[发明专利]一种具有有源滤波功能的链式SVG装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有有源滤波功能的链式SVG装置，属于电能治理技术领域。

背景技术

在电力系统中，各种大容量的用电设备如轧钢机、电弧炉、提升机、电力机车等的广泛应用带来了电压波动、三相不平衡、功率因数低、电压谐波等一系列电能质量问题。尤其近些年大规模风电、光伏等新能源电力接入电网，对电力系统的电压稳定能力提出了挑战。在此背景下，无功补偿装置以及谐波补偿装置逐渐出现并迅速进入市场，对于解决电能质量问题，提高电力系统可靠性起到了积极作用。目前市场上的无功补偿装置以采用功率模块串联多电平技术的链式SVG为主，谐波补偿装置以采用电容器电抗器的无源滤波装置和采用电力电子器件的有源滤波装置APF为主。图1所示为链式SVG装置原理图，其优点是采用了功率模块串联的方式实现高压输出，解决了目前主流的功率器件耐压不足的问题，但是由于众多功率模块的直流母线电压需要平衡控制，控制器设计复杂，无法同时兼顾基波无功电流补偿和谐波电流补偿，因而目前链式SVG多不具备谐波补偿功能。图2所示为无源滤波器原理图，滤波支路繁多，滤波性能受电网系统参数影响较大。图3为有源滤波器APF装置原理图，APF装置采用全控型功率半导体器件，可以实现25次以内的电流谐波补偿功能，同时具有无功补偿功能，但受到功率半导体器件内压能力的限制，APF装置只能应用在380V系统中，无法直接接入10kV或更高电压等级电网，其容量受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可靠性高、能够同时补偿无功功率和谐波电流的一体化链式SVG装置。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有有源滤波功能的链式SVG装置，包括控制单元、三台有源功率模块、若干台无源功率模块和一台并网变压器；

所述控制单元由检测回路、控制回路以及综合补偿控制器构成；所述检测回路由PT、CT信号变换元件和信号调理电路构成，检测链式SVG装置的电压、电流信号，并转换为数字量供综合补偿控制器读取；所述控制回路通过光纤与有源功率模块、无源功率模块连接通讯，完成功率模块控制信号的下达以及功率模块工作状态的上传；所述综合补偿控制器读取链式SVG装置的电压、电流数据，计算基波无功电流和谐波电流，并对输出电流和无源功率模块母线电压进行闭环控制；所述综合补偿控制器包括谐波电流控制器和无功电流控制器，所述谐波电流控制器通过控制回路与有源功率模块连接，所述谐波电流控制器产生含有对应谐波成分的调制波，并通过有源功率模块输出含有对应谐波成分的电压；所述无功电流控制器通过控制回路与无源功率模块连接，所述无功电流控制器产生仅含有基波无功成分的调制波，并通过所有无源功率模块串联输出基波无功电压；

所述有源功率模块作为一个链节串联在换流链中，进行谐波电流控制，每一相换流链串联一个有源功率模块；

所述若干台无源功率模块与有源功率模块一起串联在换流链中，进行基波无功电流控制，每一相换流链串联有相同数量的无源功率模块；

所述链式SVG装置三相换流链采用Y型或△型方式通过并网变压器连接于电网。

前述的并网变压器为隔离型变压器，至少包含一套低压绕组，与所述有源功率模块的整流桥输入端连接，为有源功率模块提供有功功率以保持直流母线电压稳定。

前述的并网变压器还包含一套中压绕组，与链式SVG装置的三相输出相连，起到电压变换的作用。

前述的当链式SVG装置电压与电网电压相匹配时，所述中压绕组用一组电抗器代替。

前述的有源功率模块主电路由整流桥、直流回路和逆变桥构成；所述整流桥接到隔离变压器的低压绕组；所述逆变桥输出与所述无源功率模块串联组成换流链。

前述的整流桥采用但不限于功率二极管构成；所述直流回路采用但不限于金属膜电容；所述逆变桥采用全控或半控型功率半导体器件构成单相两电平或多电平电路。

前述的无源功率模块主电路由直流回路和逆变桥构成，所述逆变桥输出与所述有源功率模块串联组成换流链。

前述的直流回路采用但不限于金属膜电容；所述逆变桥采用全控或半控型功率半导体器件构成单相两电平或多电平电路。

本发明的链式SVG装置可以实现无功功率和谐波电流的综合补偿，相比目前主流的链式SVG装置，实现谐波补偿时装置可靠性更高，同时装置的成本和空间占用增加很少，利于装置的市场化推广。

附图说明

图1为链式SVG装置原理图；

图2为无源滤波器原理图；

图3为有源滤波器APF原理图；