本發(fā)明涉及電氣控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法。

背景技術(shù)：

無功補(bǔ)償是控制電網(wǎng)無功平衡的主要方式，它也是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，主要包括：靜態(tài)無功補(bǔ)償器(svc)和靜止無功發(fā)生器(statcom)。目前，svc一般采用晶閘管控制，包括晶閘管投切電容器(tsc)和晶閘管控制電抗器(tcr)，tsc只能補(bǔ)償離散無功，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無功控制，且響應(yīng)速度慢，tcr能補(bǔ)償連續(xù)無功，但補(bǔ)償精度低、響應(yīng)速度慢、諧波含量高；statcom一般采用絕緣柵雙極晶體管(igbt)控制，其補(bǔ)償效果好、電流諧波含量低，但補(bǔ)償容量不高、控制較復(fù)雜。實(shí)際情況下，電網(wǎng)對(duì)無功功率的需求是時(shí)變的，在不同的時(shí)間維度下，無功補(bǔ)償量具有短時(shí)段實(shí)時(shí)改變和長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)階躍性變化的特點(diǎn)。結(jié)合當(dāng)前無功補(bǔ)償設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀和電網(wǎng)無功需求的實(shí)際特點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間維度下電網(wǎng)無功控制的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法，既具有控制精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又能夠易于擴(kuò)展，提升補(bǔ)償容量，從而提高裝置的綜合補(bǔ)償能力，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路，包括電網(wǎng)、電抗器l、并聯(lián)電容組和可調(diào)電容器；所述電抗器l的一端連接電網(wǎng)，另一端與并聯(lián)電容組和可調(diào)電容器相連；所述并聯(lián)電容組由c1、c2…cn個(gè)交流電容器組成，c1、c2…cn個(gè)交流電容器相互并聯(lián)；所述可調(diào)電容器由t1、t2、t3、t4、二極管d1、d2、d3、d4和一個(gè)直流電容cdc組成，t1、t2、t3、t4的集電極分別與二極管d1、d2、d3、d4的陰極相連，t1、t2、t3、t4的發(fā)射極分別與二極管d1、d2、d3、d4的陽極相連，t1與d1、t2與d2、t3與d3、t4與d4分別組成四組開關(guān)模塊，且t1d1與t2d2、t3d3與t4d4串聯(lián)構(gòu)成兩只橋臂，兩只橋臂的上端共同連接直流電容cdc的正極，下端共同連接直流電容cdc的負(fù)極，橋臂中點(diǎn)分別與并聯(lián)電容組和零線相連。

優(yōu)選的，所述直流電容cdc遠(yuǎn)小于交流電容器cn，cn為cdc的一百倍。

優(yōu)選的，所述無功補(bǔ)償電路可設(shè)置為相同的等效電路結(jié)構(gòu)，等效電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用于三相電路系統(tǒng)中分為三相星形連接結(jié)構(gòu)和三相三角形連接結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供另一種技術(shù)方案為：一種連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路的控制方法，包括以下步驟：

s1：通過對(duì)電網(wǎng)無功的監(jiān)測(cè)與分析，將不同時(shí)段的無功補(bǔ)償量分解為恒定量和波動(dòng)量?jī)刹糠郑?/p>

s2：采用并聯(lián)電容組對(duì)恒定量部分進(jìn)行補(bǔ)償；

s3：采用可調(diào)電容器對(duì)波動(dòng)量部分進(jìn)行補(bǔ)償。

優(yōu)選的，所述步驟s2中，將并聯(lián)電容組與可調(diào)電容器并聯(lián)等效為電容ceq.，即電路相當(dāng)于單相的tsc，并聯(lián)電容組的電容量n與上述無功恒定量有關(guān)，對(duì)具有相同無功波動(dòng)量的不同場(chǎng)合，通過改變n的取值，由于并聯(lián)電容組為常態(tài)不可控，通過控制cx的大小，實(shí)現(xiàn)無功功率的補(bǔ)償控制。

優(yōu)選的，所述步驟s3中，可調(diào)電容器采用四組帶反并聯(lián)二極管的全控型半導(dǎo)體開關(guān)組成典型的單相雙橋臂結(jié)構(gòu)，并與直流電容器c1、c2…cn并聯(lián)，構(gòu)成充電、放電及被旁路三種工作工況，通過h橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制電容轉(zhuǎn)移或傳輸電荷量的效率，根據(jù)線路電流的變化控制直流電容充電或放電的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)能量傳輸效率的波動(dòng)補(bǔ)償。

優(yōu)選的，所述并聯(lián)電容組中電容n的選擇取決于補(bǔ)償位置的無功需求量，其用于補(bǔ)償在長(zhǎng)時(shí)間維度下的階躍式無功變化。

優(yōu)選的，所述可調(diào)電容器的傳輸效率取決于電網(wǎng)無功變化的幅度，其用于補(bǔ)償在短時(shí)間維度下的無功波動(dòng)量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法，選用較小直流電容，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制，具有較高的功率密度和運(yùn)行可靠性。

2.本連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法，采用全控型半導(dǎo)體開關(guān)igbt，裝置的可控性強(qiáng)，有利于提高動(dòng)態(tài)無功控制效果。

3.本連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法，通過并聯(lián)電容組與可調(diào)電容器的組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)了電網(wǎng)無功的分段補(bǔ)償，將tsc和statcom的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，同時(shí)提升了補(bǔ)償容量和動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果。

4.本連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法，裝置可擴(kuò)展性強(qiáng)，易于多組并聯(lián)或在三相系統(tǒng)中按y/δ方式連接，無功補(bǔ)償容量大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路圖；

圖2為本發(fā)明等效電路圖；

圖3為本發(fā)明三相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明原理圖；

圖5為本發(fā)明可調(diào)電容電流路徑圖。

圖中：1電網(wǎng)、2電抗器l、3并聯(lián)電容組、4可調(diào)電容器。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中：一種連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路，包括電網(wǎng)1、電抗器l2、并聯(lián)電容組3和可調(diào)電容器4；電抗器l2的一端連接電網(wǎng)1，另一端與并聯(lián)電容組3和可調(diào)電容器4相連；并聯(lián)電容組3由c1、c2…cn個(gè)交流電容器組成，c1、c2…cn個(gè)交流電容器相互并聯(lián)；可調(diào)電容器4由t1、t2、t3、t4、二極管d1、d2、d3、d4和一個(gè)直流電容cdc組成，t1、t2、t3、t4的集電極分別與二極管d1、d2、d3、d4的陰極相連，t1、t2、t3、t4的發(fā)射極分別與二極管d1、d2、d3、d4的陽極相連，t1與d1、t2與d2、t3與d3、t4與d4分別組成四組開關(guān)模塊，且t1d1與t2d2、t3d3與t4d4串聯(lián)構(gòu)成兩只橋臂，兩只橋臂的上端共同連接直流電容cdc的正極，下端共同連接直流電容cdc的負(fù)極，直流電容cdc遠(yuǎn)小于交流電容器cn，cn為cdc的一百倍，橋臂中點(diǎn)分別與并聯(lián)電容組3和零線相連。

請(qǐng)參閱圖2-3，無功補(bǔ)償電路可等效為圖2所示的電路結(jié)構(gòu)，即電網(wǎng)1、電抗感l(wèi)2、并聯(lián)電容組3和可調(diào)電容器4，在三相系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償方法需三組電路單元，包括星形和三角形連接兩種。

請(qǐng)參閱圖4-5，本發(fā)明另一種實(shí)施例：一種連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路的控制方法，包括以下步驟：

第一步：通過對(duì)電網(wǎng)1無功的監(jiān)測(cè)與分析，將不同時(shí)段的無功補(bǔ)償量分解為恒定量和波動(dòng)量?jī)刹糠郑?/p>

第二步：采用并聯(lián)電容組3對(duì)恒定量部分進(jìn)行補(bǔ)償；如圖4中的qc1+…+qck，將并聯(lián)電容組3與可調(diào)電容器4并聯(lián)等效為電容ceq.，即電路相當(dāng)于單相的tsc，并聯(lián)電容組3的電容量n與上述無功恒定量有關(guān)，對(duì)具有相同無功波動(dòng)量的不同場(chǎng)合，僅需改變n的取值即可，且并聯(lián)電容組3為常態(tài)不可控的，即主要通過控制cx的大小，實(shí)現(xiàn)無功功率的精度控制，并聯(lián)電容組3中電容n的選擇取決于補(bǔ)償位置的無功需求量，其用于補(bǔ)償在長(zhǎng)時(shí)間維度下的階躍式無功變化。

第三步：采用可調(diào)電容器4對(duì)波動(dòng)量部分進(jìn)行補(bǔ)償；采用了四只帶反并聯(lián)二極管的全控型半導(dǎo)體開關(guān)，組成典型的單相雙橋臂結(jié)構(gòu)并與直流電容器并聯(lián)，可工作在充電、放電及被旁路三種工況下，其電流路勁如圖5所示，①和②為電容充電路徑，③和④為電容放電路徑，⑤和⑥為電容被旁路情況，此h橋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電容充放電過程的控制，從而使其表現(xiàn)出電容量可調(diào)的外特性；可調(diào)電容器4的電容量外特性，是通過控制電容轉(zhuǎn)移或傳輸電荷量的效率(即單位時(shí)間內(nèi)充放電電荷量的大小，定義為：能量傳輸效率)而實(shí)現(xiàn)的，即根據(jù)線路電流的變化，控制直流電容充電或放電的時(shí)間，達(dá)到控制其能量傳輸效率的效果，對(duì)于能量傳輸效率的控制，具體采用了復(fù)合型調(diào)制法，及頻率與脈寬同時(shí)協(xié)調(diào)控制的調(diào)制方法；在三相系統(tǒng)中，三組補(bǔ)償單元分別獨(dú)立運(yùn)行，具體補(bǔ)償原理與單相補(bǔ)償相同。

綜上所述：本連續(xù)無功功率補(bǔ)償電路及控制方法，基于對(duì)statcom和svc優(yōu)缺點(diǎn)的深入分析，提出的一種綜合解決方案，使其既具有前者控制精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又能夠像后者一樣易于擴(kuò)展，提升補(bǔ)償容量，從而提高裝置的綜合補(bǔ)償能力。