[发明专利]三角形连接级联有源滤波器与无功补偿器综合补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及无功补偿和谐波治理技术领域，尤其涉及一种三角形连接级联有源滤波器与无功补偿器综合补偿系统。

背景技术

电网中存在大量感性负载，且电力拖动等应用越来越广泛，使得电网中存在大量感性无功电流，同时随着电力电子技术的发展，越来越多的非线性负载在电网中运行，产生了大量谐波电流，造成电磁污染。为了保证电网电能质量，需要对电网的无功及谐波进行补偿治理，因此动态无功补偿技术与有源滤波技术是电能质量领域的两大关键技术。

在无功补偿方面，目前较为新的技术是静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)，其虽然有很好的补偿性能，但是由于成本高、系统复杂，应用很少，仍处在初级阶段。而基于晶闸管控制的静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)则由于成本低容量大、损耗较低、能较快进行动态补偿，颇受欢迎，已经在电网中广泛应用，尤其是晶闸管控制电抗器(TCR)与机械投切固定电容器(MSC)或晶闸管投切电容器(TSC)(这里以FC统称)的结构应用广泛。但是TCR在运行过程中会产生一系列谐波，是这种结构SVC的主要不足。对于这个问题，一般采取曲折变压器实现多脉冲结构，减小谐波的产生，同时需要设置一系列无源滤波器(PF)来进行滤除，使得SVC的结构变得复杂，增加成本；另外，TCR使用晶闸管，因此补偿调节速度最快为100Hz(电网频率50Hz)，对无功变化超过工频速度暂态过程不能很好补偿。

有源滤波技术是较新的技术，并且有非常好的动态响应特性，最快可到几个ms，理论上可以产生近任意波形的电流，可以对电网几乎所有次谐波(取决于系统带宽和开关频率)进行补偿，是理想的补偿方法，可以对电网的谐波和无功同时进行补偿，但是往往开关频率比较高，单台容量比较低，应用主要在较小负荷(几十到几百KVA)和较低电压(380V)场合。

采用混合有源滤波技术可以增大滤波容量，升高电压等级，但是由于与PF相结合，带来了一些PF所特有的不足，容易造成谐振、滤波器参数不准确等。

多电平技术可以将逆变器的电压等级提高，应用多的是级联结构，因此CS-APF结构可以将电压等级升到中压等级(如10KV)。

在中压等级电网中，如果采用大容量的SVC与高动态性能的CS-APF综合系统对电网的无功和谐波进行补偿，是一种低成本高性能的电能治理方案。一方面，在中压等级，谐波负荷相对无功负荷往往小很多，因此STATCOM作为目前较为新的无功补偿技术，在大容量的情况下采用低频开关器件，以减低损耗，不适合补偿电网的谐波。CS-APF可以在相对较小的容量下采用高频器件，以能实现对谐波的补偿，同时还能进行一定无功补偿。另一方面，SVC成本低，容量大，甚至可以比STATCOM大很多，可以将电网的无功很好的补偿，但是会产生一系列谐波，一般会配置相应滤波器，但是如果SVC与CS-APF综合起来，可以不再增添其它滤波器设备，并且对电网的谐波电流进行治理。

利用CS-APF的高动态特性可以弥补SVC的不足，提高补偿响应速度，但是同时也需要解决一些问题。在实际已有SVC运行的系统(380V)中增添有源动力滤波器(Active Power Filter，APF)，可能会造成系统的不稳定，在中压等级，CS-APF与SVC综合运行也会有相应问题；CS-APF对SVC动态过程不足的弥补需要一定的控制方法；CS-APF可以补偿谐波，更能补偿无功，与SVC综合运行情况下，容量设计与补偿策略需要进行综合考虑和优化；在无功或谐波负荷不平衡的工况中需要综合系统进行优化补偿。

目前有关有源滤波器与静止无功补偿器共同补偿的研究有：

(1)邓礼宽等对低压三相四线制APF与SVC联合运行进行了稳定控制的初步研究，主要针对特定结构下，APF与SVC存在控制耦合问题，指出通过选择合适APF与SVC的控制算法带宽，可以抑制二者振荡，或在APF电流检测环节只对特定次谐波进行检测，也可消除不稳定问题，但是只对二者简单的同时运行作了稳定性分析，并未对APF与SVC综合控制、共同补偿和优化作进一步研究，同时也未对高电压等级情况进行研究。