[发明专利]快速响应有源无功功率（KVAR）补偿器

说明书

优先权要求

本申请要求2015年1月6日提交的美国临时专利申请No.62/100,674和2015年1月6日提交的美国临时专利申请No.62/100,076的优先权，这些申请案的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本申请一般涉及发电和配电。具体地，本申请涉及交流(AC)发电和配电中交流无功功率(KVAR)补偿的方法和装置。

背景技术

在AC配电网络中，AC电力的使用、传输和配送得以最佳化实现以取得最大能量效率的工作条件在于，电压和电流相位接近，且无功功率(KVAR)接近零。但是，随着传输和配送系统中无功负载以及固有无功元件如电容和电感的增加，系统中的AC电流会相对电压波形移相；结果导致配送电力的传输及使用受到影响，产生电力质量问题。通过电流相对于电压波形在后(滞后)或在前(超前)的相角偏移量，可以测量出电力质量；电力质量因无功功率值的增加而劣化。无功功率值由下式导出。

其中KVAR是总无功功率，KVA是总表观功率，KW是实际功率。

要指出的是，只有实际功率KW对生产性消耗有用，而无功功耗KVAR则是损失功率。但是，由于总表观功率KVA是按上式的KW和KVAR组成，因此这两个功率分量都会被生成、传输和配送。因此，AC电流相对于电压波形的相移会增加；这意味着，无功功率KVAR的增加将使得电力系统效率明显降低。

这一问题众所周知，并已有各种传统的解决方法，这些方法通过在电气系统内的各个点引入无功分量来补偿和去除无功功率KVAR。一般是在整个电源线分流时引入电容器，以抵消由于电动机、荧光镇流器、变压器等磁性元件而导致的通常滞后的电流。

传统上是通过在整个电力传输和配送系统的分流中添加固定电容器和可变电容器来实现。如果KVAR问题是已知且可重现，并且是稳定的，那么固定电容器KVAR补偿组可以永久性地安装在要补偿的点上。而如果无功功率KVAR会发生改变，则采用自动可变电容器，其可在电子控制和KVAR感应下予以响应，并可在任何给定时间切换补偿KVAR电平所需的电容量。

这些传统的自动可变电容器KVAR补偿系统通常使用诸如继电器的机电装置或者各种形式和类型的接触器，以在某些形式的电子控制下将所选择的电容器切换到电气系统中或从电气系统切换出来。在更新版本的KVAR补偿系统中，已经看到有使用半导体开关器件，例如交流三极管(TRIACs)和硅控整流器(SCRs)以及机电开关器件。

由于需要通过各种开关装置将分立元件电容器切换到电路中和从电路切换出来，所以这些传统的无功功率KVAR补偿器反应缓慢及断续式调节能力不足以应付电网中急剧变化的无功功率。

发明内容

为克服传统自动可变电容器KVAR补偿系统的上述缺点，本申请提供了一种快速响应有源KVAR补偿器。根据本申请的各种实施例，该快速响应有源KVAR补偿器是基于可变的跨阻抗拓扑。

在一个优选实施例中，该快速响应有源KVAR系统采用如2015年9月29日公布的美国专利No.9,148,058和2014年10月28日申请的PCT国际专利申请No.PCT/CN2014/089721中描述的特定AC可变电压拓扑；这两篇专利申请的全部内容以引用方式并入本文。在另一个优选实施例中，该快速响应有源KVAR系统使用如2014年12月10日申请的美国专利申请No.14/565,444和同日申请的PCT国际专利申请No.PCT/CN2014/093475中记载的特定AC可变电压拓扑；这两篇专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

附图说明

以下参考附图更详细地描述本申请的实施方式，其中：

图1描绘了一般可变跨阻拓扑的逻辑图；

图2描绘了根据本申请一实施例的快速响应有源KVAR补偿器的电路图；以及

图3描绘了根据本申请另一实施例的快速响应有源KVAR补偿器的电路图。

具体实施方式

下面的描述将阐述发电和配电网络及其类似结构中补偿无功功率(KVAR)的方法和系统的优选示例。对于本领域技术人员而言，显而易见的是，在不脱离本申请的范围和精神的情况下，可以作出修改，包括添加和/或替换。虽然为了避免模糊本申请，可以省略具体细节，但是，本申请记载了为允许本领域技术人员在不需要过度实验的情况下实施本文中的教导。