[发明专利]一种大功率电能质量综合补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大功率电能质量综合补偿装置。

背景技术

随着电网中非线性负载的日益增多，使电力系统的无功及谐波问题日趋严重，传统的各种无功补偿装置和谐波抑制方法很难满足现代电网的要求。作为一种新型的电能质量综合补偿装置，基于现代电力电子技术，此装置能对电网负载、系统参数的变化具有很强的鲁棒性和优良的动态性能，被认为是目前最具发展潜力的无功和谐波综合补偿方法。在交流380V电网中，单机容量在250kVA以上的大功率非线性负载对电网的影响十分明显，为了改善电网的电能质量，目前通常是采用动态电能质量综合补偿装置与负载并联，使电网中的谐波电流得到抑制和实现无功补偿。三相三线的大功率动态电能综合补偿装置可以采用不同的主电路拓扑结构，常用的拓扑主要有：三相桥变流器拓扑结构、多个三相桥变流器并联的拓扑结构和单相桥组合构成一个三相系统的拓扑结构。

目前现有的类似装置中，都是采用三相桥变流器拓扑结构和多个三相桥变流器并联的拓扑结构比较多。对于大功率动态电能质量综合补偿装置而言，既要能补偿谐波也要能进行无功电流的补偿，同时还要具有不平衡无功负载补偿的能力。在进行谐波补偿时要求装置能对电网中2～25次谐波均具有抑制效果。要达到理想的谐波抑制效果，大功率动态电能质量综合补偿装置的开关频率越高，其谐波抑制效果越好。根据理论分析推算要想对25次以下的谐波有较好的抑制效果，装置的开关频率至少得在5kHz左右；而在进行无功电流补偿的时候，装置需要输出较大的补偿无功电流，因此要求装置的主电路中的逆变器要选择大功率的功率器件才能实现大容量的无功补偿。大功率的功率器件在较高开关频率情况下使用时，其功耗就大大增加，因此会大大减低系统的效率和增加装置的热设计难度，甚至会因此需要增大装置的体积，提高装置的成本，很不经济。对于采用三相桥变流器结构，受到目前市场上功率器件的功率大小的限制，很难满足装置的大功率要求；采用多个三相桥变流器并联的结构，虽然可以实现装置的大容量无功补偿的要求，同时也可以做到使装置的开关频率提高，达到理想的谐波抑制效果，但整个装置中就需要更多的电感和电容，以及多套独立的控制系统，进而，增加装置的成本和降低装置的可靠性。无论从装置的成本、可靠性和体积上来说，都存在一定的缺憾。

中国专利201010270596.9是一种基于IGBT的大功率智能型谐波和无功电流发生器，采用了三个单相桥结构，主拓扑使用星型连接，此结构对三相不平衡负载的补偿效果不理想。本发明中采用三个单相H桥结构，主拓扑采用三角型连接，同时采用一个三相电感的结构。本发明针对三相不平衡负载的补偿，具有更强的实用价值，而且，主功率器件的发热损耗也会降低，能够提高系统的整体效率。同时本发明采用一个三相电感作为网侧电感，使装置更加紧凑，电流密度更高。适合在大功率场合使用。

中国专利200910061816.4采用单相逆变器结构实现对谐波电流的补偿。此发明结构虽然简单，但仅仅适合在单相系统中使用，在三相系统中采用这种结构，必须通过三个单相系统组合来实现，装置结构复杂，使用的元器件明显增多，多套系统组合的模式使整个装置的控制系统复杂，降低装置的可靠性。同时在大功率场合下使用时，其网侧电感设计会比较困难，由于制造所带来的电感参数之间的偏差，影响补偿性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术在大功率场合的电能质量综合补偿装置设计难度大，采用三相桥结构无法满足高性能补偿的要求，以及采用多套装置并联的结构实现大功率输出装置的结构复杂、可靠性降低的缺点，提出一种大功率电能质量综合补偿装置。本发明可以改善交流380V电网因大容量非线性负载（单机容量大于250kVA）所带来的谐波污染和网侧功率因素低下的问题。本发明可以实现谐波抑制和无功补偿，既能满足高谐波峰值的补偿，又能输出大容量的补偿无功。

本发明采用三个单相H桥组合的结构，可以提高大功率有源电力滤波器装置的等效开关频率。受大功率装置开关频率难以提高的限制，本发明的控制器带宽窄，在窄控制带宽的情况下，采用复合电流跟踪的控制算法，可以很好的改善本装置的补偿效果。同时主拓扑中采用一个三相电感的结构，可以使整个装置更加紧凑，提高整个装置的电流密度，降低成本。而且控制系统采用全光纤结构，在大电流场合，可大大提高系统的抗干扰能力。本发明适用于大功率场合的动态电能质量综合补偿。