[发明专利]使用电流源型交流器的无功功率补偿装置

说明书

一般地说，本发明涉及一种在三相负载中检测瞬时无功电流的装置以及一种使用变流器进行无功功率补偿的装置，其中，使用了上述瞬时无功电流检测装置。更具体地说，本发明涉及一种使用一包含一电流源型变流器的、与三相负载电路相并联的电路对三相电源中的瞬时无功功率进行补偿而对变流器电路的输出电压不产生影响的装置。

有一种广泛应用的局部（local）电气系统，在这种系统中，包含电流源型变流器的变流器负载电路与包含常规三相负载的通用负载电路与一三相电源并联。上述变流器负载电路包括经由电流源型变流器与之相连接的直流负载或通过逆变电路与之相连接的诸如交流电动机之类的交流负载。在这种电气系统中，通用负载电路中有很多包含各种使功率因素下降的电抗负载，从而产生相应的无功功率，不可避免地给三相电源增加了负载。在这种情况下，人们希望无功功率可以从变流器负载电路得到补偿，因为如果这点能做到的话，由于无功功率而加在三相负载上的负载即可减轻，为了得到一给定的有效电源，供电设备的装机容量就可以减小。为了允许通过电流源型变流器来补偿无功功率，通过变流器电路对电流的控制来补偿相应于无功功率的无功电流将是富有成效的。为此，有必要检测出通用负载电路中的瞬时无功电流并使用变流器电路对瞬时无功电流进行补偿。

作为迄今所知的瞬时无功电流检测装置，可以举出在“日本电气工程师学会”杂志（Periodical    of    the    Institute    of    Electrical    Engineers    of    Japan）第103卷，第7期，第483-490页上发表的、题为“瞬时无功功率的分析及其应用”一文中的装置。这一已知的检测装置具有包括一个三相/二相转换电路在内的极其复杂的电路结构。诚然，这种已有的检测装置的优点在于，即使当电源电压的波形发生畸变时，也可以检测出瞬时无功电流。然而，一般说来，电源电压的波很少发生畸变，即使假定电源电压的波形是三相正弦波，也不会有任何显著的误差。因此，人们要求瞬时无功电流检测装置的电路结构大大简化。

还有一种检测并确定瞬时无功功率的方法，根据这种已知的方法，供电电源的每一个相电流均乘以与之相关联的、并经过90°相移的相电压，然后将分别得出的三相的乘积相加。这可参见公开号为第125035/1980（JP-A-55-12503）的日本专利申请。然而，上述公告中并不包含有关瞬时无功电流检测的内容。

作为无功功率补偿装置，迄今为止，在许多应用中，都使用电容。近年来，则趋向于使用有源滤波器。

使用电容时，仅有那些由于相位滞后而产生的无功功率可以得到补偿，可以供应的无功电流仅限于正弦波的电流。另一方面，对于使用GTO和/或晶体管的有源滤波器系统来说，由于相位超前的电流而产生的无功功率可以得到补偿，正弦波以外的波形的无功电流也能供应。

如果具有正弦波形以外的以及具有谐波成份的无功电流可以得到补偿，则电源的谐波电流成份也可以降低，因此，与使用电容作为无功功率补偿装置的情形相比，电源波形可以得到进一步的改善。为此，必须检测出无功电流的谐波成份量。然而，迄今所知的瞬时无功功率检测装置，要无时间延迟地检测无功电流相当困难，这是因为这种装置电路结构复杂，须包括一个三相/二相以及类似的转换电路。

现有技术中还有一种瞬时无功功率补偿装置，那就是发表在“日本电气工程师协会协会”杂志B106卷，第4期，第323-330页上的、题为“使用电压源型PWM（脉宽调制器）变流器的瞬时无功功率补偿装置的工作过程分析及其设计”一文中使用电压源型变流器的无功功率控制装置。然而，文中未提出任何使用电流源型变流器以及控制其输出电流将瞬时无功功率补偿至电流变流器的最大可能容量的方法或建议。

本发明的第一个目的在于提供一种能检测三相负载电路中的瞬时无功电流而没有时间延迟的装置，该装置电路结构简单，毋须使用诸如三相/二相转换电路之类的结构复杂的电路。

本发明的第二个目的旨在提供一种作为包括常规的三相负载的通用负载电路的无功功率补偿装置，并且与一个三相电源以及一包括一个与所述通用负载电路相配合的电流源型变流器的变流器负载电路相并联而构成一电气系统，其中，对无功功率的补偿是通过检测瞬时无功电流以及根据检测到的瞬时无功电流去控制电流源型变流器的开关元件而得以实现的。