[发明专利]35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压大容量无功补偿和谐波抑制综合系统的拓扑结构和控制方法，具体是一种35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统及其控制方法。

背景技术

电能是现代社会生产和人民生活中主要的和必不可少的重要能源，随着电力电子技术的发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，它是一种非线性时变拓扑负荷，不可避免地会产生非正弦波形，向电网注入谐波。而信息时代的到来，越来越多的电气用户对取用的电能形态和功率流动的控制与处理提出了新的要求，因此，谐波已成为电网中的“公害”。如何经济有效地治理电网谐波成为电力工作者面临的一大难题。

抑制装置主要有无源电力滤波器和有源电力滤波器。单独使用的无源滤波器虽然成本低廉、结构简单，但是滤波效果受电网阻抗和自身参数变化影响较大，而且易与电网阻抗发生谐振。单独使用的有源电力滤波器虽然有很好的滤波性能，但是造价较高，特别是在变电站这样的高压大功率场合，难以应用。

在现有的有源电力滤波器APF与无源滤波器PF相结合的混合有源电力滤波器中，并联型APF+并联PF形式仍要承受基波电压，且系统中存在多条谐波通道，APF会将谐波注入电网支路；串联型APF+并联PF形式的连接变压器流过负载基波电流，且有源部分绝缘和维护困难；并联谐振注入型APF不具备无功补偿能力；串联谐振注入型APF若要同时获得较好的谐波补偿性能和较小的有源部分容量比较困难，而且支路上端的电容将很大；注入式有源滤波器以电压型逆变器VSC作为其有源部分，通过耦合变压器经串联谐振注入型电路后，并与几组单调谐滤波器组成的无源滤波器PPF一起并联连入电网。从结构上看，并联的PPF可以补偿较大容量的无功功率和滤除掉特定次数的谐波电流；谐振注入电路部分的电容也能补偿较大容量的无功功率，然而当电网频率发生波动时，注入式有源滤波器基波谐振注入支路的谐振点发生偏移而震荡，极易造成对有源部分的冲击，导致直流侧电压抬升，严重影响系统的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于高压大容量无功补偿和谐波抑制综合控制系统，较好地治理大功率电网中的谐波，同时补偿大容量的无功功率，解决现有系统造价高，稳定性和可靠性低及对有源部分冲击大的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：35KV大容量无功补偿和谐波抑制综合系统包括有源电力滤波器、电感、隔离变压器及多组无源滤波器，DSP控制器与逆变器连接构成有源电力滤波器，，有源电力滤波器的输出经过滤波电感后与电感并联接在隔离变压器的原边，隔离变压器的副边与单调谐无源滤波器串联，作为有源电力滤波器的注入支路，有源部分再与多组无源滤波器并入电网。无源滤波器组滤除特征次谐波和高次谐波，同时补偿一定容量的无功功率；有源电力滤波器滤除特征次谐波以及电网中少量其他次谐波，抑制无源滤波器组可能存在的与系统阻抗之间的谐振，改善系统的滤波效果，单调谐无源滤波器为有源逆变器发出的特征次补偿谐波提供低阻抗通道。

所述的单调谐无源滤波器由电容和电感串联组成，电容和电感谐振在某一特征次谐波频率处。

每组无源滤波器单独设有户外隔离开关，隔离开关和高压开关柜之间设有互锁回路，电容器与电感的连接处接有避雷器，电容器的两端接有干式放电线圈。

所述有源电力滤波器采用硬件保护和软件保护，实时检测并联电感上的电压U_A、U_B、U_C、直流侧电压U_cf和逆变器输出电流i_A、i_B、i_C，当电压、电流大于保护设定值时，DSP控制器发出脉冲封锁信号，控制逆变器的IGBT并使其关断，同时继电器发出动作信号，有源滤波器跳闸。

所述隔离变压器的原副边的匝数比为1∶2。

有源电力滤波器的输出经滤波电感后与电感并联接在隔离变压器的原边，大大降低了有源部分的基波阻抗。隔离变压器的副边与单调谐无源滤波器串联，有源部分承受的电压很低，降低了逆变器的容量。在系统上电瞬间或电网电压发生突变时，由于电容电压不能突变，经降压变压器降压后有源部分承受基波电压仍比较低，对有源部分冲击很小。

无源滤波器由多组特征次无源电力滤波器和单调谐无源滤波器组成，相对于有源支路，与有源支路并联接在电网中的无源滤波器组基波阻抗小，有较大的基波无功电流流入，因而能够补偿较大容量的无功功率。

有源逆变器与无源滤波器并联接入电网，由无源部分补偿无功功率，有源部分和无源部分共同抑制谐波。