[发明专利]功率补偿器

说明书

一种用于补偿沿功率传输线的位置处的电压的功率补偿器，所述补偿器具有用于控制在所述补偿器两端生成的电压的控制器，其中所述电压被控制以把功率传输线的电压维持在依赖于所述功率传输线的位置的值。

技术领域

本发明设计功率补偿器。

背景技术

在传统电力系统中，功率流由发电设备控制，并且发电的速率遵循城市的负载需求。在未来的电网中，越来越多的可再生能源将以分布式方式被安装在全城（并且因此全电网）。因为难以确定可再生功率源（诸如风能和太阳能系统）的整体发电速率，所以希望越来越多地使用间歇性可再生能源以把动态稳定性引入到ac电力供应或通常所谓的ac干线。在未来的电网中，必须改变控制样式，以使得：代替如在传统电力系统情况中那样使发电遵循负载需求，负载需求应当遵循发电。

对于电压补偿，已提出了无功功率控制器用于支持沿传输线的电压。图1a图示了使用无功功率控制器（100）作为串联无功功率补偿器（控制器）的基本原理。当功率从功率源（102）沿着传输线（104）被传输时，由于绕组阻抗（106）和电阻（108）两端的电压降，输出电压V₂小于输入电压V₁。串联无功功率控制器可以被插入传输线的输出中。通过生成补偿电压V_comp，可以增加新的输出电压V₂’ 以补偿沿传输线的功率传输的电压降。为了不消耗功率，由无功功率控制器生成的补偿电压的电压矢量垂直于功率流的电流，如在图1b的矢量图中指示的那样，其中V_comp的矢量垂直于电阻性电压降IR（其与电流矢量I具有相同的方向）。使用无功功率控制器或补偿器来升高输出电压是现有技术。然而，应当注意的是，在这样的现有技术中，无功功率控制器的输出电压（即输出电压V2’）被调节。

无功功率控制器对于有技能的读者将是已知的，并且是包含电子开关和能量存储元件（诸如电感器和/或电容器）的电力电子电路。它们可以被用于利用存储能量来控制电力系统中的电流和电压。参见图2，无功功率控制器200的使用示例包括串联无功功率补偿器202，分流（并联）无功功率补偿器204和统一功率流控制器（其使用串联和分流无功功率控制器的组合）。对于高功率高电压应用（例如大于11kV），隔离变压器通常被用于提供高电压传输线和无功功率控制器的电子电路之间的电气隔离，如图2中所示。然而，对于处于110V或230V的干线电压的应用，隔离变压器不是强制的。例如，如图3中所示的，专利[GB2405540.B和US专利US2007057640]中提出的串联无功功率控制器300已被用作针对照明系统306的中央调光系统，照明系统306由干线电压馈电而不使用隔离变压器。无功功率控制器302的这种使用再次使用标准“输出电压反馈控制”来调节串联无功控制器的输出电压。

在针对电压调节的串联复制无功功率控制器的传统使用中，通常调节功率控制器的输出电压。这样的“输出电压控制”是公知的并且其控制方案在图3中图示，其中在传统“输出反馈控制”的帮助下，输出电压V_o被调节到参考电压V_o^*。

然而，在进一步的发展中，最近在由HUI，LEE和WU提出的专利申请[US专利申请61/389489，“Power Control Circuit and Method for Stabilizing a Power Supply”以及要求其优先权的PCT申请]（这两个申请通过引用以其整体为被合并的水平）中已经指出：如果“V_o的输出电压控制”被改变为图4中所示的“V_s的输入电压控制”，则控制环路中的细微改变可以提供无功功率控制器400的新颖特征，其包括（i）调节输入电压V_s，（ii）允许输出电压V_o波动以使得输出负载（R_I）中的负载功率可以遵循来自提供干线电压的ac功率源的可用的功率分布图。