[发明专利]一种混合型电能质量治理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能质量治理装置，尤其是一种应用于供配电系统的新型并联混合型有源和无源电能质量治理装置。

背景技术

供配电系统电能质量的好坏直接关系到电力系统稳定、用电设备安全和是否经济用电。随着电力电子装置和敏感负荷的使用日益增加，电能质量问题已经成为国际供电界关注的首要技术问题，其主要体现在电压的波动、谐波、闪变等，以及电流中的无功、负序、谐波分量的影响等。通过对电能质量的治理不仅可以抑制配电系统的电压波动和闪变等，还可以提高设备生产率、降低线损和提高设备利用率，从而实现节能降耗的目的。为了解决这一问题，一系列的治理装置陆续出现，主要分为串联、并联或其混合型，其中并联型由于具有投切方便以及各种保护简单的优点，成为了众多公司研究的重点，包括TSC（Thyristor Switched Capcitor，晶闸管投切电容器）、TCR（Thyristor Controlled Reactor，晶闸管控制电抗器）、APF（Active Power Filter，有源电力滤波器）、SVG（Static Var Generator，静止无功发生器）及HAPF（Hybrid Active Power Filter，混合注入式有源电力滤波器）。其中TSC和TCR是以半控器件晶闸管为开关器件，响应时间一般在1-2个工频周期，其中TSC是分级补偿，有时兼顾某次谐波的部分补偿，适合于负载波动小的场合；而TCR必须与TSC或者FC（Fixed Capcitor，固定电容补偿）配合使用，具备无功连续可调，但其自身也是谐波源，滤波效果差；而APF和SVG是以全控器件IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或者IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor，集成门极换流晶闸管）为开关器件，响应时间远快于TSC和TCR，但由于受全控器件的电压电流水平限制，高压大容量需要数十个器件的并联和串联，成本及控制复杂度高，可靠性较差，因此目前一般使用于低压小容量场合；而HAPF由于与FC变量提高部分等效容量，但实际中不能动态调节无功功率输出。

在现有技术当中与本专利申请相关的内容主要有以下几篇文献：

文献一为由西安赛博电气有限责任公司于2009年6月26日申请，2009年11月25日公开，公开号为CN101588069的中国发明专利申请公开文件，基于双向动态无功补偿装置的谐波和无功综合补偿系统具体介绍了一种利用了机械投切电容MSC（Mechanically Switched Capacitor，机械投切电容器）和静止无功发生器SVG和有源电力滤波器APF组成的并联系统，如图1所示。这种方法是利用APF治理谐波，利用MSC来降低SVG的容量，比单独实用SVG相比，其容量可以降低一半。而且相对于图2所示的方式，采用SVG代替了TCR，这样减轻了APF的负担，因为TCR会带入谐波，而SVG不会。该系统主要是利用SVG能在感性和容性运行，而利用MSC提供容性，则可以提供更宽的容性运行空间。这种方式可以降低SVG的补偿容量的一半，但是对于实际所需的大容量时，SVG的容量还是要很大，成本高。而且图中这种单个机组很难实现高压和大容量，只适合于低压小容量系统。整个系统有源受器件电压水平的限制只适合于低压系统。而且由于MSC不能频繁投切，在空载情况下，SVG需额定运行，空载损耗大。

文献二为由湖南大学于2007年12月19日申请，2008年5月21日公开，公开号为CN101183791的中国发明专利申请公开文件，一种静止无功补偿器和有源电力滤波器联合运行系统及其控制方法，具体介绍了一种利用TCR和HAPF相结合，而TCR与HAPF中的FC部分构成SVC（static var compensator，静止无功补偿器）进行谐波补偿，而APF配合FC滤除谐波的补偿系统及其控制方法，如图3所示。该系统和控制方法利用TCR配合HAPF中的FC进行无功治理，而APF配合FC进行无功补偿。其中HAPF是不能动态补偿无功功率的，所以动态无功调节依赖TCR控制，而TCR的响应时间在60～100ms，这种速度对电压闪变的抑制效果差。而且这种HAPF方式构造复杂，不适合于高压系统。而且这种空载运行时，TCR运载在额定电流，空载损耗高。