本发明专利技术为一种虚功补偿装置，该虚功补偿装置利用串联一小容量电能转换器于交流电力电容器上，可避免交流电力电容器的谐振问题，或可在一特定范围内线性调整虚功补偿量。本发明专利技术虚功补偿装置的特点在于该电能转换器可采用较少的电力电子开关元件（至少一臂的桥式架构），电源系统其中的一电力馈线可未经电力电子开关元件控制而直接连接到该电能转换器的直流侧的正端或负端，因此可使用较少数目的电力电子开关元件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种虚功补偿装置，其特别有关于输配电系统中利用一交流电力电容器及一电能转换器串联连接后并接于输配电系统以补偿虚功的装置。
技术介绍
习用的输配电系统其负载大部分为电感性，因而易造成系统的落后功因，为了补偿落后功因，输配电系统需要较大的电流方能传送相同的实功率，因而降低该输配电系统的传输效率，且增大负载端的电压调整率。电力公司及用户为了克服前述问题，一般在输配电系统上加入交流电力电容器并联于系统以便提供超前虚功，而提高整体系统出功因。根据研究，输配电系统中使用交流电力电容器的容量约为电力系统总容量的25％到35％，有些系统甚至高达50％。然而交流电力电容器并联到系统上，其补偿虚功量固定不变，无法随负载变动，这将造成轻载时过补偿而产生高电压，此高电压可能破坏其它用电设备。另外，近年来由于非线性负载使用的增加，造成谐波严重污染，而电力系统中最易受谐波污染破坏的装置为交流电力电容器，交流电力电容器可能与系统阻抗产生串/并联谐振，容易引起邻近非线性负载的谐波注入而造成交流电力电容器过载破坏，而影响电力品质，降低供电的可靠度。为了解决交流电力电容器可能产生的谐振问题，第一解决方法为提高交流电力电容器耐压等级，如此可避免交流电力电容器因谐振过电压而破坏，然而它并未解决谐振问题，因此可能造成邻近电力设备的破坏。另一解决方法为利用保护装置在交流电力电容器电压或过电流时将交流电力电容器切离电源系统，然而此法将使得虚功补偿功能丧失。由于定值的交流电力电容组所提供的虚功量为固定，无法随负载变动而调整，常常在轻载时造成功因超前而产生过高的电压。为了使交流电力电容器组提供的虚功量能随负载变动，以避免在轻载时过补偿，产生高电压，美国专利US5,969,509及US6,462,519B1提出闸流体控制交流电力电容器，利用闸流体来控制切入配电系统的电容量；然而，其补偿的虚功量为步阶，无法线性调整。而美国专利US5,672,956提出固定交流电力电容器闸控电抗器，利用闸流体串联连接一电抗器再并联接到交流电力电容器组，借由控制闸流体触发角可线性调整补偿虚功量，然而，它会产生谐波问题。上述两种方法均仍使用交流电力电容器，并接于配电系统上，所以这些方法仍无法有效解决谐振及邻近谐波电流注入问题。为了解决交流电力电容器应用在虚功补偿上的问题，美国专利US5187427及US5329221利用单一电能转换器来产生补偿虚功量，如图1所示，其利用一组桥式电力电子开关元件组经滤波电感连接到电源系统，其直流侧是接到一直流电容器，借由桥式电力电子开关元件组的控制该电能转换器可提供超前或落后的虚功量，其提供的虚功量可线性调整，且该电能转换器不会与电源系统产生串/并联谐振，亦不会引起邻近非线性负载谐波注入。然而由于该专利只利用电能转换器来提供全部的补偿虚功量，该电能转换器的容量必须包含负载所需的全部虚功量，因此该电能转换器需要非常大的容量，使其价格昂贵且技术困难度较高，因而限制其实用性。技术上虽然有美国专利US5642275提出多准位叠接转换器技术来解决，然而其价格仍然昂贵。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一虚功补偿装置，其可利用一较小容量的电力能转换器串联于交流电力电容器以避免虚功补偿装置的谐振及邻近谐波电流注入问题。本专利技术的另一次要目的是提供一虚功补偿装置，其可利用一较小容量的电力转换器串联于交流电力电容器，以提供一可在一设定范围内随负载变化而变化的补偿虚功量。本专利技术主要目的是提供一虚功补偿装置，其利用一交流电力电容器与一电能转换器串联组成，可提供一趋于超前电源电压90度的弦波电流，该电能转换器是由一桥式电力电子开关元件组，一直流电容器，一高频涟波滤波器组及一控制器组成，而该电能转换器可采用较少的电力电子开关元件(少一臂的桥式架构)。该桥式架构电力电子开关元件组应用在单相配电系统时只需两个电力电子开关元件(一臂)；该桥式架构电力电子开关元件组应用在三相三线式配电系统时只需四个电力电子开关元件(两臂)；该桥式架构电力电子开关元件组应用在三相四线式配电系统时只需使用6个电力电子开关元件(三臂)，其架构均较传统电能转换器架构少两个电力电子开关元件，因此该电能转换器的架构可减少电力电子开关元件使用数量。本专利技术乃提出一种虚功补偿装置，它可利用一新架构的电能转换器与交流电力电容器串联，它可避免交流电力电容器产生的谐振及谐波注入等问题，该虚功补偿装置使用的电能转换器具有低容量，较少电力电子开关元件等优点，因此成本远低于专利US5187427、US5329221及US5642275等利用单一电能转换器组成的虚功补偿装置。附图说明图1是习用利用单一电能转换器来产生虚功量的线路图；图2是本专利技术虚功补偿装置的第一较佳实施例图；图3是本专利技术第一较佳实施例控制器方块图(一)；图4是本专利技术第一较佳实施例控制器方块图(二)；图5是本专利技术虚功补偿装置的第二较佳实施例图；图6是本专利技术虚功补偿装置的第三较佳实施例图。符号说明1～电源2～虚功补偿装置20～电力电容器21～电能转换器210～直流电容器211～电力电子开关元件212～高频涟波滤波器213～控制器3～负载300～带通滤波器301～相移放大电路302～减法器303～第一控制器304～乘法器305～加法器306～减法器307～第二控制器308～脉宽调变电路309～驱动电路 400～第一带通滤波器401～第二带通滤波器402～虚功计算电路403～相移电路404～乘法器405～减法器406～第一控制器407～乘法器408～加法器409～减法器410～第二控制器411～脉宽调变电路412～驱动电路5～虚功补偿装置50～电力电容器51～电能转换器510～直流电容器511～电力电子开关元件组512～高频涟波滤波器513～控制器6～虚功补偿装置60～电力电容器61～电能转换器610～直流电容器611～电力电子开关元件组612～高频涟波滤波器 613～控制器具体实施方式为了让本专利技术的上述和其它目的特征及优点能更明确被了解，下文将特举本专利技术的较佳实施例，并配合所附图示，做详细说明如下图2所示为本专利技术虚功补偿装置的第一较佳实施例，该第一较佳实施例为本专利技术虚功补偿装置应用于三相三线式配电系统。该电源1供应三相电力供给负载。请再参考图2所示本专利技术虚功补偿装置的第一较佳实施例，该虚功补偿装置包含一交流电力电容器20及一电能转换器21串联连接，由于该第一较佳实施例应用于三相三线式配电系统，因此该交流电力电容器20包含三组交流电力电容器，该交流电力电容器20用以提供一基本虚功量，并抵挡大部分电源1电压的基本波成份，以降低该电能转换器21的容量，且可用以阻隔该电能转换器21产生的直流电压；该电能转换器21用以避免交流电力电容器20产生的谐振及谐波注入等问题，或用以使虚功补偿装置2能提供一可在一设定范围内随负载变化而变化的补偿虚功量。该电能转换器21包含一直流电容器210，一桥式电力电子开关元件组211，一高频涟波滤波器212，及一控制器213。该直流电容器210作为一能量缓冲器，并提供一直流电压使该电能转换器21能正常操作；该桥式电力电子开关元件组211由一双臂桥式架构的电力电子开关元件组成，双臂桥式架构中每一臂包含两个电力电子开关本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种虚功补偿装置，其与一电源系统并联连接，其特征在于所述虚功补偿装置包含：一交流电力电容器组，其用以产生一基本的虚功，并可阻挡大部分电源基本波电压；一电能转换器，其串联连接于该交流电力电容器组，用以确保该虚功补偿装置产生一近 似弦波的虚功补偿电流，该电能转换器包含：一电力电子开关元件组，其为桥式架构，该桥式架构视应用的电源系统由一到三臂的电力电子开关元件组成；一直流电容器，做为能量缓冲器，并用以提供一稳定直流电压，供应该桥式架构电力电子开关元件组 的直流电压；该电源系统其中的一电力馈线可不经该电力电子开关元件组而直接连接到直流电容器的一端，因此可节省桥式架构的电力电子开关元件组中一臂的电力电子开关；该虚功补偿装置并借由电能转换器串联交流电力电容器组，以保护该交流电力电容器组免 于谐振及避免邻近谐波电流注入导致破坏，且该电能转换器的容量因串联该交流电力电容器而可以降低。
【技术特征摘要】
1.一种虚功补偿装置，其与一电源系统并联连接，其特征在于所述虚功补偿装置包含一交流电力电容器组，其用以产生一基本的虚功，并可阻挡大部分电源基本波电压；一电能转换器，其串联连接于该交流电力电容器组，用以确保该虚功补偿装置产生一近似弦波的虚功补偿电流，该电能转换器包含一电力电子开关元件组，其为桥式架构，该桥式架构视应用的电源系统由一到三臂的电力电子开关元件组成；一直流电容器，做为能量缓冲器，并用以提供一稳定直流电压，供应该桥式架构电力电子开关元件组的直流电压；该电源系统其中的一电力馈线可不经该电力电子开关元件组而直接连接到直流电容器的一端，因此可节省桥式架构的电力电子开关元件组中一臂的电力电子开关；该虚功补偿装置并借由电能转换器串联交流电力电容器组，以保护该交流电力电容器组免于谐振及避免邻近谐波电流注入导致破坏，且该电能转换器的容量因串联该交流电力电容器而可以降低。2.根据权利要求1所述的虚功补偿装置，其特征在于该电能转换器所产生的虚功电流的振幅可于固定振幅可与一设定范围内可线性调整中选择其中一种。3.根据权利要求1所述的虚功补偿装置，其特征在于该桥式架构电力电子开关元件组由于该串联交流电力电容器组可阻挡直流成份，所以可用少一个臂的桥式电能转换器架构。4.根据权利要求1所述的虚功补偿装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴晋昌，周宏亮，徐文彬，张耀仁，
申请(专利权)人：盈正豫顺电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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