[发明专利]电网无功连续补偿方法及补偿装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电网无功连续补偿的技术及补偿装置，可用于高低压电网单相或三相无功功率补偿，属于电力系统技术领域。

背景技术：

目前国内外电网无功功率补偿主要采用电容器切投方法，即将电容器直接并联在电网相线——相线或相线——中线之间，通过改变电网并联电容值，达到改变补偿电流的目的。如崔驰在“低压配网无功补偿浅析”(电网技术，2000年7月)中介绍的现有无功补偿技术以及优化补偿方法，也均采用电容器投切方法。这些传统的无功补偿技术，由于电容的切投是分级进行的，故产生的补偿电流也是阶跃式的，无法使电网无功功率得到完全的补偿，使电网仍经常处在欠补偿或过补偿状态，功率因数不能接近1，故供电设备的能力不能得到充分的利用，供电线路的线损也不能降到最小值。此外，目前电容的切投大多采用机械式交流接触器，其接点间容易拉弧粘连，工作寿命短，响应速度慢，且在切投过程还对系统产生冲击电压和冲击电流。一些电容切投装置虽改用无触点的固态继电器，其成本高，在流过较大补偿电流时将产生较大的额外损耗。

发明内容：

本发明的目的在于避免现有电网无功功率补偿技术及装置存在的上述问题，提出一种电网无功功率连续补偿方法，以及根据此方法设计的无功补偿装置，使之不仅能有效实现自动连续补偿，减少线路损耗，并能避免电网过电压及谐波对补偿电容的损害。

为实现这样的目的，本发明的技术方案中采用了以下措施，即把单一的固定容量电容器C与一可变电压源UV串联后接入电网的相线——相线或相线——中线之间，通过改变电压源UV的大小，连续改变补偿电流的大小，以实现无功功率的最佳补偿。具体方法包括如下步骤：1)根据每支路需要产生的最大补偿电流(ic)max选取一个单一的固定电容器  (C)，即C＝(ic)max/Uω，其中U为接入支路的电网线电压或相电压的  有效值，ω为电网电源的角频率；2)将固定电容器(C)与可变电压源(U_V)相串联后接入电网的相线—相线或  相线—中线之间；3)用自耦变压器或逆变器产生大小从0-U、相位、频率与电源相同的可变电  压源(U_V)，所需可变电压源(U_V)的数值根据每支路要求实际产生补偿电  流的ic值，由公式ic＝(ic)max(1-U_V/U)获得；4)由零电流切换电路(ZC)监测可变电压源(U_V)值，当确认U_V＝U时，将  交流接触器(LJ)合闸，使补偿电容连同可变电压源接入电网，以实现零电  流投入；5)通过电流互感器与电压互感器检测用户电流与电压的位相，使与其相连的功  率因数及显示电路(PFC)显示功率因数值，当功率因数过低时，其输出通  过控制电路或控制器带动电机(M)的正、反转或改变逆变器的触发信号，  以改变可变电压源U_V数值，从而改变补偿电流ic值，以达到最佳的补偿效  果。

对低压电网来说，可直接将自耦调压器B的滑动触头的输出端与固定电容器C串联后接入电网。对三相无功补偿，则可每一相分别接入固定电容器C和自耦调压器B。三相分别补偿时，将自耦调压器B的滑动触头输出端与固定电容器C串联后，接在相线——中线之间；三相同步补偿时，将自耦调压器B的滑动触头输出端与固定电容器C串联后，接在相线——相线之间。

对高压电网来说，如补偿装置附近有低压电源，则将自耦变压器B与低压电源并接，其滑动触头的输出电压通过一升压变压器升压后与电容C串联，再接入电网。如在补偿装置附近无低压电源，则将低压自耦变压器B通过降压电抗器再接入高压电网，其滑动触头的输出电压通过一升压变压器升压后与电容C串联，再接入电网。

在需要对电网无功功率进行快速动态补偿时，本发明提出的可变电压源U_V将由变压器、控制器、直流电源及逆变器产生，逆变器将直流电源转变为其基波与电网同频率、同相位的正弦波电压，随后通过变压器与电容器C串联后接入电网。控制器采样主电路电压及电流信息，以保持逆变器输出电压与电网同步并使之幅值不断变化，以达到最佳补偿目的。

本发明较现有电容切投式无功功率补偿装置相比具有以下突出优点：

1、能实现对电网无功功率的连续自动补偿，使电网功率因数接近1，从而达到最大限度发挥供电设备的供电能力与减小线路损耗的目的。

2、能实现补偿电容零电流状态投入，完全避免了现有装置在电容切投时对电网的冲击，也避免了在电容投入瞬间可能出现的冲击电流对电容自身的损害，可大幅度延长电容器的工作寿命。