[发明专利]自动谐振式电力滤波与连续无功补偿混成系统

说明书

技术领域

本发明属于电力系统与工业配用电系统的谐波治理与无功功率补偿技术领域，具体涉及一种自动谐振式电力滤波与连续无功补偿混成系统。

背景技术

由于电力电子器件固有的非线性作用，在其应用于电力系统与工业配用电系统时，不可避免地引起谐波污染严重、功率因数低下、电压闪变与不平衡等电能质量问题。目前，在改善电能质量方面主要的滤波技术有无源滤波、有源滤波和混合有源滤波。其中，无源滤波由于装置结构比较简单、设计与制造比较容易，且初期投资成本较低，在电力系统与工业配用电系统中得到了广泛使用。然而，无源滤波器的滤波效能容易受到系统阻抗的制约。当电力网络结构发生变化时，有可能引起滤波阻抗与系统阻抗间的串/并联谐振，这不仅影响供电系统稳定性，而且限制了滤波性能的发挥。另外，无源滤波尽管能够抑制特定次谐波，但对低次谐波具有放大作用，且电容器参数随时间的推移容易发生变化，这会导致调谐频率发生偏移，从而影响实际的滤波性能。有源滤波与混合有源滤波技术能从根本上解决上述无源滤波存在的问题，但这两种滤波技术的实施通常需要备有大容量谐波补偿源和全控型功率器件，且谐波跟踪与控制方式比较复杂，这使得有源滤波的应用目前主要停留在中低压领域，在高压领域（特别是高压直流输电领域）鲜有应用。多重化滤波是另外一种谐波抑制技术，主要应用于大功率工业整流供电系统。它主要是通过换流器的多重化联结（12脉波、18脉波、24脉波等），使得由每个换流桥产生的主要含量的特征谐波电流在电网侧的汇流处通过移相作用而相互抵消，从而降低电网侧的谐波含量。这种滤波方式需要多个换流桥的串/并联协调运行，这在一定程度上降低了电力电子器件的使用效率。特别值得指出的是，上述滤波方式无论是无源滤波、有源滤波还是多重化滤波，主要用来解决谐波与无功对电网的不良影响，但对于电网所连接的供电系统自身而言，并未取得有益改善。由非线性负荷产生的谐波与无功分量在供电系统中自由流通而未得到任何的抑制，这不仅恶化了供电系统中主设备的电磁环境，增加了主设备的附加损耗、振动与噪音，而且降低了系统稳定性与运行效率。

发明内容

为了消除系统阻抗对电力滤波效能的制约作用，解决电网侧与非线性负载侧频率波动对电力滤波性能的影响；同时，为了在保证电网侧电能质量满足国标的前提下，有效解决谐波与无功功率对工业配用电系统自身带来的诸如谐波污染严重、主设备附加损耗大、振动与噪音大、系统功率因数低、系统运行效率低等一系列问题，本发明提出了一种自动谐振式电力滤波与连续无功补偿混成系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括多目标混合控制器、整流变压器、具有自动谐振功能的特征谐波滤波器、晶闸管可控电抗器、二阶高通滤波器、并联电力电容器、整流变压器一次侧的电压与电流测量装置、特征谐波滤波器总支路上的电压与电流测量装置。其中，所述整流变压器的低压绕组侧接整流器、中压绕组侧接自动谐振式电力滤波与连续无功补偿系统、高压绕组侧与工业配电网相连接；所述多目标混合控制器的控制输入端接整流变压器一次输出侧的电压与电流装置、以及特征谐波滤波器总支路上的电压与电流装置，而控制输出端与特征谐波滤波支路上的磁饱和式可控电抗器、以及用于进行连续无功补偿度调节的晶闸管可控电抗器相连接。

在无功功率就近补偿方面，首先，根据所测量的整流变压器一次侧交流电压与电流，计算该侧的基波功率因数和无功功率，然后判断该功率因数是否大于期望值，如果大于期望值，则保持晶闸管可控电抗器的当前触发角不变，如果小于期望值，则将整流变压器一次侧的无功功率等值换算至整流变压器的中压侧，以确定动态混合滤波和连续无功补偿系统需要提供的无功补偿的实际容量，然后，考虑自动谐振式滤波支路、二阶高通滤波器和并联电容器各自提供的固定无功补偿容量，进一步计算无功缺口，据此确定晶闸管可控电抗器的无功功率补偿度，最后，输出实际的触发控制角，以控制晶闸管可控电抗器的实际输出等值电抗值。