰，影响通信、电话等设备的正 常工作，也容易使电网产生局部的并联或串联谐振，而谐振导致的谐波放大效应又进一步 恶化和加剧了所有前述问题；无功电流在电网中流动的危害主要体现在降低发电、输电设 备的利用率，增加线路损耗上。

为了保证用户的供电质量，一方面要加强输电系统的输送能力和运行安全性，保证对 配电系统的供电可靠性，另一方面应抑制或消除各种包括来自系统侧的和用户侧的干扰， 避免对电能质量的污染。早期的稳压电源，无源滤波装置，自启动电源等，能够稳定电压， 滤除电网或负载侧的谐波，可以提高供电系统的稳定性和可靠性，但随着电网结构日趋复 杂，各种敏感负荷的使用，这些装置已不能解决日益复杂的电能质量问题，人们不得不寻 找其它解决方法，典型的也是目前研究的最多的是基于电力电子技术的用户电力技术 (Custom Power)，该技术由美国EPRI于1992年提出，又称为定制电力技术，即把大功率 电力电子技术和配电自动化技术综合起来，以用户对供电可靠性和电能质量要求为依据， 面向低压配电系统，主要解决供电的可靠性和电能质量控制问题，如消除电压的波动、跌 落、上升、闪变、不对称、电能的中断、谐波及无功等，为用户配置所需要的电力，使得 电力用户获得满意的供电品质，保证电力用户的供电可靠性。其中最有代表及最具影响的 有不间断电源(UPS)，晶闸管开关阻抗型动态无功补偿装置(SVC)，静止无功发生器(SVG)， 配电型静止同步补偿器(DSTATCOM)，有源电力滤波器(APF)，动态电压调节器(DVR)，蓄 电池储能系统(BESS)，超导磁能存储系统(SMES)，统一电能质量控制器(UPQC)，分布式 发电系统(DG)等。

自1976年Gyugyi L.等提出有源电力滤波器概念以来，随着大功率高频电力电子技术的 发展，有源电力滤波器技术的研究不断得到加强。现在该技术正从实验室走向工业应用， 国外一些著名大公司都有一些有源电力滤波装置的实际产品，但其技术研究始终在不断地 进行着。DVR和DSTATCOM的研究都与有源电力滤波器的研究几乎是同步的。APF、 DSTATCOM、DVR等在美国、日本、德国等发达国家已开始形成系列化，产品进入了实用 阶段。尤其在日本，已有500多台APF应用于工业领域，容量范围为50KVA～60MVA，其 中大容量的多用于电弧炉和电气化铁路中，国外制造这些产品的著名公司如ABB，日本三菱 公司，德国西门子公司，美国西屋公司，GE，以色列Elspec公司等。国内方面，由清华大 学与河南省电力局签定了合作研制的中国首台20MVA 10KV STATCOM于1999年3月在河 南省洛阳变电站投入运行，该项目在2000年6月通过由中国电力部组织的鉴定；这标志着 我国继美日德之后已成为世界上第4个拥有此项高新技术的自主知识产权国家。