一种应用于电网的混合型动态无功补偿系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种用于电网无功优化和改善供电电压质量的混合型动态无功补偿系统。系统采用主从分布式控制系统对动态无功补偿装置（Ｓｔａｔｃｏｍ）及静态可调无功补偿装置（调压调容型无功补偿装置ＤＷＺＴ或固定投切电容器组ＴＢＢ）进行集中控制，电网处在稳态运行状态时静态可调无功补偿装置运行，当冲击性负荷启动或电网出现故障时动态无功补偿装置可瞬间启动，稳定电网电压，当冲击性负荷平稳运行期或电网故障排除后动态无功补偿装置可自动退出系统，使该系统同时具有动态无功补偿的高速性和静态无功补偿的低损耗的特点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于电网无功优化和改善供电电压质量的混合型动态无功 补偿系统，本技术尤其涉及一种适用于风电场的动态无功补偿和静态可调无功补偿相 结合的混合型动态无功补偿系统。
技术介绍
随着世界各国对洁净能源发展利用的不断重视，风力发电技术的应用和推广都得 到了很大的提升，但是以自然风为原动力的风力发电机组在提供清洁能源的同时，会因为 自然风的随机性和不可控性成为不稳定的间歇性能源。尤其是大型风电场接入电网后会对 电力系统的安全稳定运行造成不可忽视的影响。这种情况下，风电功率的注入不仅不能改 变系统的负荷特性，反而会使其恶化，使峰谷差增大，增加了电网调度的难度。除风电场之 外，半导体芯片加工业、电力系统变电站以及各种大型负荷设备的生产运营中，各种电感性 设备、变压器、超出规定范围的供电电压也会对功率因素造成很大的影响。因此，为保证电力系统的安全运行和经济效益，通常需在部分母线上投入无功补 偿。目前电力系统中的无功补偿形式主要有动态无功补偿和静态无功补偿两种，其中动态 无功补偿反应速度快，精度高，但设备相对昂贵，损耗较高，通常在2%左右。静态无功补偿 损耗较低，价格也相对较低，但反应速度慢，精度较低。两种方式互有优劣性。
技术实现思路
本技术的目的在于融合上述两种方式的优点，提供一种反应速度快，精度高， 损耗低的新型无功补偿系统。1、本技术的解决方案是一种应用于电网的混合型动态无功补偿系统，该系 统由动态无功补偿装置、静态可调无功补偿装置、包括主控制器、动态补偿从控制器、静态 补偿从控制器在内的主从分布式控制系统组成，其中动态无功补偿系统和静态可调无功补 偿系统分别和主从分布式控制系统连接，并连于电网中。采用一套控制系统同时控制动态无功补偿装置和静态无功补偿装置，其中从控制 器将自身的状态值提交给主控制器，主控制器根据所采集的电网与控制装置数据融合了从 控制器提交的状态值进行输出功率的分配计算，将结果下送从控制器控制各自的装置动作。该系统中的静态可调无功补偿装置，可选用调压调容型无功补偿装置DWZT，也可 选用固定投切电容器组TBB。该系统的组成见附图1，其结构特点是动态无功补偿装置及静态可调无功补偿装 置(其中固定投切电容器组TBB见附图2)均由一套系统综合控制，系统能够根据电压量、 电流量和状态对变电站高压侧220kV侧功率因数及电压进行调整，从而达到整个电网的无 功优化、改善供电电压质量的目的。控制系统主要有主控制器、动态补偿从控制器、静态补 偿从控制器在内的控制系统组成。3动态无功补偿装置Statcom可归类于柔性输电(FACTS)装置，可精确的注入容性 或感性的无功到需要的补偿点来实现瞬时补偿电压偏差。无功功率由专有的四象限的、可 在1个周波内完全输出容性或感性无功的IGBT逆变器产生。静态可调无功补偿装置是在投切电容基础上，通过调压器调节电容器上端电压来 实现无功调节，解决了分组投切所带来的涌流及过电压问题，实现25% 100%间九级调 节精度。在稳态状态下可向系统注入稳定、高容量的无功功率，同时具有低损耗功能。本技术与现有技术相比具有如下优点1、响应速度快。传统补偿装置的响应速度均在一个周波以上，如投切电容的响应 速度受投切开关的动作影响为秒级；速度较快的SVC，采用晶闸管投切电容器(TSC)或晶 闸管控制电抗器(TCR)，可在一个周波内发生动作，但从额定感性功率转换到额定容性功率 (或相反)，必然需要4 5个周波才能完成；而晶闸管磁控电抗器(MCR)则需要15-25个 周波才能完成从额定感性功率转换到额定容性功率(或相反)。只有在本系统中集成的 TATC0M才能在一个周波内完成从额定感性功率到额定容性功率(或相反)的转换，完全满 足补偿冲击性负荷的需要及对故障电网电压的支撑，相对传统补偿装置能够更好的控制电 压波动，更好的解决瞬时发生的故障问题，同时抑制电压三相不平衡问题。2、谐波含量低。本系统采用了优化的高频脉宽调制(PWM)技术，一个周波内开关 近百次，自身产生的谐波含量很低，且大部分均为高次谐波，完全符合IEEE-519标准。而其 它如SVC等同类产品一个周波内通常开关1次，产生含量很高的低次谐波，必须匹配合适的 滤波装置，在电网阻抗特性发生变化时造成谐振故障的风险很高，这是SVC等装置无法避 免的缺陷。3、运行范围宽，短时强过载能力。本系统通过调节无功电流来实现无功功率补偿， 无功电流输出不依赖于电压，在满负荷状态下可以表现为恒流源特性，可以在额定的最大 容性和感性范围内，独立控制其输出电流，而与交流系统的电压值无关。因此可以在任何电 压下提供全额的容性无功功率(最低可以在系统电压到0. 15pu时)这一特性在系统电压 发生崩溃时作用突出。而SVC等同类装置是通过调节等值阻抗来实现无功功率补偿，其输 出电流和电压成线性关系，输出容量与电压成平方关系，电网电压降低会导致SVC实际无 功功率降低，在系统发生塌陷时输出能力以电压平方的关系急剧减低，无法在系统电压崩 溃时有效支撑电压，因此为实现控制目标，SVC通常需要比本系统多出一倍的容量。4、节能效果明显。本系统中集成的DWZT不采用投切方式，电容器投切中无投切引 起的充放电问题，调节可随系统无功变化随时进行，不需要延时，本系统能将变站功率因数 提高至0. 95-0. 98之间，减少发热损耗，降低线损。附图说明图1为系统组成图图2为固定投切电容器组TBB原理图图3为动态无功补偿装置原理图图4为静态可调无功补偿装置一次原理图图5为动态装置动作特性具体实施方式本技术是一种动态无功补偿与静态可调无功补偿相结合的系统。可应用于 电力系统220kV及以下电压等级的各级降压变电站中，根据电压量和状态对变电站高压侧 220kV侧电压进行调整，达到整个电网的无功优化的目的，满足电网无功功率的供需平衡， 改善供电电压质量。系统的主要组成有两部分由动态无功补偿装置和静态可调无功补偿 装置构成的数据采集及执行单元，以及由主从分布式控制系统构成的管理及计算单元。该 系统的具体结构及实施方式如下1、动态无功补偿装置动态无功补偿装置是由智能化，高功率密度，直流母线叠排，完全集成设计的四象 限功率转换器模块构成。每个模块包含的固态功率逆变器数目是灵活配置的，这些逆变器 采用IGBT半导体开关器件转换能量，如DC-AC，AC-DC或DC-DC。每个模块由一组开关器 件连接到直流总线，共用电容器，合适的传感器，驱动和隔离电路以及基于DSP的控制板组 成。动态无功补偿装置是由大功率可控开关器件IGBT构成的电压源逆变器，见附图 3。其自身输出电压较低(lkv以下)，需要通过适当变比的升压变连接到所补偿的母线 上。如图所示，动态无功补偿装置相当于电压可控的电压源，输出电压&，X相当于升压变压器等效阻抗，&是电网母线电压。A> =《-&施加在等效电抗X上，流过电抗的电流7=(FdFs) , 与 相位基本一致，所以通过调节 的大小就可以改变.的大小与方向，当 jX VD VsVDIvD > vs时，电流)领先^ 90°，此时动态无功补偿装置相当于线性可调电容，向电网注入容 性无功，反之，当vD < 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于电网的混合型动态无功补偿系统，其特征在于：该系统由动态无功补偿装置、静态可调无功补偿装置、包括主控制器、动态补偿从控制器、静态补偿从控制器在内的主从分布式控制系统组成，其中动态无功补偿系统和静态可调无功补偿系统分别和主从分布式控制系统连接，并联于电网中。

【技术特征摘要】
一种应用于电网的混合型动态无功补偿系统，其特征在于该系统由动态无功补偿装置、静态可调无功补偿装置、包括主控制器、动态补偿从控制器、静态补偿从控制器在内的主从分布式控制系统组成，其中动态无功补偿系统和静态可调无功补偿系统分别和主从分布式控制系统连接，并联于电网中。2.如权利要求1所述的无功补偿系统，其特征在于一套控制系统同时控制动态无功 补偿装置和静态无功补偿装...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元彬，
申请(专利权)人：北京思能达节能电气股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]