高压电网大容量无功补偿连续调节方法技术

本发明专利技术涉及一种高压电网大容量无功补偿连续调节方法，将系统要求提供的总无功Ｑ由ｎ条无功补偿支路提供，其中一条补偿支路将固定电容器与可变电压源相连，以提供０－Ｑ／ｎ的连续调节无功功率，而其他ｎ－１条补偿支路均将固定电容器与电源相连以提供固定的无功功率Ｑ／ｎ，通过对第一条补偿支路连续调节及其他补偿支路的切投，实现系统无功从０到Ｑ的连续调节，而可变电压源的容量Ｑｖ仅为Ｑ的１／（４ｎ）。此外采用特殊的拓扑结构与控制方法，实现ｎ条无功补偿支路所有电容的零电流切投，避免了电容切投时对电网的冲击，还可大幅度延长电容器与切投开关的工作寿命。本发明专利技术可充分利用现有设备并以较低成本实现对高压电网无功连续调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，可用于6KV及以上电网无功功率补偿，属于电力系统

技术介绍
目前国内外6KV及以上电网无功功率补偿主要方法为1)通过电容切投为电力系统提供容性无功，以提高供电系统的功率因数。2)通过调节可控硅导通角，以改变通过电感电流大小，调节感性无功大小，以维持电网电压稳定。但这种传统方法存在以下突出问题1)高压电网大容量无功补偿装置电容切投是分级进行，由于高压系统切投开关成本很高，级数不能太多，其级差均在1000kVar以上，故切投一级，供电系统无功便要增减1000kVar以上，使电力系统仍经常处于过补偿或欠补偿状态。多家企业由于无功不能连续调节，因无功超标罚款经济损失很大。2)电容投入时冲击电流很大，不仅造成对电网的冲击，也使电容及切投开关的寿命受到很大的影响。3)在无功变动频繁的场所，切投开关的使用寿命远远不能满足实际的需要。以某电气化铁路为例，每当机车经过某区段时，即须进行无功补偿，使电容切投次数高达600次/天以上，而切投时又有很大的电流通过开关，使开关的寿命成为长期不能解决的难题。4)采用固态开关虽能解决电流的冲击，但在高压系统其成本高，自身的功耗大，对其导通角的调节虽能对无功进行连续调节却给电力系统带来严重的谐波污染。为了对高压电网的无功功率进行连续调节，同时解决现有方法存在的问题，目前国内外重要的研究方向是ASVG(先进静止无功发生器)方案，这种采用全电力电子器件构成的方案虽有许多优点，但用PWM(脉宽调制)技术对开关器件进行控制，为消除谐波影响，需要采用多重化或多电平方案，控制复杂，成本高昂，也难以利用现有设备进行升级改造，目前难于在我国电力系统推广应用。中国专利技术专利“电网无功连续补偿方法及补偿装置”(专利号为ZL00125031.0)为了实现无功连续调节，把固定容量电容器C与一可变电压源UV串联后接入电网的相线——相线或相线——中线之间，通过改变电压源UV的大小，连续改变补偿电流的大小，以实现无功功率的最佳补偿。电容C的数值可按照每支路需要产生的最大补偿电流(ic)max选取C＝(ic)max/Uω。其中U为接入支路的电网线电压或相电压的有效值，ω为电网的角频率。可变电压源是与电网电压同相位、同频率的正弦波电压，其电压有效值变化范围是0-U。这时实际产生的补偿电流ic＝(U-Uv)/(1/ωc)＝(ic)max(1-Uv/U)。因此，当Uv从0-U连续变化时，补偿电流ic也从(ic)max-0间连续变化，实现了对电网无功功率的连续补偿。用Q表示无功补偿装置的容量，理论可证明，可变电压源的容量Qv是Q的四分之一Qv＝1/4Q在高压电网，系统要求提供的无功补偿装置的容量很大，一般都在Mvar级，例如Q＝6Mvar，则可变电压源的容量Qv＝1500KVA，相应的需要投入的装置成本很高。因此，如何寻找一种更为经济的、简单而切实可行的新技术，以解决在高压无功补偿领域现存的问题，其意义十分巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种，在专利技术专利“电网无功连续补偿方法及补偿装置”的基础上，充分利用现有设备并以最低成本实现无功连续调节。为了实现这一的目的，本专利技术的技术方案中，将系统要求提供的总无功Q由n条无功补偿支路提供，其中一条补偿支路将固定电容器C与可变电压源Uv相连，以提供0-Q/n的连续调节无功功率，而其他n-1条补偿支路均将固定电容器C与电源相连，以提供固定的无功功率Q/n，通过对第一条补偿支路连续调节及其他补偿支路的切投，实现系统无功从0到Q的连续调节。为了实现n条无功补偿支路所有电容的零电流切投，本专利技术采用了特殊的拓扑结构与控制方法，即在接入电网前首先让可变电压源电压Uv＝U，然后合第一条补偿支路电容的开关，使该支路电容在零电流条件下投入。投入后使可变电压源电压Uv逐步减小，则该支路提供的无功逐步增加。当可变电压源电压Uv＝0时，该支路提供的无功达最大值Q/n；随后可通过另一切换开关将电容从与可变电压源相连转换到与电网的另一相或公共端相连。可变电压源与第一条补偿支路电容断开后，再次让Uv＝U并与下一支路的电容相连，使下一支路的电容也在零电流条件下投入。以上工作模式可推广到多级。在需要减少系统无功时，可首先增大可变电压源电压值UV，直至Uv＝U，使与可变电压源相连的补偿支路电流逐步减小为零，在零电流条件下切断该补偿支路电容与可变电压源的连接。在可变电压源与该条补偿支路电容断开后，如需要进一步减少系统无功，先让Uv＝0并与上级的转换开关相并联后，断开转换开关使上级补偿支路电容在零电压条件下转换到与可变电压源相连，再增大可变电压源电压值Uv，直至Uv＝U，该条补偿支路提供的无功将逐步减少，实现电容在零电流条件下与可变电压源分断。同样以上工作模式可推广到多级。本专利技术较现有高压无功功率补偿装置相比具有以下突出优点1、能充分利用高压电网无功功率补偿装置的已有设备并以较低的成本实现对高压电网无功功率的连续调节，使电网功率因数接近1，从而达到最大限度发挥供电设备的供电能力与减小线路损耗的目的。2、能实现补偿电容零电流状态投入，完全避免了现有装置在电容切投时对电网的冲击，也避免了在电容投入瞬间可能出现的冲击电流对电容自身的损害，可大幅度延长电容器的工作寿命。3、能实现开关的零电流或零电压切投，使开关使用寿命从电寿命上升到机械寿命，可大幅度延长开关的工作寿命，尤其适用在无功变动频繁的场所使用。4、避免通过调节可控硅导通角对无功进行连续调节给电力系统带来严重的谐波污染。附图说明图1为本专利技术无功补偿连续调节方法原理图。图2为本专利技术实现n(n＝3)条无功补偿支路构成的高压电网大容量无功补偿装置无功连续调节及所有补偿电容的零电流切投实施方案图。具体实施例方式为更好地理解本专利技术的技术方案，以下结合附图及实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。本专利技术实现无功补偿连续调节的原理如图1所示，高压电网大容量无功补偿连续调节电路由n条无功补偿支路组成，其中一条补偿支路将固定电容器C与可变电压源Uv相连以提供0-Q/n的连续调节无功功率，而其他n-1条补偿支路均将固定电容器C与电源U相连以提供固定的无功功率Q/n，通过对第一条补偿支路连续调节与其他补偿支路的切投以实现系统无功从0到Q的连续调节。而可变电压源的容量Qv仅为Q的1/(4n)。例如，Q＝6Mvar，n＝3，则可变电压源的容量Qv从前述现有技术的1500KVA降为500KVA。图2为实现n(n＝3)条无功补偿支路构成的高压电网大容量无功补偿装置无功连续调节及所有补偿电容的零电流切投实施方案图。图2中，C1、C2、C3为每条无功补偿支路补偿电容器；SW1、SW2、SW3、SW4、SW5为切投开关。补偿电容器C1、C2、C3的一端与电源U相连，而另一端可分别通过SW1、SW2、SW3与可变电压源Uv相连；此外电容器C1、C2还可分别通过SW4、SW5与电源公共端相连。当系统接入电网后首先让可调节电压源Uv＝U，然后合切投开关SW1，使补偿电容C1在零电流条件下接入电网(ZCSON)，随后可根据所需补偿的无功，使Uv逐步减少，提供的容性无功逐步增加，使功率因数达到最佳值。当Uv＝0时使SW4在零电压条件下接通(ZVSON)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电网大容量无功补偿连续调节方法，其特征在于将系统要求提供的总无功Ｑ由ｎ条无功补偿支路提供，其中一条补偿支路将固定电容器Ｃ与可变电压源Ｕ↓［Ｖ］相连，以提供０－Ｑ／ｎ的连续调节无功功率，而其他ｎ－１条补偿支路均将固定电容器Ｃ与电源Ｕ相连，以提供固定的无功功率Ｑ／ｎ，通过对第一条补偿支路连续调节及其他补偿支路的切投，实现系统无功从０到Ｑ的连续调节。

【技术特征摘要】
1.一种高压电网大容量无功补偿连续调节方法，其特征在于将系统要求提供的总无功Q由n条无功补偿支路提供，其中一条补偿支路将固定电容器C与可变电压源Uv相连，以提供0-Q/n的连续调节无功功率，而其他n-1条补偿支路均将固定电容器C与电源U相连，以提供固定的无功功率Q/n，通过对第一条补偿支路连续调节及其他补偿支路的切投，实现系统无功从0到Q的连续调节。2.根据权利要求1的高压电网大容量无功补偿连续调节方法，其特征在于所述n条无功补偿支路所有电容采取零电流切投，即在接入电网前首先让可变电压源电压Uv＝U，然后合第一条补偿支路电容的开关，使该支路电容在零电流条...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶芃生，郑益慧，凌志斌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]