[发明专利]一种智能动态混成无功补偿系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能动态混成无功补偿系统及其控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

现代工业系统中，诸如交流电弧炉、电气化铁路、大型轧钢机等均属于动态变化的非线性负荷。这类负荷的特点是有功功率与无功功率随时间作快速变化，由于其非线性和不平衡的用电特性，使供电电网的电压波形发生畸变，引起电压的波动、闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率的波动，而且向系统注入大量的谐波，对电网的电能质量构成了严重的威胁。

静止无功补偿装置(简称SVC)是一种快速调节无功功率的装置，其典型代表是晶闸管控制电抗器+固定电容器(TCR+FC)、晶闸管投切电容器(TSC)、以及磁控电抗器+固定电容器(MCR+FC)等。目前已成功地应用于冶金、采矿和电气化铁路等冲击性负荷的补偿上。这种装置在功能多样性、工作可靠性以及投资和运行成本等方面都比早期同步调相机有明显的优点，取得了较好的技术经济效益，因而在国内外得到较快的发展与实际应用。

基于在SVC技术研究的基础之上，随着GTO、IGCT、IGBT等大功率电力电子器件的发展和应用，静止无功发生器(简称SVG)成为最新一代动态无功补偿技术，具备响应速度快、吸收无功连续、产生的高次谐波量小、调节范围广、损耗与噪音小等突出优点，在电能质量与无功补偿研究的领域发挥越来越大的作用。

SVC与SVG相比较，SVC运行成本低，经济性较好，但是SVC响应速度慢，响应时间需20～40ms，而响应时间是抑制电压波动闪变的主要决定因素，SVC响应慢，无法有效抑制电压闪变。与SVC相比，SVG动态补偿效果好，响应速度快，响应时间小于5ms，能够有效抑制电压波动和闪变；对系统参数不敏感，安全性与稳定性较好，不会发生谐波放大的情况。但是SVG由于受到元器件容量限制，大容量的SVG实施困难，工程造价高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述各装置的不足，通过结合两种装置各自的优点，以提供一种动态特性好，响应速度快，能够有效抑制电压波动和闪变，提高电能质量，并且能够实现从容性到感性连续补偿的智能型动态混成无功补偿系统及其控制方法。

本发明公开了一种智能动态混成无功补偿系统，用于对电网进行无功补偿调节，该补偿系统包含主电路以及控制器，所述主电路包含补偿支路，所述补偿支路包含SVC补偿支路和SVG补偿支路，所述SVC补偿支路和SVG补偿支路并联接入电网，电网连接有其他负荷；

其中，所述SVC补偿支路，与控制器相连接，包含SVC电流采样电路、投切控制单元和电容器补偿支路，所述SVC电流采样电路采集SVC补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述投切控制单元接收控制器发出的投切信号，控制电容器补偿支路的投切；所述电容器补偿支路为由若干个三角形或星型连接的电容器组成的补偿支路；

所述SVG补偿支路，与控制器相连接，包含SVG电流采样电路、逆变电路，所述SVG电流采样电路采集SVG补偿支路的电流，并将电流采样信号传输至控制器，所述逆变电路是以电容为直流侧储能元件的三相桥式逆变电路，并通过串联电抗器并入电网，用于接收控制器发出的PWM脉冲控制信号，并发出精确可控的无功电流；

所述控制器，与电网连接，采集电网电流和电网电压，通过控制SVC补偿支路和SVG补偿支路，对电网实施无功补偿。

作为优选，所述SVC电流采样电路通过霍尔传感器采集SVC补偿支路的电流，所述SVG电流采样电路通过霍尔传感器采集SVG补偿支路的电流。

作为优选，所述控制器控制SVC补偿支路和SVG补偿支路的步骤是：控制器先采集电网的电网电压、电网电流，计算出电网当前的无功功率，预先设定的无功控制目标值为零，根据预设目标值与电网当前的无功功率的差值，首先向SVG补偿支路发送PWM脉冲控制信号，使其发出精确可控的无功电流，随后向SVC补偿支路发出投切信号，控制投切控制单元的投切动作,由此实施无功补偿。