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CN104578107A - 一种无功补偿滤波装置及方法 - Google Patents

一种无功补偿滤波装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无功补偿滤波装置及方法，本发明提供的无功补偿滤波装置，由APF或SVG以及及多个不同次无源滤波支路组成，并联接入到电网中进行电网的无功补偿及谐波抑制，其中，APF补偿支路是有源滤波器支路，SVG补偿支路是静止型动态无功发生器补偿支路，这两者都是有源补偿支路。由于本发明提供的无功补偿滤波装置包含了有源电力滤波器的有源支路和不同次无源滤波支路的无源支路，所以在进行无功补偿时，同时具有无源和有源的无功补偿滤波的优点，即保证同时实现电网的功率损耗小、无功补偿容量的无级平衡调节及主动抑制谐波。

Description

一种无功补偿滤波装置及方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，特别涉及一种无功补偿滤波装置及方法。
背景技术
在电力系统中，电力系统的谐波治理和无功平衡对电网的安全经济运行和改善电能质量具有重要意义。在电网中，存在着大量的无功负荷和无功功率频繁变化的无功设备，造成了无功问题。特别是新能源的并网及电力电子技术和装置的广泛应用，无功问题更加突出；更进一步地，在电网的配电网中大量应用设备具有的非线性负荷产生的电流和电压谐波，都会严重影响电网中的配电设备的运行安全，增加了用电损耗，对电网保护和自动化控式设备造成干扰。
为了对电力系统的谐波进行治理及进行无功平衡，在电网上并联接入无功补偿装置，比如电容补偿柜来满足需求。但是，随着接入电网中的设备类型越来越多，且电网的谐波电流特性与设备的类型、电力系统的运行方式及负载变化有关，当前电力系统具有高频谐波含量高和基波无功需量相对较小的特点，所以电容补偿柜并联接入电网已经无法满足无功补偿和滤波需要，必须配置专门的无功补偿滤波装置来满足电网的电力系统的功率因数及电能质量相关指标的要求。
目前，电力系统的无功补偿滤波方法主要有以下三种。
第一种方式，由滤波电容器、电抗器及电阻器适当组成无源滤波器，采用并联方式与电网中的谐波源连接，消除电网中的一次或几次主要谐波；
第二种方式，由晶闸管控制电抗器(TCR)与多个分支电容电感(LC)调谐滤波补偿电路并联组成的静止无功补偿器(SVC)型的无源无功补偿滤波装置，TCR与各个分支LC调谐滤波补偿电路的协调控制可实现无功补偿容量的无级平滑调节，同时可对电网中的充电站起到有效地滤波补偿作用；
第三种方式，采用有源滤波器(APF)治理电网中的非线性设备引起的谐波。
可以看出，目前电力系统的无功补偿滤波方法主要采用有源方式或无源方式进行。但是，无论采用有源方式还是无源方式，都分别存在缺点。对于有源方式来说，不能大量进行无功补偿，其功率损耗电网的电能比较大，容量比较小，成本高及有源无功补偿滤波器的故障还容易引起电力系统的故障。对于无源方式来说，受电力系统参数影响、滤波次数单一、体积大以及能耗大等缺点，同时也不能对电力系统的谐波进行动态跟踪。具体地说，当采用上述第二种方式时，设置的SVC型的无源无功补偿滤波器的缺点在于其功率器件损耗大、参数易变及不能动态主动抑制谐波及SVC工作过程中会向电网注入谐波。
综上，目前电力系统的无功补偿滤波方法，在进行无功补偿滤波过程中，无法保证同时实现减小功率损耗、无功补偿容量的无极平衡调节及主动抑制谐波。。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种无功补偿滤波装置，该装置能够在无功补偿滤波过程中，保证同时实现功率损耗小、无功补偿容量的无极平衡调节及主动抑制谐波。
本发明实施例还提供一种无功补偿滤波方法，该方法能够在无功补偿滤波过程中，保证同时实现功率损耗小、无功补偿容量的无极平衡调节及主动抑制谐波。
根据上述目的，本发明是这样实现的：
一种无功补偿滤波装置，包括：静止型动态无功发生器SVG或有源滤波器APF补偿支路(10)及多个不同次无源滤波支路(20)，其中，
APF或SVG补偿支路(10)，由绝缘栅双极型晶体管IGBT功率模块(101)和第一电抗器(102)串联组成，通过星形接法并联接入到电网(30)中；
不同次无源滤波支路(20)，由不同次滤波电容器(201)和第二电抗器(202)串联组成，通过星形接法并联接入到电网(30)中。
较佳地，所述第一电抗器(102)为滤波空心电抗器；第二电抗器(202)为铁心电抗器。
较佳地，APF或SVG补偿支路(10)还包括第一低压复合开关(103)，串联在第一电抗器(102)与电网(30)之间，用于投切SVG补偿支路(10)到电网(30)上。
较佳地，APF或SVG补偿支路(10)还包括第一低压熔断器(104)，串联在第一电抗器(102)与第一低压复合开关(103)之间；
APF或SVG补偿支路(10)在第一低压熔断器(104)与第一低压复合开关(103)之间还并联第一避雷器支路(105)。
较佳地，不同次无源滤波支路(20)还包括第二低压复合开关(203)，串联在第二电抗器(202)与电网(30)之间，用于投切不同次无源滤波支路(20)到电网(30)上。
较佳地，不同次无源滤波支路(20)还包括第二低压熔断器(204)，串联在第二电抗器(202)与第二低压复合开关(203)之间；
不同次无源滤波支路(20)在第二低压熔断器(204)与低压复合开关(203)之间还并联第二避雷器支路(205)。
较佳地，不同次无源滤波支路(20)包括5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路的一种或多种组合。
一种无功补偿滤波方法，包括：
将由APF或SVG补偿支路及多个不同次无源滤波支路组成的无功补偿滤波装置并联接入到电网中；
投切APF或SVG补偿支路，及根据电网的谐波次数进行相应次数无源滤波支路的投切，进行电网的无功补偿滤波。
较佳地，所述不同次无源滤波支路包括5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路的一种或多种组合；
当所述电网中包括5次谐波、7次谐波、和/或11次及以上谐波时，对应的投切5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路。
较佳地，所述根据电网的谐波次数进行相应次数无源滤波支路的投切是通过低压复合开关实现的。
较佳地，所述APF或SVG补偿支路与电网之间还串联有低压熔断器，并联有避雷针支路，保护APF或SVG补偿支路；
所述多个不同次无源滤波支路的每个不同次无源滤波支路与电网之间还串联有低压熔断器，并联有避雷针支路，保护每个不同次无源滤波支路。
由上述方案可以看出，本发明实施例提供的无功补偿滤波装置，由APF或SVG补偿支路及多个不同次无源滤波支路组成，并联接入到电网中进行电网的无功补偿及谐波抑制，其中，APF补偿支路为有源滤波器补偿支路、SVG补偿支路为静止型动态无功发生器补偿支路，这两者都是有源补偿支路。由于本发明实施例提供的无功补偿滤波装置包含了有源电力滤波器的有源支路和不同次无源滤波支路的无源支路，所以在进行无功补偿时，同时具有无源和有源的无功补偿滤波的优点，即保证同时实现电网的功率损耗小、无功补偿容量的无极平衡调节及主动抑制谐波。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无功补偿滤波装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的无功补偿滤波方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
在对电力系统进行无功补偿滤波时，即需要考虑功率损耗，又需要考虑无功补偿容量的无极平衡调节及抑制谐波的性能，达到三者之间的平衡。而背景技术中如果仅仅无源方式的无功补偿滤波技术，则使得功率损耗较大，且无源方式所应用的电容会在投切瞬间对电网造成电流冲击和电压振荡，但是谐波抑制比较好；而如果仅仅采用有源方式的无功补偿滤波技术，则维护成本及投资成本比较大，且会在电网中注入谐波，无法很好抑制谐波，但是可以实现无功补偿容量的无极平衡调节。因此，本发明实施例提供的无功补偿滤波装置，由APF或SVG补偿支路及多个不同次无源滤波支路组成，并联接入到电网中进行电网的无功补偿及谐波抑制，其中，APF补偿支路为有源滤波器补偿支路、SVG补偿支路为静止型动态无功发生器补偿支路，这两者都是有源补偿支路。
由于本发明实施例提供的无功补偿滤波装置包含了有源电力滤波器的有源支路和不同次无源滤波支路的无源支路，所以在进行无功补偿时，同时具有无源和有源的无功补偿滤波的优点，即保证同时实现电网的功率损耗小、无功补偿容量的无极平衡调节及主动抑制谐波。
图1为本发明实施例提供的无功补偿滤波装置结构示意图，包括：APF或SVG补偿支路10及多个不同次无源滤波支路20，其中，
APF或SVG补偿支路10，由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块组成的功能单元101和第一电抗器102串联组成，通过星形接法并联接入到电网30中；
不同次无源滤波支路20，由不同次滤波电容器201和第二电抗器202串联组成，通过星形接法并联接入到电网30中。
在该装置中，第一电抗器102为滤波空心电抗器。
APF或SVG补偿支路10还包括第一低压复合开关103，串联在第一电抗器102与电网30之间，用于投切SVG补偿支路10到电网30上。
APF或SVG补偿支路10还包括第一低压熔断器104，串联在第一电抗器102与第一低压复合开关103之间，用于限制电流，保护APF或SVG补偿支路10。
APF或SVG补偿支路10在第一低压熔断器104与第一低压复合开关103之间还并联第一避雷器支路105，用于保护SVG补偿支路。
在该装置中，不同次无源滤波支路20中还包括第二低压复合开关203，串联在第二电抗器202与电网30之间，用于投切不同次无源滤波支路20到电网30上。
不同次无源滤波支路20还包括第二低压熔断器204，串联在第二电抗器202与第二低压复合开关203之间，用于限制电流。
不同次无源滤波支路20在第二低压熔断器204与低压复合开关203之间还并联第二避雷器支路205，用于保护不同次无源滤波支路20。
在该装置中，第二电抗器202为铁心电抗器。
不同次无源滤波支路20包括5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路的一种或多种组合，具体投切哪一种或哪几种不同次无源滤波支路20根据电网需要抑制的相应次数谐波确定。
在该装置中，第一低压复合开关103及第二低压复合开关203都是由晶闸管阀与快速开关组合而成，直接投切即可。
在该装置中，所述并联接入电网30为并联接入电网30的谐波源上，该电网30采用400伏特的电压母线。
图2为本发明实施例提供的无功补偿滤波方法流程图，其具体步骤为：
步骤201、将由APF或SVG补偿支路及多个不同次无源滤波支路组成的无功补偿滤波装置并联接入到电网中；
步骤202、投切APF或SVG补偿支路，及根据电网的谐波次数进行相应次数无源滤波支路的投切，进行电网的无功补偿滤波。
在该方法中，APF或SVG补偿支路是无源方式的补偿支路，其不含电容，可以调节电网的输出电压电流的相位及幅值，实现无功补偿容量的无极平衡调节。
在该方法中，所述不同次无源滤波支路包括5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路的一种或多种组合，当电网中包括5次谐波、7次谐波、和/或11次及以上谐波时，对应的投切5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路。
在该方法中，所述进行相应次数无源滤波支路的投切是通过低压复合开关实现的。
在所述根据电网的谐波次数确定所投切的次数无源滤波支路时，可以手动投切，也可以检测到谐波次数后，自动投切，这里不限制。
在该方法中，APF或SVG补偿支路与电网之间还串联有低压熔断器，并联有避雷针支路，保护APF或SVG补偿支路。
在该方法中，所述多个不同次无源滤波支路的每个不同次无源滤波支路与电网之间还串联有低压熔断器，并联有避雷针支路，保护每个不同次无源滤波支路。
以下举一个具体例子具体说明
某工业用户，比如中频电源车间，配置1250千瓦(kva)变压器一台，主要为中频炉供电，用于金属的熔炼和加工，车间内还有电动机负载。中频炉由中频电源供电，在运行中会产生大量谐波污染，部分电机由变频电源供电也会产生谐波，在该车间的配电方案中除考虑无功补偿外，还要进行谐波治理。
中频炉在工作过程中，产生大量的谐波，特征谐波主要以5次为最大，7次，11次，13次谐波也比较大，电压电流畸变严重。因此，采用本发明实施例提供的无功补偿滤波装置，则设置5次LC滤波支路、7次LC滤波支路和11次及高通滤波支路，吸收5、7、11次及以上次数的谐波，其中5次LC滤波支路无功容量为187kvar，7次LC滤波支路和11次及高通滤波支路的无功容量分别为94kvar，采用本发明实施例提供的SVG补偿支路容量为94kvar，通过以上各滤波支路和SVG补偿支路的投切配合就可以实现-94kvar(感性)-469kvar(容性)范围内的平滑调节。
具体的调节策略如下：
-94kvar-94kvar范围内，SVG补偿支路投入运行，5，7，11次滤波支路退出运行；
94kvar-188kvar范围内，SVG补偿支路投入运行，7或11次滤波支路运行(或5次支路运行，SVG补偿支路工作在感性)；
188kvar-282kvar范围内，SVG补偿支路投入运行，5，7次滤波支路运行(或5次支路运行，SVG补偿支路工作在容性)；
282var-375kvar范围内，SVG补偿支路投入运行，5，7或11次滤波支路运行；
375kvar-469kvar范围内，SVG补偿支路投入运行，5，7，11次滤波支路运行；
如果只采用SVG补偿支路方案实现以上功能，SVG补偿支路的容量需要469kvar，增加了设备成本。
从上述方案可以看出，本发明实施例利用了SVG补偿支路与基于第二低压复合开关投切的不同次无源滤波支路并联实现无功容量的动态补偿和平滑无级调节，不同次无源滤波支路的投切通过第二低压复合开关实现，可以消除电容器投切瞬间的电流冲击和电压振荡，实现不同次无源滤波支路的无冲击自动投切，获得比较好的谐波抑制效果。
本发明实施例提供的无功补偿滤波装置及方法安全可靠、维护成本低、损耗小、响应速度快及设备成本低，可以在恶劣环境下使用。特别适用于供电系统的需求，可有效解决供电系统的动态无功补偿和谐波抑制问题，投资小、回报率高且节能显著。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无功补偿滤波装置，其特征在于，包括：静止型动态无功发生器SVG或有源滤波器APF补偿支路(10)及多个不同次无源滤波支路(20)，其中，
APF或SVG补偿支路(10)，由绝缘栅双极型晶体管IGBT功率模块(101)和第一电抗器(102)串联组成，通过星形接法并联接入到电网(30)中；
不同次无源滤波支路(20)，由不同次滤波电容器(201)和第二电抗器(202)串联组成，通过星形接法并联接入到电网(30)中。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一电抗器(102)为滤波空心电抗器；第二电抗器(202)为铁心电抗器。
3.如权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，APF或SVG补偿支路(10)还包括第一低压复合开关(103)，串联在第一电抗器(102)与电网(30)之间，用于投切SVG补偿支路(10)到电网(30)上。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，
APF或SVG补偿支路(10)还包括第一低压熔断器(104)，串联在第一电抗器(102)与第一低压复合开关(103)之间；
APF或SVG补偿支路(10)在第一低压熔断器(104)与第一低压复合开关(103)之间还并联第一避雷器支路(105)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，不同次无源滤波支路(20)还包括第二低压复合开关(203)，串联在第二电抗器(202)与电网(30)之间，用于投切不同次无源滤波支路(20)到电网(30)上。
6.如权利要求1或5所述的装置，其特征在于，不同次无源滤波支路(20)还包括第二低压熔断器(204)，串联在第二电抗器(202)与第二低压复合开关(203)之间；
不同次无源滤波支路(20)在第二低压熔断器(204)与低压复合开关(203)之间还并联第二避雷器支路(205)。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，不同次无源滤波支路(20)包括5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路的一种或多种组合。
8.一种无功补偿滤波方法，其特征在于，包括：
将由APF或SVG补偿支路及多个不同次无源滤波支路组成的无功补偿滤波装置并联接入到电网中；
投切APF或SVG补偿支路，及根据电网的谐波次数进行相应次数无源滤波支路的投切，进行电网的无功补偿滤波。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述不同次无源滤波支路包括5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路的一种或多种组合；
当所述电网中包括5次谐波、7次谐波、和/或11次及以上谐波时，对应的投切5次LC滤波支路、7次LC滤波支路、和11次及高通滤波支路。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据电网的谐波次数进行相应次数无源滤波支路的投切是通过低压复合开关实现的；
所述APF或SVG补偿支路与电网之间还串联有低压熔断器，并联有避雷针支路，保护APF或SVG补偿支路；
所述多个不同次无源滤波支路的每个不同次无源滤波支路与电网之间还串联有低压熔断器，并联有避雷针支路，保护每个不同次无源滤波支路。
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