[发明专利]自恒压源电流调制型无功静补器

说明书

本发明属电力电子技术领域，具体涉及一种用于电力系统交流干线或交流配电网络中静止补偿无功功率的装置的基本电路。

专利号为4647837的美国专利公布了一种在交流电系统中用于补偿无功电流的无功补偿器，其中包括作为功率主电路的变流器、变流器的交流输入侧并联有一只电容器、直流输出侧并联有一只平波电抗器，还包括电压检测装置、电流检测装置、移相器、放大器、驱动单元、脉冲发生器、脉冲宽度调制器。该无功静补器的主功率换流电路为电流源型。该种无功静补器的缺点是输出电流为方波脉冲列，其波形偏离正弦形，系统暂态响应速度较低，体积和损耗较大，仍不能完全取消工频电力电容器等。

本发明的目的是提供一种电流波形接近正弦波，系统暂态响应速度高，体积和损耗小，不需使用工频电力电容器的无功补偿器，从而实现对电力无功功率的正弦性、线性、连续、快速跟踪和在结构及能量转换方面均高效的补偿。

本发明为一种具有自恒压源电流波形调制的静止式电力无功功率补偿装置。自恒压源即在不需要附加直流侧直流电源的情况下，仅靠本静补器自身元件的功能便能形成恒定的直流侧电压。电流波形调制即采用通常所称的滞时(Hysteresis)调制或梆梆(Ban-Ban)调制，将电流用开关的通断操作控制在正弦波带内并按补偿要求变化相位及幅值。

参见附图1，本发明的单相基本电路由功率主电路和控制电路两大部分构成：

A、功率主电路为一由带并联二极管的全控式半导体开关(如大功率晶体管开关GTR或门极可关断晶闸管开关(GTO)构成的单相H桥或半桥变流器，该变流器的直流侧并联有直流电容器(或电容器组)C和分压器，变流器的一输入端通过一电感线圈L与电力系统的一根相线相接而另一输入端与零线相接，

B、控制电路包括：

a、由直流运算放大器6、直流电压给定器7、初相角给定器8、移相器5和电压互感器PT构成的交流相角--直流电压闭环控制单元；

b、电流波形调制单元3、开关驱动单元2，无功需求--电流控制转换单元4，无功需求信号单元9，

直流电压给定器7的输出端和功率主电路分压器的输出端分别与直流运算放大器6的两输入端相接，初相角给定器8的输出端、直流运算放大器6的输出端以及与相线联接的电压互感器PT的输出端分别与移相器5的三个输入端相接。

无功率需求信号单元9的输出端和移相器5的输出端分别与无功需求--电流控制转换单元4的两输入端相接，无功需求--电流控制转换单元4的输出端、以及变流器输入端相串联的电流互器CT的输出端分别与电流调制单元3的两个输入端相接，电流调制单元3的输出端与开关驱动单元2的输入端相接，开关驱动单元2的各个输出端分别与各个全控式半导体开关的基极(门极)相接。

附图1中S1-S4为全控式半导体开关，B1-B4为其相应的基极、D1-D4为二极管，R1和R2为构成分压器的电阻，1为负载，10为交流电力系统。

上述典型单相补偿器电路可扩展为多相(如三相)电路。其中的基本元件如全控式半导体开关和并联的二极管也均可扩展(即按增容需要以串、并或串并联构成组合元件)。

电路中各主元件及控制单元的主要功能如下：

电感线圈L用于电流调制的滞时并在开关斩波操作下对直流侧电压有升压作用，电容器(组)C用于形成直流侧电压源，以维持开关回路正常操作；与开关S并联的二极管具有整流和对开关保护的作用；电压互感器PT为移相器5提供同步信号；电流互感器CT为电流波形调制单元3提供工作电流信号；取自分压器的直流电压信号号与由直流电压给定器7给定的直流电压经运算放大器6放大后馈给移相器5；移相器5为常规的模拟式、数字式或数模结合式移相器，它接受来自PT的同步信号和运算放大器6输出的移相信号，并输出移相的电流参考信号；无功需求--电流控制转换单元4使来自移相器5的电流信号与来自无功需求信号单元9的信号合成，电流波形调制单元3接受来自无功需求--电流控制转换单元4的输出信号和来自CT的工作电流信号，并把二者进行比较后，按电流滞时调制的通常方式向开关驱动单元2输出开关操作信号；开关的操作顺序可有不同的组合，现仅举变流器为单相H桥时的一种操作顺序为例，在工频电流参考信号的正半周内，S1和S4成对同时进行通、断操作；在负半周内S2和S3成对同时进行通、断操作。

将本静补器在带负载(或开关操作闭锁)状态下投入电力系统，系统电压经整流器整流而建立起直流侧电压(若处于带负载状态，直流侧电压受斩波能量转换机理控制)；