[发明专利]无功功率补偿器,计算机程序以及计算机程序产品

说明书

技术领域

本发明一般涉及电力系统中的无功功率补偿，并且特别涉及用于该系统的静止无功(VAr)补偿器(SVC)。

背景技术

无功功率控制可用于优化电力系统中的无功功率潮流。静止VAR(伏特-安培无功)补偿器(SVC)是在这种电力系统中频繁使用的用于借助于无功功率处理电力系统内的扰动的装备。SVC通过提供无功功率来抵消电压降落，并且通常能够通过吸收无功功率来处理过电压。简而言之，SVC用于通过调整无功功率潮流将电力系统的电压维持在期望的水平。

为此目的，SVC典型的包括晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管控制电抗元件，也称为电抗器(TCR)。控制SVC的这些组件以便提供期望的无功功率。特别是，如果电力系统的无功需求为容性(超前)，SVC采用电抗器来消耗来自与之相连的电力系统的无功功率，从而降低电力系统的电压。如果电力系统的无功功率需求为感性(滞后)，使用电容器用于为电力系统提供无功功率，从而提高电力系统电压。

SVC进一步包括用于控制这些功能的控制系统。

图1示意性地图示了已知的SVC 1。SVC 1通过电力变压器3连接到电力系统2，以下标示为AC电网2。SVC 1包括一组晶闸管投切电容器(TSC)4、晶闸管控制电抗器(TCR)5以及谐波滤波器6。SVC 1进一步包括用来调节从SVC 1输入到AC电网2的无功功率的控制系统7。

在AC电网2中剧烈的电压降落处，SVC 1的功能恶化为能够从其输出较少的无功功率。SVC 1的恶化性能源于SVC 1的并联连接的TSC 4和TCR 5的阻抗特性。如果忽略电力变压器3上的电压降落，可以由下式近似：

Q＝B*(τ*U)²

其中，Q为在电力变压器3的次级侧的TSC生成的无功功率，B为TSC的并联电容器的导纳，U为电力变压器3的初级侧的AC电网母线上的SVC控制AC电压，以及τ为电力变压器比率。

对于SVC 1的电力变压器3来说，τ等于1.0，并且因此可以看出无功功率输出Q与AC电压的平方有关。因此可以容易地认识到早先提到的在大的电压降落处的SVC 1的恶化性能。当SVC无功功率输出Q接近其额定值时，SVC 1失去主动控制。

目前，到完全解决以上所描述的缺陷的程度，SVC将很可能提高额定值。特别是，可能引入额外的TSC步骤。然而，由于高额定值的电力系统组件通常都很昂贵，因此高额定值的电力系统组件通常都是最没有效率的解决方案。

综上所述，很明显该技术领域的这种情况需要改进。

发明内容

本发明的目的是提供用于克服或减轻现有技术中的至少上述缺陷的装置和方法。特别是，本发明的目的是提供用于能使电力系统电压进行有效支持而不使用昂贵的高额定值的解决方案的装置和方法。

其中，该目的通过如独立权利要求所要求的无功功率补偿器和计算机程序来实现。

根据本发明，提供一种无功功率补偿器。所述无功功率补偿器包括具有AC母线侧和补偿器母线侧的电力变压器，其中电力变压器在其AC母线侧可与AC电网连接。所述无功功率补偿器进一步包括连接至补偿器母线侧的晶闸管投切电容器和晶闸管控制电抗器。所述无功功率补偿器包括与电力变压器串联连接并连接在补偿器母线侧的升压变压器。

根据本发明，因此将升压变压器引入到无功功率补偿器中。本发明提供最为灵活的方案，例如，在方案中升压变压器可替换一个或多个额外的TSC支路，否则在设计电力系统时额外的TSC支路将是需要的。所需的组件数量以及在开关站中所需的面积可以减少。进一步，使用公共控制系统来控制无功功率补偿器的所有部件。升压变压器的控制是快速的，为电力系统的无功功率需求提供快速响应。又进一步，即使有改动，本发明仅用少量改动便可在已有的电力解决方案中实施。

根据本发明的实施例，升压变压器包括单级抽头转换开关。具有单级抽头转换开关提供其快速控制，而不需要考虑可以执行连续抽头切换的速率。

根据本发明的另一实施例，进一步包括，连接到升压变压器并且布置为防止过电压的电力电子器件。根据具体的实施例，电力电子器件包括IGBT组件、变阻器、二极管和/或电阻器。因此常规组件可以用于控制升压变压器和无功功率补偿器。

根据本发明的另一实施例，升压变压器包括在线抽头转换开关。因此可以使用市场上现有的常规组件。

根据本发明的另一实施例，无功功率补偿器进一步包括被布置为控制升压变压器、以及晶闸管投切电容器和晶闸管控制电抗器的控制系统。用于控制无功功率补偿器的所有部件的单个控制系统的使用提供了有成本效益的方案。