基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器制造技术

本发明专利技术基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括由若干个模块单元级联组成的多种单相和三相星接、角接或双星接主功率电路，以及若干条与主功率电路相并联的由电感和电容串联构成的支路。其优点在于：所提出的新型静止无功补偿器同时具有SVG动态响应速度快，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻，以及SVC控制简单，价格便宜的优点。该新型静止无功补偿器电路以能量单方向传输的无桥变流电路为基础构成，与级联无桥变流电路并联联接的若干条由电感与电容串联构成的支路，既可以提供超前的基波无功功率，又可以滤除低次谐波，通过控制级联无桥变流电路的输入电流，就可以实现为系统提供连续可调的无功功率，并抑制或消除电网电流谐波。

【技术实现步骤摘要】
基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器
本专利技术涉及电力系统静止无功补偿器的新型构造方法，属于电能质量控制技术中动态无功补偿控制

技术介绍
随着电力电子装置的应用日益广泛，以及电力系统非线性负载的大量接入，供电电能质量问题日显突出，因此近年来，以电力电子变流器为核心的电能质量控制技术引起越来越多的关注。对于电力系统中应用的谐波抑制装置和无功补偿装置的研究已经成为目前电气工程领域最受重视的研究领域之一，这些电能质量控制装置公认作用是，能够提高供电系统和负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。根据连接方式不同，电力系统补偿方式可以分为并联补偿、串联补偿和串并联混合补偿三种，其中并联补偿由于接入和切除方便，在电力系统中得到最为广泛的应用。在并联补偿应用中目前最常用的能够对电力系统中的无功功率进行连续动态补偿的典型装置是静止无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG)两种装置。其中静止无功补偿器(SVC)通常是由晶闸管控制电抗器(TCR)加固定电容器(FC)构成(电容器通常与电感相串联同时做低频谐波滤波器用)，其优点是：可实现连续补偿，可分相调节，运行可靠，控制简单，价格便宜；其主要缺点是本身会产生大量谐波，使用中必须附加滤波装置，另外电抗器体积庞大笨重。与静止无功补偿器(SVC)相比较，静止无功发生器(SVG)由全控型现代电力电子器件构成，采用现代电力电子技术，在实现连续动态无功补偿的同时，还可以对电网的谐波进行有效抑制，具有动态响应速度更快，电压闪变抑制能力更强，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻(不需要庞大笨重的电抗器)等一系列优点，其主要缺点是：价格昂贵，控制复杂。从上述可知，传统常用的能够对电力系统中的无功功率进行连续动态补偿的两种典型并联补偿装置各有其不足之处。本专利技术的目的是提供一种兼有上述两种并联补偿装置优点的新型静止无功补偿器电路。该新型静止无功补偿器电路由能量单方向传输的可控整流器电路构成，对于单相和三相的并联补偿器电路，可以采用一种合适的控制策略，控制可控整流器输入电流以超前于或滞后于输入电源电压的相位运行，通过与电容器的配合，为系统提供连续可调的无功功率，同时对电网的谐波进行抑制。在该新型静止无功补偿器电路中，能量单方向传输的可控整流器与若干条电容与电感相串联的支路并联联接，电容与电感相串联的支路既可以提供超前的基波无功功率，又可以滤除低次谐波，通过控制能量单方向传输的可控整流器输入电流相对于电网电压的相位，就可以达到为系统提供连续可调的无功功率的目的。通过控制能量单方向传输的可控整流器产生与电网电流谐波电流大小相等而极性相反的谐波电流，就可以达到抑制或消除电网电流谐波的目的。对于能量单方向传输的可控整流器，到目前为止，在工业中主要是作为单位功率因数整流器使用，当本专利技术专利令其输入电流以超前于或滞后于输入电源电压的相位运行时，输入电流必然会产生过零点畸变，从而导致电流THD增大，在本专利技术所提出的单相并联补偿器中，在控制输入电流以超前于或滞后于输入电源电压的相位运行时，可以通过对输入电流参考值的合理注入控制以及合理的选择开关模式，使输入电流的过零点畸变得到有效抑制，还可以通过对输入电流分段表达式的分析，得出THD的变化规律，从而得出输入电流超前或滞后输入电源电压的相位的可能变化范围，并最终得出最大无功补偿的范围；而在本专利技术所提出的三相并联补偿器中，通过合理控制能量单方向传输的三相可控整流器的输入三相电源中点与整流器中点之间电压，或通过对输入电流给定值的合理注入控制，可以使电流过零点畸变得到有效抑制或完全消除。本专利技术所提出的新型静止无功补偿器既具有SVG动态响应速度快，谐波含量少，装置功耗低，体积小，重量轻(不需要庞大笨重的电抗器)等一系列优点，也具有SVC控制简单，价格便宜(因只需少量的全控型电力电子开关器件)的优点。
技术实现思路
为达到上述目的，本专利技术提供的第基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感和N个无桥电路，其中N为正整数，无桥电路采用第一组合桥，所述第一组合桥包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容和负载，两个开关器件处于该桥的两个上臂或该桥的两个下臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述主功率电路包括N个级联的所述第一组合桥，其中每一个所述第一组合桥的第二个输入端与下一个所述第一组合桥的第一个输入端依次相连，级联起来的所述第一组合桥构成第三组合桥，第三组合桥剩余的两个自由端，即第一个第一组合桥的第一个输入端与第N个第一组合桥的第二个输入端，经所述输入电感串联接入交流电网；所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。为达到上述目的，本专利技术提供的第二种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感和N个无桥电路，其中N为正整数，无桥电路采用第二组合桥，所述第二组合桥包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容和负载，两个开关器件处于该桥的两个左臂或该桥的两个右臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；所述主功率电路包括N个级联的所述第二组合桥，其中所述第二组合桥的第二个输入端与下一个所述第二组合桥的第一个输入端依次相连，级联起来的所述第二组合桥构成第四组合桥，第四组合桥剩余的两个自由端，即第一个第二组合桥的第一个输入端与第N个第二组合桥的第二个输入端，经所述输入电感串联接入交流电网；所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。为达到上述目的，本专利技术提供的第三种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括三相主功率电路，所述三相主功率电路包括3个输入电感和由若干个第一组合桥分别构成的3个第三组合桥，3个输入电感一端与三相电网连接，另一端分别与3个第三组合桥串联后构成星形连接，其中，所述第一组合桥包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容和负载，两个开关器件处于该桥的两个上臂或该桥的两个下臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容和负载相连；各所述第一组合桥的第二个输入端与下一个所述第一组合桥的第一个输入端依次相连，级联起来的所述第一组合桥剩余两个自由端，即第一个第一组合桥的第一个输入端与第N个第一组合桥的第二个输入端，N个级联起来的所述第一组合桥构成第三组合桥；所述三相主功率电路还包括K个三相LC滤波器，其中K为正整数，每个所述三相LC滤波器由三条电感(Lfk)电容(Cfk)串联支路构成，每个所述三相LC滤波器的三条电感(Lfk)电容(Cfk)串联支路以星接方式与三相交流电网连接。本专利技术第三种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，其中所述3个输入电感(L101－L103)一端与三相电网连接，另一端分别与3个第三组合桥串联后替换构成角形连接。本专利技术第三种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.第一种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(L)和N个无桥电路，其中N为正整数，无桥电路采用第一组合桥(A)，所述第一组合桥(A)包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容(C0)和负载(R0)，两个开关器件处于该桥的两个上臂或该桥的两个下臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容(C0)和负载(R0)相连；所述主功率电路包括N个级联的所述第一组合桥(A)，其中每一个所述第一组合桥(A)的第二个输入端(b)与下一个所述第一组合桥(A)的第一个输入端(a)依次相连，级联起来的所述第一组合桥(A)构成第三组合桥(C)，第三组合桥(C)剩余的两个自由端，即第一个第一组合桥(A)的第一个输入端(a)与第N个第一组合桥(A)的第二个输入端(b)，经所述输入电感(L)串联接入交流电网，其特征在于：所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。

【技术特征摘要】
1.第一种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(L)和N个无桥电路，其中N为正整数，无桥电路采用第一组合桥(A)，所述第一组合桥(A)包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容(C0)和负载(R0)，两个开关器件处于该桥的两个上臂或该桥的两个下臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容(C0)和负载(R0)相连；所述主功率电路包括N个级联的所述第一组合桥(A)，其中每一个所述第一组合桥(A)的第二个输入端(b)与下一个所述第一组合桥(A)的第一个输入端(a)依次相连，级联起来的所述第一组合桥(A)构成第三组合桥(C)，第三组合桥(C)剩余的两个自由端，即第一个第一组合桥(A)的第一个输入端(a)与第N个第一组合桥(A)的第二个输入端(b)，经所述输入电感(L)串联接入交流电网，其特征在于：所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。2.第二种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括主功率电路，所述主功率电路包括输入电感(L)和N个无桥电路，其中N为正整数，无桥电路采用第二组合桥(B)，所述第二组合桥(B)包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容(C1)和负载(R1)，两个开关器件处于该桥的两个左臂或该桥的两个右臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容(C1)和负载(R1)相连；所述主功率电路包括N个级联的所述第二组合桥(B)，其中所述第二组合桥(B)的第二个输入端(b)与下一个所述第二组合桥(B)的第一个输入端(a)依次相连，级联起来的所述第二组合桥(B)构成第四组合桥(D)，第四组合桥(D)剩余的两个自由端，即第一个第二组合桥(B)的第一个输入端(a)与第N个第二组合桥(B)的第二个输入端(b)，经所述输入电感(L)串联接入交流电网，其特征在于：所述主功率电路还包括由电感(Lfk)电容(Cfk)串联构成的K个滤波器支路，其中K为正整数，K个滤波器支路并联接入交流电网。3.第三种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括三相主功率电路，所述三相主功率电路包括3个输入电感(L101－L103)和由若干个第一组合桥(A)分别构成的3个第三组合桥(C)，3个输入电感(L101－L103)一端与三相电网连接，另一端分别与3个第三组合桥(C)串联后构成星形连接，其中，所述第一组合桥(A)包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容(C0)和负载(R0)，两个开关器件处于该桥的两个上臂或该桥的两个下臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容(C0)和负载(R0)相连；各所述第一组合桥(A)的第二个输入端(b)与下一个所述第一组合桥(A)的第一个输入端(a)依次相连，级联起来的所述第一组合桥(A)剩余两个自由端，即第一个第一组合桥(A)的第一个输入端(a)与第N个第一组合桥(A)的第二个输入端(b)，N个级联起来的所述第一组合桥(A)构成第三组合桥(C)；其特征在于：所述三相主功率电路还包括K个三相LC滤波器，其中K为正整数，每个所述三相LC滤波器由三条电感(Lfk)电容(Cfk)串联支路构成，每个所述三相LC滤波器的三条电感(Lfk)电容(Cfk)串联支路以星接方式与三相交流电网连接。4.根据权利要求3所述的基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，其特征在于：其中所述3个输入电感(L101－L103)一端与三相电网连接，另一端分别与3个第三组合桥(C)串联后替换构成角形连接。5.根据权利要求3所述的基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，其特征在于：其中所述三相主功率电路替换包括3个输入电感(L101－L103)、6个桥臂电感(L104－L109)、6个第三组合桥(C)和直流电容(C10)，所述6个桥臂电感(L104－L109)、6个第三组合桥(C)和直流电容(C10)构成双星形连接，同一相两个桥臂电感的公共点共三个，三个公共点分别与3个输入电感(L101－L103)的一端相连，3个输入电感(L101－L103)的另一端连接到三相电网。6.第四种基于级联无桥变流电路的新型静止无功补偿器，包括三相主功率电路，所述三相主功率电路包括3个输入电感(L101－L103)和由若干个第二组合桥(B)分别构成的3个第四组合桥(D)，3个输入电感(L101－L103)一端与三相电网连接，另一端分别与3个第四组合桥(D)串联后构成星形连接，其中，所述第二组合桥(B)包括由两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路、输出直流电容(C1)和负载(R1)，两个开关器件处于该桥的两个左臂或该桥的两个右臂，两个普通二极管和两个开关器件组成的桥路的直流输出端与相互并联的输出直流电容(C1)和负载(R1)相连；各所述第二组合桥(B)的第二个输入端(b)与下一个所述第二组合桥(B)的第一个输入端(a)依次相连，级联起来的所述第二组合桥(B)剩余两个自由端，即第一个第二组合桥(B)的第一个输入端(a)与第N个第二组合桥(B)的第二个输入端(b)，N个级联起来的所述第二组合桥(B)构成第四组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，程红，陈婷，庄园，王喜华，张国澎，卢其威，邹甲，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11