CN104967129A - 无极变容式智能电容器 - Google Patents

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方乐
陈银
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Abstract

本发明公开了一种无极变容式智能电容器，包括依次连接的输入回路、开关电源、电压逆变变换电路、UPQC控制***、输出回路，所述电压逆变变换电路的输入端与输入回路的输出端相连接并与开关电源并联。本发明利用UPQC原理依据电网无功功率实际缺少情况来进行电压变换，将电压变换值叠加到电容器上实现端电压变化从而使电容器容量发生容变，通过进行无极调节电容器端电压，从而实现电容器无极调节，并且做到电容器投入电网时电压变化，不会影响同电网下负载使用。

Description

无极变容式智能电容器
技术领域
本发明涉及智能电网电力电子技术领域，尤其涉及了一种电网中解决无功功率缺损通过无极变化调节，满足实现实时无功功率需要的一种无极变容式智能电容器。
背景技术
目前智能电网中利用电力电子技术，解决无功功率补偿方案有并联无功功率补偿装置，装置主要以自愈式电容器为核心器件来完成一定的无功功率补偿。这种以并联电容器来实现补偿存在以下问题：
1、电容补偿只能补偿固定的无功，尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化。
2、电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节，不能实现无功的平滑无级的调节。电容器只能国定级数调节和投切，不能实现实时电压调节满足实时无功补偿需求，造成无功倒送问题。无功倒送在电力***中是不允许的，特别是在负荷低谷时，无功倒送造成电压偏高。
3、对单台无功补偿装置，需求不同种规格电容器来完成有级的无功调节，对装置本体设计来说结构复杂，体积庞大，造成单台柜体制造材料增加，从而成本过高。
4、使用多台电容组网形成的装置达到一定的无功补偿量，装置在安装电容器时因电容器个数较多，具体安装布线复杂，造成工时成本浪费同时多台构成***，台与台之间的辅助材料浪费很多。
6、谐波问题。电容器具有一定的抗谐波能力，但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏；并且由于电容器对谐波有放大作用，因而使***的谐波干扰更严重，多台组网构成的补偿装置，谐波电流会再每台电容这间进行放大，造成谐波振荡频率复杂，严重危害电网。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的就在于提供了一种无极变容式智能电容器，能够有效地解决单台电容器实现无极变容，有效的将微电子技术和电容器相结合实现智能化补偿和精细化补偿。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种无极变容式智能电容器，包括依次连接的输入回路、开关电源、电压逆变变换电路、UPQC控制***、输出回路，所述电压逆变变换电路的输入端与输入回路的输出端相连接并与开关电源并联；利用UPQC原理与交流DC和AC转换原理实现在电网和敏感负荷之间，相当于一个受控电压源，能够产生任意幅值、相位和波形的电压，将这个电压叠加到智能电力电容上。
作为一种优选方案，所述输入回路包含输入滤波回路，所述输入滤波回路包括差模抑制器与共模抑制器。
作为一种优选方案，所述开关电源包含有高频变压器与电源管理芯片，所述高频变压器的高频变压初级与输入回路的输入电源相连接、高频变压次级与电源管理芯片相连接；所述开关电源为整个电容器供电，并实现多路隔离输出。
作为一种优选方案，所述电压逆变变换电路包含AC-DC-AC转换电路与功率变换电路；用于完成电压的变换。
作为一种优选方案，所述UPQC控制***采用UPQC控制器；用于实现电压变化控制和无功率以及谐波含量的处理。
作为一种优选方案，所述输出回路包括输出滤波回路、反馈回路，且输出滤波回路包含连接电抗器；所述反馈电路的输入端与输出滤波回路相连接、输出端经过传输电路与功率变换电路相连接；电容器通过连接电抗器进行输送，实现电容变容后的容量输送到需要补偿的电网上。
作为一种优选方案，所述输出回路上并联有保护电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1. 提供动态无功补偿支持，提高功率因数、实现无极变容；
2. 滤除用户注入***的谐波电流，谐波次数可根据需求设定；
3. 对***的电压暂降、暂升进行补偿；
4. 抑制供电电压中的谐波电压分量、抑制电压波动；
5. 补偿三相不平衡电流；
6. 成本大幅下降，如：240kvar,市场价格大约2.4万，本发明成本为：6000元；
7. 结构简单，容量大，能够无极变容，实现了实时无功补偿以保证电力***电压的连续稳定性,能够实时无功补偿，优化无功潮流分布，对电网无功补偿和电压优化实时控制，以实现从离线处理转化为实时处理，提高全网各节点电压合格率，减少网损，取得较好的经济性，大大降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明中UPQC控制***的等效电路。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例：
如图1所示，一种无极变容式智能电容器，包括依次连接的输入回路1、开关电源2、电压逆变变换电路3、UPQC控制***4、输出回路5，所述电压逆变变换电路的输入端与输入回路的输出端相连接并与开关电源并联；所述输入回路包含输入滤波回路11，所述输入滤波回路11包括差模抑制器111与共模抑制器112；所述开关电源2包含有高频变压器21与电源管理芯片22，所述高频变压器21的高频变压初级与输入回路1的输入电源相连接、高频变压次级与电源管理芯片22相连接；所述电压逆变变换电路3包含AC-DC-AC转换电路31与功率变换电路32；所述UPQC控制***4采用UPQC控制器；所述输出回路5包括输出滤波回路51、反馈回路52，且输出滤波回路51包含连接电抗器511；所述反馈电路52的输入端与输出滤波回路51相连接、输出端经过传输电路6与功率变换电路32相连接；所述输出回路5上并联有保护电路7。
电路原理图如图2所示，所述差模抑制器111和共模抑制器112接在空气开关（即图中的空开）引线上出线端，连接电抗器511在电容器前，具体实施时，电网电压经过输入回路1，输入回路1在电网分支回路的空气开关后面，电压经过差模抑制器111滤除电网低频干扰以及与电网正常工作时频率偏差的干扰信号后叠加到共模抑制器112上，通过共模抑制器112将同频高幅值干扰波滤除后电压同时叠加到开关电源2和电压逆变变换电路3上，开关电源2完成输出分别提供各部分电路需要的工作电源，而电压逆变变换电路3根据UPQC控制***4的UPQC控制器完成功率处理后得出电网实时需要的无功来给出需要叠加在电容器上面的电压具体值，反馈给电压逆变变换电路3，电压逆变变换电路3通过内部有AC-DC-AC转换电路31完成电容器变容需要的电压，这一电压叠加到电容器，电容器容值发生变化，在将变化的容值通过连接电抗器511输送到电网，完成电网所缺少的无功率的补偿。
其中UPQC控制和交流DC和AC转换完成电网和敏感负荷之间，相当于一个受控电压源，能够产生任意幅值、相位和波形的电压。UPQC串联部分的等效电路如图3所示，该结构为三相三线制结构。图3中的 表示网侧电压，表示三相电路电流，表示网侧的等效阻抗，表示UPQC串联部分的输出电压，表示负载阻抗；由图3可知：，其中为负载的电压，因控制的目的为保持不变，所以电路中的电流可以看作恒定，故为常值。当网侧的电压发生变化的时候，就可以通过改变UPQC串联部分的电压，从而使负载电压保持恒定。
由于电力电子器件的非线性和波形非正弦的特点，由电力电子器件组成的电气传动自动化装置的电源侧（网侧）的电流不仅含有基波，还包含丰富的谐波，电控***在整个运行期间功率因数偏低，一般在0.2—0.8之间，同时起动无功冲击大，引起电网电压发生波动，这些都会给电网的运行和效率带来不良的影响，同时也会对接在该公用电网中的其他用电设备带来一些不良的影响甚至危害，统一电能质量控制器，即UPQC控制器，可以快速平滑调节无功补偿功率的大小，提供动态的电压支撑，改善***的运行性能。在***发生短路故障情况下，UPQC控制器的动态无功调节能力可以加快故障切除后内部工况的恢复过程；在负载变化情况下，UPQC控制器可以使电网的电压波动明显降低，对工艺设备及变电站安全运行和稳定电能质量均有很好的作用。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种无极变容式智能电容器，其特征在于：包括依次连接的输入回路、开关电源、电压逆变变换电路、UPQC控制***、输出回路，所述电压逆变变换电路的输入端与输入回路的输出端相连接并与开关电源并联。
2.根据权利要求1所述的一种无极变容式智能电容器，其特征在于：所述输入回路包含输入滤波回路，所述输入滤波回路包括差模抑制器与共模抑制器。
3.根据权利要求1所述的一种无极变容式智能电容器，其特征在于：所述开关电源包含有高频变压器与电源管理芯片，所述高频变压器的高频变压初级与输入回路的输入电源相连接、高频变压次级与电源管理芯片相连接。
4.根据权利要求1所述的一种无极变容式智能电容器，其特征在于：所述电压逆变变换电路包含AC-DC-AC转换电路与功率变换电路。
5.根据权利要求1所述的一种无极变容式智能电容器，其特征在于：所述UPQC控制***采用UPQC控制器。
6.根据权利要求4所述的一种无极变容式智能电容器，其特征在于：所述输出回路包括输出滤波回路、反馈回路，且输出滤波回路包含连接电抗器；所述反馈电路的输入端与输出滤波回路相连接、输出端经过传输电路与功率变换电路相连接。
7.根据权利要求1或权利要求4所述的一种无极变容式智能电容器，其特征在于：所述输出回路上并联有保护电路。
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