[发明专利]一种电能质量一体化治理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于电力系统领域的电能治理装置，尤其是一种应用于高压配电网的直挂式电能质量一体化治理装置（High Voltage Suspend Hybrid Compensator，HVSHC）。

背景技术

供配电系统电能质量的好坏直接关系到电力系统稳定、用电设备安全和是否经济用电。随着电力电子装置和敏感负荷的使用日益增加，电能质量问题已经成为国际供电界关注的首要技术问题，其主要体现在电压的波动、谐波、闪变等，以及电流中的无功、负序、谐波分量的影响等。现代电能质量问题因电力电子技术的应用而产生，而治理这些电能质量问题也可以通过基于电力电子的补偿技术来解决。采用电力电子装置就近吞吐无功和谐波电流、改变电网中的功率潮流，从而实现对无功、谐波、负序等电能质量的全面治理。

目前静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）已经相对成熟，已经在高压大容量上取得了的应用，并且价格低廉。但由于其是以半控晶闸管为控制对象的无源补偿装置，只适合较慢负载的无功补偿，而且其出力受外界电压的约束。另外其只能靠与其匹配的FC来滤除固定次谐波，对谐波抑制效果相当有限。静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）是近年发展起来的新型补偿装置，其是以全控型IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）器件等为控制对象的有源补偿装置，同时具备无功、谐波等补偿功能。特别是基于H桥结构的SVG具备高压直接补偿的条件，但是受器件电压电流水平的限制，目前难以在高压场合实现大容量的无功和谐波的快速同时补偿，因此主要还是集中在小容量场合的无功补偿方面的应用。

在现有技术中主要有以下文献于本发明有关：

现有技术1为湖南大学于2007年12月19日申请，2008年05月21日公开，公开号为CN101183791A的中国发明专利申请《一种静止无功补偿器和有源电力滤波器联合运行系统及其控制方法》。如附图1所示，该专利利用TCR（Thyristor Controlled Reactor，晶闸管控制电抗器）和HAPF（Hybrid Active Power Filter，有源电力滤波器）相结合，而TCR与HAPF中的FC（Fixed Capacitor，固定电容器）部分构成SVC进行谐波补偿，而APF（Active Power Filter，有源电力滤波器）配合FC滤除谐波，如附图1所示。由于TCR能够实现高压直接补偿，为了实现高压谐波补偿，采用了谐振式LC与PPF串联，使得APF的隔离变压器既不承受基波电压，也不承受基波电流，从而减少APF的容量和承受电压。但是，其中的HAPF是不能动态补偿无功功率的，所以动态无功调节依赖TCR控制，而TCR的响应时间在60-100ms，其响应速度远比基于全控器件的SVG要慢，不适合快速变化负载的无功补偿和闪变治理。同时该种方式的谐波补偿是要通过变压器耦合，并通过PPF支路传送，因此不是高压谐波直接补偿，补偿的延时、精度较差。因此该种方式实际上是一种低压有源补偿与高压无源补偿的组合，与本文将提到的基于H桥级联SVG的高压无功和谐波一体化补偿在拓扑和效果上有明显差别。

现有技术2为湖南大学于2007年12月19日申请，并于2008年05月21日公开，公开号为CN101183791A的中国发明专利申请《适用于高压系统的谐波和无功动态治理控制器及控制方法》。如附图2所示，该发明利用可以高压直接补偿的TCR型SVC来动态补偿高压系统的无功功率，而利用谐振注入式混合有源滤波器来提供固定容性无功，并发出谐波。该种方式和现有技术1的原理一样，只是增加了MSC（Mechanically Switched Capacitor，机械投切电容器)）支路来提供固定的容性无功。该种方式为治理高压系统的谐波和无功，其无功的补偿速度决定于TCR的补偿速度，大约在60~100ms，其响应速度远比基于全控器件的SVG要慢，不适合快速变化负载的无功补偿和闪变治理。而谐波补偿还是利用变压器隔离和LC谐振支路进行注入，同时逆变器的直流还需要外部供能，系统复杂，需要实现不同电位隔离，难适合高压系统。因此该种方式的无功补偿还是基于晶闸管的补偿方式，而不是基于IGBT的快速补偿，同时谐波还是低压侧补偿通过变压器和注入式支路反馈到高压侧。因此该种方式实际上是一种低压有源补偿与高压无源补偿的组合。