一種適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置制造方法
【專利摘要】一種適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，目的是解決新能源發(fā)電系統(tǒng)因諧波大、功率因數低而對電網造成沖擊的問題。它包括SVG靜止無功發(fā)生器、TSC型靜止無功補償器和并聯(lián)協(xié)調控制器，所述SVG靜止無功發(fā)生器與TSC型靜止無功補償器并聯(lián)接入電網系統(tǒng)，二者的控制器通過通信接口與并聯(lián)協(xié)調控制器連接。本發(fā)明將SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器有機結合在一起，使二者優(yōu)勢互補，該裝置可有效避免新能源發(fā)電系統(tǒng)并網時對電網造成的不良影響，從而改善了無功補償效果，提高了電網的電能質量。
【專利說明】—種適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可使新能源發(fā)電系統(tǒng)順利并網的基于SVG靜止無功發(fā)生器和TSC靜止無功補償的無功補償裝置，屬于輸配電【技術領域】。

【背景技術】
[0002]新能源發(fā)電系統(tǒng)(如光伏發(fā)電系統(tǒng)、風能發(fā)電系統(tǒng)等)普遍存在功率因數低、諧波大的問題，因此在接入電網系統(tǒng)時需要使用具有無功補償和濾波能力并且可以實現無極調節(jié)的設備對其電能質量進行處理。
[0003]目前，用于處理電能質量的設備很多，它們的特點各不相同。SVG靜止無功發(fā)生器是一種無功補償設備，它可以快速、平滑地補償電力系統(tǒng)中存在的容性、感性無功功率，抑制電壓閃變等，并且具有起動無沖擊、調節(jié)平滑無極性、響應速度快、占地面積小、安裝調試周期短等優(yōu)點。但是其濾除諧波的能力有限，并且由于其補償的感性容量、容性容量是相等的，所以在感性、容性無功需求不均等的場合，其補償能力便會出現不足。TSC型靜止無功補償器是基于無觸點開關投切電容器的配電系統(tǒng)補償設備，它的主要特征就是補償變化負載的無功需求，而且沒有機械動作部分，可以按照需要進行頻繁投切，不會向系統(tǒng)注入諧波。而其另外一個最大的特點就是可以通過檢測同步信號的過零點來控制晶閘管的開通和關斷，實現電容器的無電弧投入和退出，最大限度地減小對電網的沖擊。并且其還可以通過配置電容器和電抗器的參數組成不同的濾波支路，其濾波能力可以根據現場諧波和無功特點進行針對性設計，但是其補償容量不能實現平滑調節(jié)，只能是進行有級調節(jié)?？傊?，現有的無功補償裝置均不夠理想，無法消除新能源發(fā)電系統(tǒng)并網給電網造成的不利影響。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，減小新能源并網發(fā)電對電網造成的沖擊。
[0005]本發(fā)明所述問題是以下述技術方案實現的:
一種適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，構成中包括SVG靜止無功發(fā)生器、TSC型靜止無功補償器和并聯(lián)協(xié)調控制器，所述SVG靜止無功發(fā)生器與TSC型靜止無功補償器并聯(lián)接入電網系統(tǒng)，二者的控制器通過通信接口與并聯(lián)協(xié)調控制器連接，該無功補償裝置按以下方式運作:
SVG靜止無功發(fā)生器的控制器與TSC型靜止無功補償器的控制器通過其PCC母線檢測系統(tǒng)對系統(tǒng)的電壓、電流進行實時檢測，根據檢測數據計算系統(tǒng)無功功率和諧波容量并將計算結果送入并聯(lián)協(xié)調控制器，并聯(lián)協(xié)調控制器根據系統(tǒng)無功功率和諧波容量的大小控制SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器的運行模式:
①當系統(tǒng)只需無功補償時，并聯(lián)協(xié)調控制器控制SVG靜止無功發(fā)生器獨立工作，由SVG靜止無功發(fā)生器輸出PCC母線所需要的無功容量；
②當系統(tǒng)同時需要濾除諧波和無功補償時，并聯(lián)協(xié)調控制器控制SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器同時運行并對二者進行協(xié)調控制:
并聯(lián)協(xié)調控制器首先根據諧波類型分配TSC濾波支路，將諧波濾除，然后按下式確定SVG靜止無功發(fā)生器的補償容量:SVG靜止無功發(fā)生器的補償容量=系統(tǒng)無功功率-投入TSC濾波支路的補償容量之和；
③當系統(tǒng)只需要濾除諧波時，并聯(lián)協(xié)調控制器控制TSC型靜止無功補償器單獨工作，由TSC型靜止無功補償器的控制器根據諧波類型分配TSC濾波支路。
[0006]上述適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，所述TSC型靜止無功補償器的每個TSC濾波支路包括電容、電抗器和兩個晶閘管，兩個晶閘管反并聯(lián)連接后一端接PCC母線，另一端依次經電抗器和電容接地，兩個晶閘管的柵極接TSC型靜止無功補償器的控制器。
[0007]上述適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，所述SVG靜止無功發(fā)生器通過變壓器與PCC母線連接。
[0008]上述適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，所述并聯(lián)協(xié)調控制器采用復雜可編程邏輯控制器。
[0009]上述適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，所述復雜可編程邏輯控制器的數據輸出接口上接有狀態(tài)顯示器。
[0010]本發(fā)明將SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器有機結合在一起，使二者優(yōu)勢互補，該裝置可有效避免新能源發(fā)電系統(tǒng)并網時對電網造成的不良影響，從而改善了無功補償效果，提高了電網的電能質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
[0012]圖1為本發(fā)明的電原理圖；
圖2為SVG單獨運行控制流程圖；
圖3為TSC單獨運行控制流程圖；
圖4為SVG+TSC并聯(lián)協(xié)調運行控制流程圖。
[0013]圖中和文中各符號為:Ul、TSC型靜止無功補償器的控制器；U2、SVG靜止無功發(fā)生器的控制器；U3、并聯(lián)協(xié)調控制器；XS、顯示器；LB1、三次TSC濾波支路；LB2、五次TSC濾波支路；LB3、七次TSC濾波支路；SVG、SVG靜止無功發(fā)生器；Q1、第一晶閘管；Q2、第二晶閘管山、電抗器；c、電容；τ、變壓器。

【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明的目的是為了解決新能源發(fā)電系統(tǒng)因諧波大、功率因數低而對電網造成沖擊的問題，該裝置可以克服SVG靜止無功發(fā)生器、TSC靜止無功補償器單獨運行存在的缺點，實現了 SVG+TSC的協(xié)調控制，使光伏發(fā)電系統(tǒng)順利并網，不會對電網帶來任何不利的影響。
[0015]本發(fā)明的技術方案是將SVG靜止無功發(fā)生器、TSC靜止無功補償器并聯(lián)接入電網系統(tǒng)，并通過并聯(lián)協(xié)調控制器進行協(xié)調控制。
[0016]并聯(lián)協(xié)調控制器根據系統(tǒng)無功功率和諧波容量的大小控制SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器按以下三種模式運行:
①SVG靜止無功發(fā)生器獨立工作。由PCC母線檢測系統(tǒng)對系統(tǒng)的電壓電流等進行檢測，檢測結果送達綜合控制系統(tǒng)，綜合控制系統(tǒng)經過計算后，將控制命令下發(fā)到執(zhí)行系統(tǒng)(功率柜各個功率模塊)，進行無功容量的輸出，在此過程中會由SVG支路電流檢測系統(tǒng)進行閉環(huán)控制，保證功率柜輸出的容量為PCC母線所需要的無功容量，在此過程中保護系統(tǒng)起到保護設備的作用。
[0017]②TSC靜止無功補償器單獨工作。由母線檢測系統(tǒng)自動檢測需要補償母線的電壓和電流信號，后將信號傳遞給綜合控制系統(tǒng)進行計算和處理，當無功電流超過整定值時，自動判斷出需要投入電容器組的級數，后由控制器將控制信號下發(fā)給指定的晶閘管閥組，使之導通將電容器投入運行，當負載無功電流值低于整定值時，控制器會給出控制信號，觸發(fā)器將停止觸發(fā)，使電容器退出運行。
[0018]③TSC靜止無功補償器和SVG靜止無功發(fā)生器在并聯(lián)協(xié)調控制器的控制下同時運行，并聯(lián)協(xié)調控制器采樣可編程邏輯控制器?？删幊踢壿嬁刂破鬟x用型號為EPM7160，此器件具有編程靈活、集成程度高、設計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設計制造成本低、保密性強等優(yōu)點，可實現較大規(guī)模的電路設計，其最大的優(yōu)點是純硬件電路進行計算，因此速度較之前控制芯片要快，用于對時間要求較高的SVG和TSC控制系統(tǒng)比較合適?？刂葡到y(tǒng)工作時，并聯(lián)協(xié)調控制器先從SC靜止無功補償器和SVG靜止無功發(fā)生器的控制器讀取系統(tǒng)無功功率和諧波容量(也可以利用自帶的母線檢測系統(tǒng)自動檢測需要補償母線的電壓和電流信號，并對系統(tǒng)無功功率和諧波容量進行計算)，然后進行容量分配和濾波支路分配，其工作過程是并聯(lián)協(xié)調控制系統(tǒng)在檢測到系統(tǒng)無功和諧波容量后根據不同諧波類型進行不同的TSC濾波支路的分配，達到有效濾除諧波的目的，并根據投入TSC濾波支路的補償容量確定SVG靜止無功發(fā)生器的補償容量，對SVG靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)下發(fā)容量觸發(fā)信號，SVG系統(tǒng)根據此信號發(fā)出系統(tǒng)所需要的無功類型和無功容量。
[0019]TSC濾波支路可以根據諧波的次數和諧波電流大小進行配置。
[0020]一個控制實例是:
若一個新能源發(fā)電系統(tǒng)的TSC支路分配為四路，參數分別為①電抗率11.67%，容量為IMvar，此支路用于濾除3次諧波電抗率4.20%,容量IMvar，此支路用于濾除5次諧波；
③電抗率2.20%,容量lMvar，此支路用于濾除7次諧波。當電網參數為3次和5次諧波，無功容量為感性5Mvar時，則需要投入TSC支路①和②，將3次諧波和5次諧波濾除，并能補償2Mvar的感性無功，電網剩余3Mvar感性無功則由SVG支路來補償。
【權利要求】
1.一種適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，其特征是，它包括SVG靜止無功發(fā)生器、TSC型靜止無功補償器和并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)，所述SVG靜止無功發(fā)生器與TSC型靜止無功補償器并聯(lián)接入電網系統(tǒng)，所述SVG靜止無功發(fā)生器與TSC型靜止無功補償器的控制器通過通信接口與并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)連接； 所述無功補償裝置按以下方式運作: SVG靜止無功發(fā)生器的控制器(U2)與TSC型靜止無功補償器的控制器(Ul)通過其PCC母線檢測系統(tǒng)對系統(tǒng)的電壓、電流進行實時檢測，根據檢測數據計算系統(tǒng)無功功率和諧波容量并將計算結果送入并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)，并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)根據系統(tǒng)無功功率和諧波容量的大小控制SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器的運行模式: ①當系統(tǒng)只需無功補償時，并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)控制SVG靜止無功發(fā)生器獨立工作，由SVG靜止無功發(fā)生器輸出PCC母線所需要的無功容量； ②當系統(tǒng)同時需要濾除諧波和無功補償時，并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)控制SVG靜止無功發(fā)生器和TSC型靜止無功補償器同時運行并對二者進行協(xié)調控制: 并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)首先根據諧波類型分配TSC濾波支路，將諧波濾除，然后按下式確定SVG靜止無功發(fā)生器的補償容量:SVG靜止無功發(fā)生器的補償容量=系統(tǒng)無功功率-投入TSC濾波支路的補償容量之和； ③當系統(tǒng)只需濾除諧波時，并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)控制TSC型靜止無功補償器單獨工作，由TSC型靜止無功補償器的控制器(Ul)根據諧波類型分配TSC濾波支路。
2.根據權利要求1所述的適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，其特征是，所述TSC型靜止無功補償器的每個TSC濾波支路包括電容(C)、電抗器(L)和兩個晶閘管，兩個晶閘管反并聯(lián)連接后一端接PCC母線，另一端依次經電抗器(L)和電容(C)接地，兩個晶閘管的柵極接TSC型靜止無功補償器的控制器(Ul)。
3.根據權利要求1或2所述的適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，其特征是，所述SVG靜止無功發(fā)生器通過變壓器(T)與PCC母線連接。
4.根據權利要求3所述的適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，其特征是，所述并聯(lián)協(xié)調控制器(U3)采用復雜可編程邏輯控制器，型號為EPM7160。
5.根據權利要求4所述的適用于新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的無功補償裝置，其特征是，所述復雜可編程邏輯控制器的數據輸出接口上接有狀態(tài)顯示器(XS)。
【文檔編號】H02J3/18GK104135016SQ201410411159
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權日:2014年8月20日
【發(fā)明者】劉勝軍, 郭亞成, 喬紅軍, 陳占群, 盧衛(wèi)城, 王聰利, 梁海濤, 相振沛, 安麗麗, 梁春峰 申請人:國家電網公司, 國網河北省電力公司, 國網河北省電力公司保定供電分公司, 保定市尤耐特電氣有限公司