[发明专利]通过容性阻抗连接的静态同步无功补偿装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统中的静态同步无功补偿装置及控制方法，属于电气工程中的变流技术领域。 

背景技术

传统的无功补偿手段有机械投入的并联电容器，以及调相机等几种。但它们都存在着一些问题，如最常见的并联电容器就有运行不便，在系统电压降低时不能有效的提供无功支持等缺点。而调相机虽然动态性能较好，运行范围也较宽，但是由于包含转动部分，其设备及运行成本都较高。 

灵活交流输电(FACTS)技术的出现给电力系统带来了新的控制技术和应用手段。静态无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)和静态同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)是用来调节交流电网无功，即进行无功补偿的重要FACTS设备。与传统的电磁器件相比，他们的动态响应速度高，工作范围宽，容性或感性补偿都很容易实现。其中SVC基于可控硅型开关元件，主要由一系列无源元件组成。STATCOM是由基于GTO或IGBT等开关组件的逆变器，直流电容和连接STATCOM与电力系统的无源元件组成。文献“静止同步补偿器与传统静止无功补偿器的比较与分析”(华东电力，2005.Vol.33 No.9：16-18)中指出，与SVC相比STATCOM响应速度快、控制稳定性好、交流侧电源谐波含量较小，但STATCOM的控制比SVC复杂，成本也较高。 

现有的STATCOM通过纯电感将三相电压逆变器并联到电力系统中，如“无功补偿装置的控制方法及装置”(中国发明专利，公开日：2003年9月6日，公开号CN1414679)。图1是现有STATCOM的系统结构示意图。STATCOM通过控制逆变器的输出电压达到改变注入系统无功功率的目的。实际系统中，大多数负载是感性负载，需要补偿器注入容性无功来补偿功率因数。如图2所示，当STATCOM向系统注入容性无功的时候，电压型逆变器的输出电压必须高于系统电压，这使得电压型逆变器直流电容部分必须保持较高的电压，相应的逆 变器所选用的开关元件也必须有较高的耐压值，因而增加了成本；随着直流电容电压值的增大，开关损耗也随之增大。 

现有的无功补偿装置通过变压器或电感将三相电压逆变器并联到电力系统中，而变压器运行时有直流偏磁的问题，在专利“无功电力补偿装置”(日本特许厅，公开日：1996年8月13日，公开号：JP特开平8-207626A)中，通过串联电容以减低无功补偿装置中变压器的直流偏磁，在此系统中的串联电容等效于直流滤波器的作用，但串联连接逆变器和电力系统之间的基频等效总阻抗仍为感性，不能利用该电容做无功补偿以减小逆变器的直流侧电压，从而减小逆变器的容量。 

发明内容

本发明的目的是为了减小电压型逆变器的直流电容电压，降低开关元件的成本以及开关损耗，提供一种通过容性阻抗将逆变器并联在电力系统中的静态无功补偿装置及控制方法。 

为了实现以上目的，本发明提供一种通过容性阻抗连接的静态同步无功补偿装置，包括：基于全控型电力电子器件的电压型逆变器以及控制装置，还包括连接逆变器和电力系统的容性阻抗，所述容性阻抗包括一个为了补偿无功而设定的电容和一个为了抑制电流波动而加的电感；其特征在于，所述电容取值通过以下步骤确定： 

通过下式确定电容的容性阻抗： 

其中Vs是电力系统相电压的有效值，Q₀是根据所述通过容性阻抗连接的静态同步无功补偿装置安装地点所需的无功补偿容量确定的单相平均无功功率，Q₀可以通过下式来计算： 

其中，Q为负载的瞬时无功功率，时间T根据所述通过容 性阻抗连接的静态同步无功补偿装置安装地点的负荷波动情况来选定，可以选择一天或者一周或其它的时间长度；进而所述电容的大小可以根据下式确定： 

ω＝2πf_s，f_s为电力系统运行的频率； 

所述电感的取值可以根据下式估算： 

式中E是所采用逆变器输出电压发生一个电平的变化时的电压输出差值，T_s是脉宽调制的控制周期，I_ripple是实际系统对输出电流设定的波动范围，k是调整系数，k选取0.4～0.6之间的数值，并避免电感与所述电容谐振在谐波频率。 

本发明提供一种基于权利要求1装置的通过容性阻抗连接的静态同步无功补偿控制方法，其特征在于包括如下步骤： 

(1)按照下式计算三相的瞬时无功功率：