[发明专利]一种新型高压动态无功补偿装置

说明书

技术领域

发明属于无功补偿领域，尤其涉及一种具有功率融通功能的新型高压动态无功补偿装置。

背景技术

级联型静止无功发生器（Static Var Generator, SVG）通过功率模块串联，容易实现高压、大容量化，非常适合中、高压等级应用，是目前发展较快的一种高压动态无功补偿装置，已经广泛应用在电力系统、工业输配电领域。在一些工业场合，变电所采用分段母线供电方式，为实现变电所的无功补偿，常采取在两段母线各配置一套 SVG 的方式，单套 SVG 以各自母线电压或无功作为控制目标，实现无功补偿。变电所两段母线的负荷 - 时间分布特性会有差异，但负荷不能在两段母线之间灵活分配，从而经常出现两台变压器一台过载、另一台轻载或空载的现象。在这类应用场合，SVG 只输出无功功率，不能进行有功调节。若使 SVG 具备有功融通功能，则可充分利用 SVG 的设备容量，对两段母线的有功进行调节，从而优化变压器的运行。

级联型 SVG 由直流储能电容器和级联型 H 桥组成。由于其每个 H 桥功率单元的直流储能电容器是悬浮的，不具备有功融通能力，为使 SVG 具备有功融通功能，其主电路需采用具备有功融通能力的电力电子拓扑结构。目前，应用于 10 k V 电网的三相统一电能质量控制器，主电路每相由1 台单相多绕组变压器和 4 组背靠背 H桥功率单元组成，其中装置串联侧采用 4 级 H 桥功率单元级联方式，并联侧采用单相多绕组隔离变压器连接H 桥变流器方式。背靠背功率单元均为单相全桥结构，装置直流环节的电容电压中存在基波二倍频脉动分量，因此需采用容量较大的直流储能电容器进行吸收。由于采用四重化拓扑结构，装置存在入网电流波形质量较差的问题。还有一种能量回馈型多单元串联高压变频器，其主电路由三相隔离变压器和能量回馈功率单元组成。其中，隔离变压器的二次绕组为单相，其两端抽头直接与功率单元相连；功率单元整流侧采用单相全桥整流器，逆变侧采用级联 H 桥结构。由于整流侧和逆变侧均为单相H 桥结构，装置直流侧需采用容量较大的直流储能电容器。

发明内容

本发明就是针对上述问题，设计了一种具有功率融通功能的新型高压动态无功补偿装置，该装置主电路拓扑结构与四象限级联型高压变频器类似，主要包括输入移相变压器、连接电抗器和功率单元3大部分，可看作级联型SVG 与移相变压器多重化结构 SVG 的组合，两者背靠背连接，通过四象限功率单元中间直流环节实现有功功率传递。

本发明采用的技术方案是，一种新型高压动态无功补偿装置，包括输入移相变压器、连接电抗器、四象限功率单元。所述的输入移相变压器，一次侧输入6 k V或 10 k V 高压；二次侧由多个低压绕组组成，各绕组依次错开一定角度，以实现网侧电流的多重化，可有效消除装置对电网的谐波污染。

所述的连接电抗器，用来限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击;对谐波起滤波作用，以抑制电网电压波形畸变。

所述的四象限功率单元，由输入电抗器、三相PWM 整流器、支撑电容器和H 桥逆变器等组成，并根据功率单元的电路和散热要求，采用模块化、标准化和系列化的设计理念，将整流、逆变部分等集成为一个模块。

本发明的有益效果是，该新型高压动态无功补偿装置，不仅能补偿无功，还具备有功融通能力，实现两段母线之间的有功融通，对负载率过高的变压器，可以利用另一台变压器承担部分功率，从而降低变压器的负载率，优化变压器的运行。还能够当母线出现供电故障，通过功率融通型 SVG 为该段母线的负荷短时供电，配合母联断路器的使用，实现母线不间断供电，提高系统供电可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。 图 1 是本发明的原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明的新型高压动态无功补偿装置，包括输入移相变压器、连接电抗器、四象限功率单元。

所述的输入移相变压器，一次侧输入6 k V或 10 k V 高压；二次侧由多个低压绕组组成，各绕组依次错开一定角度，以实现网侧电流的多重化，可有效消除装置对电网的谐波污染。该装置的移相变压器多重化结构 SVG 采用电压空间矢量脉宽调制方法，结合移相变压器的使用，使得装置输出电流波形质量大为改善。由于直流电压失衡是造成级联型 SVG 运行不稳定的重要原因之一，因此该装置采用每个功率单元的直流侧电压由整流侧维持稳定的方式，与现有级联型SVG 相比，装置直流电压均衡效果更好，从而可提高装置的运行稳定性。