用于在高壓電網(wǎng)中補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于在高壓電網(wǎng)中補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖1示出了用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的常規(guī)裝置1。電容器2與電池3并聯(lián) 連接，運(yùn)些部件通過(guò)變流器4與交流電網(wǎng)的=相連接。電容器2和電池3連接在變流器4 的直流電壓側(cè)。電容器2用于補(bǔ)償無(wú)功功率，電池3用于補(bǔ)償有功功率。變流器4對(duì)于每 一相包括多個(gè)串聯(lián)連接的子模塊5,W達(dá)到在高壓電網(wǎng)中需要的耐壓強(qiáng)度。借助開關(guān)7、8可 W使電池3與裝置1的其余部件分離。
[0003] 圖2示出了所述子模塊5的例子，其由晶體管和二極管組成。
[0004] 圖3示出了一種替代的子模塊6,其由半橋組成，該半橋由半導(dǎo)體組件和電容器組 成。 陽(yáng)0化]當(dāng)然，借助圖1-3解釋的運(yùn)些用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的常規(guī)裝置具有一些 問題。如果在持續(xù)運(yùn)行中補(bǔ)償無(wú)功功率，則在電容器2和電池3中始終有電流流動(dòng)，該電流 導(dǎo)致發(fā)熱，并由此降低敏感組件的壽命。
[0006] 如果電池3上的電壓小于電網(wǎng)電壓，則充電電流不受控地流過(guò)圖2和3中示出的 子模塊的二極管。由于大容量的儲(chǔ)能器，在放電后的儲(chǔ)能器的情況下在接通所述裝置時(shí)可 能會(huì)流過(guò)特別大的電流，運(yùn)導(dǎo)致對(duì)于高壓電網(wǎng)和變流器4的負(fù)面結(jié)果。
[0007] 當(dāng)代替電池3而設(shè)置雙層電容器作為儲(chǔ)能器時(shí)出現(xiàn)另一個(gè)問題。當(dāng)恢復(fù)所儲(chǔ)存的 能量時(shí)，電容器電壓隨著電壓平方根降低。因?yàn)椴辉试S儲(chǔ)能器上的電壓小于高壓電網(wǎng)中的 電壓，所W必須考慮對(duì)能量產(chǎn)量的主要限制。當(dāng)使用電池作為儲(chǔ)能器時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似的問 題。
[0008] 在文獻(xiàn)WO2010/124706Al中建議一種模塊式的多級(jí)變流器，其中儲(chǔ)能器模塊直 接集成在變流器的各個(gè)子模塊中。使用了 斬波器"或電壓互感器形式的電力電子單元， W便將儲(chǔ)能器與子模塊禪接。當(dāng)然，所需的電力電子和對(duì)應(yīng)的扼流圈造成可觀的制造費(fèi)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于在高壓電網(wǎng)中補(bǔ)償無(wú)功功率和 有功功率的裝置，其更簡(jiǎn)單地制造。
[0010] 為解決該技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置開頭提到類型的裝置，其具有：第一變流器， 被構(gòu)造用于補(bǔ)償有功功率；W及串聯(lián)連接的第二變流器，被構(gòu)造用于補(bǔ)償無(wú)功功率；其中 由所述裝置提供或可輸出的電壓相當(dāng)于第一變流器的電壓與第二變流器的電壓的總和。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明通過(guò)具有兩個(gè)串聯(lián)連接的變流器的裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問 題，其中第一變流器被設(shè)計(jì)用于有功功率補(bǔ)償，而第二變流器用于無(wú)功功率補(bǔ)償。在根據(jù)本 發(fā)明的裝置中重要的是，變流器裝置的電壓相當(dāng)于兩個(gè)變流器的電壓的總和。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述裝置具有控制單元，其被構(gòu)造用于測(cè)量高壓電網(wǎng)中存在的 電壓和電流，并且將由第一和第二變流器輸出的電壓規(guī)定為使得從高壓電網(wǎng)接受或向高壓 電網(wǎng)饋入所需的有功功率P和無(wú)功功率Q。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述控制單元將兩個(gè)變流器控制為使得第一變流器單獨(dú)補(bǔ)償有 功功率，而第二變流器單獨(dú)補(bǔ)償無(wú)功功率。
[0014] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括，被設(shè)置用于補(bǔ)償有功功率的第一變流器具有至少一個(gè) 儲(chǔ)能元件或者與儲(chǔ)能器連接。所述儲(chǔ)能元件可W有利地被構(gòu)造為電容器或雙層電容器或電 池。
[0015] 優(yōu)選所述第一變流器和/或第二變流器具有扼流圈。
[0016] 在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，控制單元可W被構(gòu)造為，將由第一變流器輸出的電壓調(diào) 整為使得該電壓的相位與流過(guò)該變流器的電流的相位相同或相反。有利地可W設(shè)置為，控 制單元控制用于無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖兞髌?，使得流過(guò)電容器的電流被限制。
[0017] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括，兩個(gè)變流器分別具有H橋，其優(yōu)選由功率半導(dǎo)體開關(guān) 構(gòu)成。兩個(gè)變流器優(yōu)選分別構(gòu)造為=相。所述變流器可W按照星形電路或=角形電路連接。
【附圖說(shuō)明】
[0018] W下借助實(shí)施例并結(jié)合附圖解釋本發(fā)明。附圖示意性顯示和示出了 ：
[0019] 圖1示出了用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的常規(guī)裝置；
[0020] 圖2和3示出了圖1的常規(guī)裝置的子模塊；
[0021] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置；
[0022] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的等效電路圖；
[0023] 圖6-11示出了在所述裝置中出現(xiàn)的電壓和電流的向量圖；
[0024] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置的另一個(gè)實(shí)施 例；
[0025] 圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置的另一個(gè)實(shí)施 例；
[00%] 圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置的另一個(gè)實(shí)施 例；
[0027] 圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個(gè)實(shí)施例；
[0028] 圖16-18示出了根據(jù)本發(fā)明的用于補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置的其它實(shí)施 例；化及
[0029] 圖19-22示出了圖16-18所示裝置的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖4示出了用于在高壓電網(wǎng)中補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的裝置，具有：第一變流 器CW，被構(gòu)造用于補(bǔ)償有功功率；W及與其串聯(lián)連接的第二變流器CVAR，被構(gòu)造用于補(bǔ)償 無(wú)功功率。兩個(gè)變流器CWXVAR與控制單元9連接。圖4示出的具有兩個(gè)變流器CWXVAR 的裝置10可W連接在電網(wǎng)的相之間。替代地可W設(shè)置支路，從而形成=角形電路或具有所 連接的星點(diǎn)（Ster噸unkt)的星形電路。
[003U在所述裝置10中重要的是，由兩個(gè)變流器CWXVAR的電壓的總和構(gòu)成電壓（總電 壓），在此可W是單個(gè)相電壓也可W是多相電壓。變流器CVAR由如圖I所示裝置的單個(gè)子 模塊組成，因?yàn)槠鋬H需要補(bǔ)償無(wú)功功率，所W既不需要電池也不需要開關(guān)。
[0032] 向控制單元9輸入信號(hào)，其相當(dāng)于在高壓電網(wǎng)中測(cè)量的電參量。控制單元9為此 具有調(diào)整器12,其是控制單元9的組成部分并且確定從高壓電網(wǎng)接受的或饋入該電網(wǎng)的無(wú) 功功率和有功功率。通過(guò)計(jì)算單元11為變流器CVAR和CW計(jì)算電壓U。胃和Uew，從而分別通 過(guò)變流器CVAR、CW轉(zhuǎn)換由調(diào)整器12確定的無(wú)功功率和有功功率。為兩個(gè)變流器CW、CVAR 分別設(shè)置變流器控制單元13、14,W便控制功率半導(dǎo)體開關(guān)。
[0033] 借助圖5的等效電路解釋裝置10的工作原理。在等效電路15中通過(guò)兩個(gè)電壓源 11"和UCVAKW及電感L考慮兩個(gè)變流器CW、CVAR和變流器電感。電感L在變流器中W扼流 圈實(shí)現(xiàn)，替代地也可W是分散的。變流器裝置的總電壓（即電壓UsJ由兩個(gè)電壓源1]"和 Ucvw的電壓的總和得出。電網(wǎng)電壓（即所述裝置的端子上的電壓）通過(guò)電壓源UWT表示。 電壓化是在電感L上衍生的電壓。IL是根據(jù)等效電路15中的電壓和電感得出的電流。
[0034] 在解釋功能和控制原理時(shí)，忽略了電感L和變流器CW和CVAR中的電阻和由此產(chǎn) 生的損耗，因?yàn)檫\(yùn)些值相對(duì)較小。
[0035] 根據(jù)圖5示出的等效電路15得到W下公式，其中P表示從電網(wǎng)流向裝置的有功功 率，0表示從電網(wǎng)流向裝置的無(wú)功功率?？s寫、表示電感1的電抗。從)(^中看出，^下公 式中的所有參量都是復(fù)數(shù)的，即，它們具有實(shí)部和虛部。如技術(shù)人員明顯看出的，UwT、U"、 UcvAK、化、L是交流電壓和交流電流，在W下公式中使用了其有效值。對(duì)于圖5的等效電路 15滿足W下公式：
W37]
[003引 Usum-U肥廣化
[0039] 為了使變流器CW承擔(dān)全部有功功率并且僅參與有功功率，電壓U"與電流I^必須 相位相同，因?yàn)長(zhǎng)也是流過(guò)變流器Uct的電流。另一方面，電壓11"是Usum的分量。由此得 到W下公式：
陽(yáng)OW 由此得到電壓
[00 創(chuàng) Ucvar=Usum-Ucm 陽(yáng)0創(chuàng) 由此得到，Ucvak與I之間的相位差是90度，因此變流器CVAR僅參與無(wú)功功率。由 此可W替代地如下計(jì)算Uc胃：
[0045] W下借助圖6-11解釋所述裝置補(bǔ)償無(wú)功功率和有功功率的工作原理，在此設(shè)及 所出現(xiàn)的電壓的向量圖。對(duì)于運(yùn)些圖表，假設(shè)了典型的值例如Uwt=IOOkV和X尸IOOQ。 可W看出，電壓化等于Uwt與Usum之間的差。另外，在向量圖中還示出了電流IL。已知電流 L總是比電壓U郝后90度。在圖6至11的例子中，電網(wǎng)電壓UWT分別提供參考相化因此 其相位等于0,因此通過(guò)水平的向量表示電網(wǎng)電壓UweT。
[0046] 從圖6-9中得出，負(fù)責(zé)補(bǔ)償無(wú)功功率的變流器CVAR的電壓Uc胃與電網(wǎng)電壓的相位 不同。
[0047] 圖6示出了所述裝置接受1(MW正的有功功率和IOMVAR正的無(wú)功功率的情況。從 電網(wǎng)角度，所述裝置因此被視為電阻和扼流圈。如上所述，L比電壓Uj帶后90度。電壓U" 與L相位相同，因?yàn)橛泄β适钦?。電壓UCVAK比IJg前90度，因?yàn)闊o(wú)功功率是正的。 W48] 圖7示出了所述裝置提供10麗負(fù)的有功功率和IOMVAR正的無(wú)功功率的情況。相 應(yīng)地，所述裝置作為發(fā)電機(jī)和電容器工作。電壓Ucw與IL相位相反，并且電壓UCVAK比IL滯 后90度。 W例圖8示出了所述裝置接受10麗正的有功功率和提供IOMVAR負(fù)的無(wú)功功率的情 況，因此從電網(wǎng)角度所述裝置被視為電阻和電容器。電壓Ucw與IJ勺相位相同，并且電壓 Ucvak比I細(xì)'后90度。
[0050] 圖9示出了所述裝置提供10麗（負(fù)的有功功率）并且接受大約IOMVAR的情況，如 同發(fā)電機(jī)和扼流圈。電壓&,和IL的相位相反，并且電壓UtvAK比I前90度。
[0051] 圖10示出了所述裝置只接受有功功率的特殊情況。因此，電壓UwT、Ucw和電流IL 彼此相位相同。另外，成￡1和U"具有相等的絕對(duì)值。變流器CVAR通過(guò)其電壓UCTAK抵消扼