一种混合分段连续无功补偿装置论文和设计-李应文

全文摘要

本实用新型公开了提供一种混合分段连续无功补偿装置，包括并联在380V交流母线和地线之间的半桥无功补偿单元和多组TSC单元；其中，半桥无功补偿单元包括全控型半导体开关T1、全控型半导体开关T2、二极管D1、二极管D2、电容器C1和电感L1，全控型半导体开关T1与所述全控型半导体开关T2串联后与所述电容器C1并联，最后与电感L1串联，二极管D1与二极管D2反向设置且分别于全控型半导体开关T1和全控型半导体开关T2并联。本实用新型不仅能快速的实现电网的连续无功调节，实现大容量的无功补偿，而且提高补偿的精度从而动态的满足电网的无功需求。

主设计要求

1.一种混合分段连续无功补偿装置，其特征在于：包括并联在380V交流母线和地线之间的半桥无功补偿单元和多组TSC单元；所述半桥无功补偿单元包括全控型半导体开关T1、全控型半导体开关T2、二极管D1、二极管D2、电容器C1和电感L1，全控型半导体开关T1与所述全控型半导体开关T2串联后与所述电容器C1并联，最后与电感L1串联，二极管D1与二极管D2反向设置且分别于全控型半导体开关T1和全控型半导体开关T2并联。

设计方案

1.一种混合分段连续无功补偿装置，其特征在于：包括并联在380V交流母线和地线之间的半桥无功补偿单元和多组TSC单元；

所述半桥无功补偿单元包括全控型半导体开关T_{1<\/sub>、全控型半导体开关T2<\/sub>、二极管D1<\/sub>、二极管D2<\/sub>、电容器C1<\/sub>和电感L1<\/sub>，全控型半导体开关T1<\/sub>与所述全控型半导体开关T2<\/sub>串联后与所述电容器C1<\/sub>并联，最后与电感L1<\/sub>串联，二极管D1<\/sub>与二极管D2<\/sub>反向设置且分别于全控型半导体开关T1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>并联。}

2.根据权利要求1所述的一种混合分段连续无功补偿装置，其特征在于：所述TSC单元由两个反并联的晶闸管分别与电容器C_{2<\/sub>和电感L2<\/sub>串联而组成。}

3.根据权利要求1所述的一种混合分段连续无功补偿装置，其特征在于：所述全控型半导体开关T_{1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>均采用金氧半场效晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。}

4.根据权利要求1所述的一种混合分段连续无功补偿装置，其特征在于：所述半桥无功补偿单元等效于具有可变电容特性的电容器。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于配电网无功补偿技术领域，尤其是涉及一种混合分段连续无功补偿装置。

背景技术

无功补偿是控制电网无功功率平衡的主要方式，随着用电设备的多样化，电能质量的要求也越来越高，对保证电网安全可靠运行具有十分重要的意义。由于负荷和资源的限制，我国电网大多数采用大容量、远距离传输方式，这种方式导致了网络损耗增加，以及经济性较差等问题。目前，电网无功补偿方式大多数所采取的均是SVC，但是其存在较多问题，首先，它的补偿的精度较差，难以及时的补偿电网的无功功率；其次，由于其本身的特性所限，其动态特性较差，难以实现精度跟踪，并且其补偿方式无法实现连续的无功输出。综上所述，传统的SVC越来越难以满足电网的要求。

因此，需要提供一种新的无功补偿装置。

公开号为CN 103441515B的发明专利公开了一种无功补偿装置，其采用并联电容器为基础无功补偿手段，设定为第Ⅲ级补偿；为了实现无功控制快速响应，采用SVC作为快速控制补偿手段，设定为第Ⅱ级补偿；为了实现无功控制连续性，采用SVG作为连续控制补偿手段，设定为第Ⅰ级补偿；并在无功补偿和电压控制过程中采用分级响应机制，进行三级模式协调控制：首先动作Ⅰ级补偿实现快速连续无功补偿，然后动作Ⅱ级补偿实现快速离散无功补偿，最后动作Ⅲ级补偿实现大容量无功补偿。该发明既可以解决规模化间歇性能源并网后的无功补偿问题，又可以实现无功补偿与电压控制的精确调节，从而满足电力系统电压运行要求。然而，该发明采用的是SVC作为补偿单元，存在较多问题，首先，它的补偿的精度较差，难以及时的补偿电网的无功功率；其次，由于其本身的特性所限，其动态特性较差，难以实现精度跟踪，并且其补偿方式无法实现连续的无功输出。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种混合分段连续无功补偿装置，具有结构简单、控制方便，安全可靠等特点，不仅能快速的实现电网的连续无功调节，实现大容量的无功补偿，而且提高补偿的精度从而动态的满足电网的无功需求，对实现电网的单位功率运行，保证电网的电能质量，提高电网的经济效益，具有十分重要的意义。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种混合分段连续无功补偿装置，包括并联在380V交流母线和地线之间的半桥无功补偿单元和多组TSC单元；

所述半桥无功补偿单元包括全控型半导体开关T_{1<\/sub>、全控型半导体开关T2<\/sub>、二极管D1<\/sub>、二极管D2<\/sub>、电容器C1<\/sub>和电感L1<\/sub>，全控型半导体开关T1<\/sub>与所述全控型半导体开关T2<\/sub>串联后与所述电容器C1<\/sub>并联，最后与电感L1<\/sub>串联，二极管D1<\/sub>与二极管D2<\/sub>反向设置且分别于全控型半导体开关T1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>并联。}

进一步地，所述TSC单元由两个反并联的晶闸管分别与电容器C_{2<\/sub>和电感L2<\/sub>串联而组成。}

进一步地，所述全控型半导体开关T_{1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>均采用金氧半场效晶体管MOSFET或绝缘栅双极型晶体管IGBT。}

进一步地，所述半桥无功补偿单元等效于具有可变电容特性的电容器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型针对当前TSC装置的补偿的精度较差，其动态特性较差，并且无法实现连续的无功输出的问题，提供一种混合分段连续无功补偿装置，包括并联在380V交流母线和地线之间的半桥无功补偿单元和多组TSC单元；其中，半桥无功补偿单元包括全控型半导体开关T_{1<\/sub>、全控型半导体开关T2<\/sub>、二极管D1<\/sub>、二极管D2<\/sub>、电容器C1<\/sub>和电感L1<\/sub>，全控型半导体开关T1<\/sub>与所述全控型半导体开关T2<\/sub>串联后与所述电容器C1<\/sub>并联，最后与电感L1<\/sub>串联，二极管D1<\/sub>与二极管D2<\/sub>反向设置且分别于全控型半导体开关T1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>并联。}

TSC单元由两个反并联的晶闸管分别与电容器C_{2<\/sub>和电感L2<\/sub>串联而组成。}

本实用新型由TSC单元组与半桥无功补偿装置组成，采用混合分段连续无功补偿，使TSC与半桥无功补偿协同补偿，从而实现电网的分段连续补偿。为了改进TSC的动态性能，提出一种半桥无功补偿方式，由两个2只全控型半导体开关(如MOSFET或IGBT)T1、T2，分别与2只电力二极管D1、D2反向并联，再和电容C1并联，最后和电感串联组成，通过对电容的充放电控制，从而实现可变电容特性，其等效电容为Ceq。该结构能够有效的改善TSC的动态性能，提高补偿精度，降低开关管的损耗，具有十分重要的意义。

本实用新型的优点具体表现为以下几个方面：

(1) 该装置能够改善TSC的动态性能，通过TSC和半桥无功补偿设备，提高了动态响应，降低了线路的网损，挺高了电能质量。

(2) 通过控制电容器的充放电过程，可实现电容可变特性，电容具有良好的灵活调节性能，其开关控制灵活，在一定程度上降低了损耗并优化了控制策略，实现电网的单位功率因数运行。

(3) 该装置通过对TSC和半桥无功功率调节进行联合控制，改善了TSC的性能，实现了连续无功调节，以及精准的补偿，在TSC的改进上具有重要的意义。

（4）该装置结构简单，成本较低，其控制方式简单，能够通过简单的控制实现对无功的精确、大容量补偿，具有一定的推广和实际价值。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中半桥无功补偿单元的结构示意图；

图3为本发明中半桥无功补偿单元的工作原理图。

具体实施方式

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。应该理解，为了使得技术方案更加明确，这里使用的“前、后、左、右、上、下”等表示方位的用语均为相对于图1的方位名词，不因视图的转换变换方位表述方式。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种混合分段连续无功补偿装置，包括并联在380V交流母线和地线之间的半桥无功补偿单元和多组TSC单元。

所述TSC单元由两个反并联的晶闸管分别与电容器C_{2<\/sub>和电感L2<\/sub>串联而组成。}

如图2所示，所述半桥无功补偿单元包括全控型半导体开关T_{1<\/sub>、全控型半导体开关T2<\/sub>、二极管D1<\/sub>、二极管D2<\/sub>、电容器C1<\/sub>和电感L1<\/sub>，全控型半导体开关T1<\/sub>与所述全控型半导体开关T2<\/sub>串联后与所述电容器C1<\/sub>并联，最后与电感L1<\/sub>串联，二极管D1<\/sub>与二极管D2<\/sub>反向设置且分别于全控型半导体开关T1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>并联。半桥无功补偿单元的结构具有小电容特性，通过对电容的充放电控制，从而实现电容的连续可调，其范围为X<\/i>dc<\/sub>→∞，并且通过半桥的模式，其开关损耗大大减小，控制方式得到了极大简化。}

如图3所示为半桥无功补偿单元的工作原理图：当Us>0，其开关T1导通，T2关断，此时，电流流径如图3c状态：A→ Cdc→B，电容处于充电状态；当Us达到最大值后，电感电流方向改变，此时，电流的流径如图3f状态：B →Cdc→A，电容处于放电状态；当电容完全放电后，此时T2导通，电流的流径为如图3e所示，其电流流径为B →T2→T1→A：电容处于正向旁路；同理，当Us<0，其电容的反向充电状态如图3d所示，其电流流径为B → Cdc→ A；其反向放电状态为如图3a所示，其电流流径为A→Cdc→B；其反向旁路状态如图3b所示，其电流流径为A→T1→T2→ B。

所述全控型半导体开关T_{1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>均采用金氧半场效晶体管MOSFET。当然，全控型半导体开关T1<\/sub>和全控型半导体开关T2<\/sub>也可采用绝缘栅双极型晶体管IGBT。}

所述半桥无功补偿单元等效于具有可变电容特性的电容器。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

设计图