[发明专利]一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电网的功率补偿技术，尤其涉及一种用于可再生能源系统的功率补偿装置及其方法。

背景技术

对于电网来说，电源供给负载的电功率包括两种，一是有功功率，二是无功功率，其中，有功功率是指保持用电设备正常运行所需的电功率，而无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。一般来说，凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率，由于它建立磁场时不对外做功，因而也被称为“无功”。

当前，随着能源危机与环境问题的日益突出，世界各国都在大力发展风力发电、太阳能发电等可再生能源事业。以风力发电为例，从失速型风电系统到变速恒频风电系统，从有齿轮箱的风电系统到无需齿轮箱的直驱型风电系统，我国风电的装机容量也在快速增长。对于失速型风力异步发电机来说，它必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场和满足漏磁的需要，另外也能够补偿定子和转子励磁所消耗的无功功率。然而，一般的中、大型感应电机，励磁电流约为额定电流的20％～25％，因而励磁所需的无功功率就达到发电机容量的20％～25％，因而感应发电机总共所需的无功功率约占发电机容量的25％～30％。这将极大地加重电网中的无功功率负担，从而导致电网的功率因数下降，并引起电网电压下降和线路损耗增大，影响电网的稳定性。另外，风力发电系统输出有功功率随风速变化而变化，发电端输出有功功率与用电端负载功率不平衡时，电网频率会变化，危害电力系统的稳定。

现有技术中的一种解决方案是在于，采用静止无功补偿器(SVC，Static Var Compensation)，由晶闸管所控制投切的电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时该静止无功补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要。但是，晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，需要加装专门的滤波器。

有鉴于此，如何设计出一种新型的功率补偿技术方案，不仅能够提供无功功率来对电网电压进行控制，还可在系统加载平衡负载以及不平衡负载时均能实现输出功率和负载功率之间的平衡，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的风力发电机组在对电网进行功率补偿时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新型的功率补偿装置及功率补偿方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种用于可再生能源系统的功率补偿装置，适于对三相交流电网进行无功补偿及有功调节，其中，该功率补偿装置包括位于所述电网中的任意两相之间的多个变流器模块，所述变流器模块包括串联连接的多个逆变电路，并且每一逆变电路具有：

一能量存储单元，用于提供一直流电压信号；

一电容，连接至所述能量存储单元；以及

一H桥电路，与所述电容并联连接，用于将来自所述能量存储单元的直流电压信号转换为交流电压信号，其中，所述H桥电路具有一第一桥臂和一第二桥臂，所述第一桥臂上的第一输出端子经由一耦合器件电性连接至所述电网的任意两相中的一相，以及所述第二桥臂上的第二输出端子级联至与所述逆变电路相邻的另一逆变电路，

其中，所述多个变流器模块采用三角形连接方式。

优选地，所述H桥电路为两电平H桥或三电平H桥。

在一具体实施例中，当所述H桥电路为两电平H桥时，所述第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的两个功率开关所构成。此外，所述功率开关还具有一反向续流二极管，并联连接至所述功率开关的一第一电极和一第二电极之间。

在另一具体实施例中，当所述H桥电路为三电平H桥时，第一桥臂或第二桥臂均由串联连接的第一、第二、第三和第四功率开关所构成，其中，第一与第二功率开关间的节点以及第三与第四功率开关间的节点之间还设有串联连接的第一和第二箝位半导体开关器件，并且所述第二和第三功率开关间的节点电性连接至所述电网的任意两相中的一相或与所述逆变电路相邻的另一逆变电路。进一步，所述电容包括串联连接的一第一电容和一第二电容，并且所述第一电容和第二电容间的节点电性连接至所述第一和第二箝位半导体开关器件间的节点。

优选地，所述能量存储单元包括电池、直流电源或超级电容器。

优选地，该功率补偿装置还包括一直流-直流转换器，电性连接于所述能量存储单元与所述H桥电路之间，用于将所述能量存储单元提供的直流电压信号转换成与所述H桥电路相匹配的直流输入电压。