一种静止无功补偿装置的制作方法

本实用新型涉及无功补偿技术领域，尤其是涉及一种混合型的静止无功补偿装置。

背景技术：

静止无功补偿器(svc)由于具有结构简单、技术成熟、相对造价低廉等优点，目前是用户进行无功补偿时的首选，广泛的应用于输配电网、大型工厂、以及钢铁企业等场合。

svc一般由滤波补偿支路fc和晶闸管控制电抗器tcr支路组成。其中，fc支路的容量有两部分用途：一部分用来补偿系统无功功率，提高功率因数；另一部分用来平衡电抗器滞后无功，并在母线电压波动时稳定母线电压。然而，为了滤除电网输送电能中的高次谐波，各次fc支路须全部投入运行。此时，fc补偿的容性无功将超过系统中需要的容性无功而产生多余容性无功。因此，需要投入tcr支路，以平衡当前过度补偿的容性无功，由于此时fc支路和tcr支路均工作在电流较大的状态，当前这两种支路都会产生不必要的损耗(例如，多级fc支路产生大量的多余容性无功，并且tcr支路因大量多余容性无功的产生而需产生相应容量的感性无功予以平衡)。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种静止无功补偿装置，包括：补偿投退动作元件，其实时采集电网电压和电网电流，基于此，在确定当前无功补偿器无法提供电网系统所需的全部容性无功功率时，生成tsc投入指令；无功补偿器，其并接于电网输送线路，补偿与所述系统正常运行时所需的无功容量相符的第一无功功率；tsc支路，其并接于所述输送线路，在接收到所述tsc投入指令后，控制自身投入到所述输送线路中，以补偿电网系统运行在容性无功功率需求增大的异常情况下所需的除所述第一无功功率外的无功。

优选地，所述无功补偿器，包括：fc支路，其并接于所述输送线路，提供所述第一无功功率；tcr支路，其并接于所述输送线路，接收含有当前tcr晶闸管导通角信息的tcr投入指令，在该指令的控制下，输出与所述当前tcr晶闸管导通角相符的感性功率，以平衡在投入或未投入所述tsc支路时、所述无功补偿装置所提供的容性无功超出所述全部容性无功下对应的系统多余容性无功。

优选地，所述tcr支路，包括：tcr电流采集单元，其第一端与所述输送线路连接；tcr功率输出单元，其采用以第一结构为边的三角形连接结构，并以三相三角形接线方式与所述tcr电流采集单元的第二端连接，其中，所述第一结构为晶闸管器件与电抗器串联结构。

优选地，所述第一结构，包括：晶闸管、以及分别设置于所述晶闸管两端的第一相控电抗器和第二相控电抗器。

优选地，所述fc支路的进线端与所述输送线路连接，其中，所述fc支路包括自所述进线端开始依次连接的fc电流采集单元、fc电抗器和fc补偿电容组。

优选地，所述无功补偿器还包括预设数量的所述fc支路。

优选地，所述tsc支路的进线端与所述输送线路连接，其中，所述tsc支路包括自进线端开始依次连接的tsc电流采集单元、tsc补偿电容组、tsc限流电抗器和tsc功率输出单元，所述tsc功率输出单元集成于反并联晶闸管，所述tsc功率输出单元的末端采用三相星型接线方式。

优选地，所述装置还包括设置于各支路内的保护模块，其中，所述保护模块包含隔离开关单元和避雷器。

优选地，所述补偿投退动作元件，其根据所述电网电压和所述电网电流，检测当前是否发生电网网压跌落现象、或是否发生在预设的时间阈值内所述电网电压持续超过预设的电网安全运行电压阈值的现象，根据检测结果确定是否需要投入所述tsc支路，其中，在无需投入所述tsc支路时，生成相应的tsc退出指令，使得所述tsc支路，在所述tsc退出指令的控制下，从所述输送线路中退出。

优选地，所述补偿投退动作元件，其还在确定出需要投入所述tsc支路时，实时采集所述装置中各支路进线端的电流，根据各支路电流、所述电网电压和所述电网电流，计算所述系统多余容性无功，并得到相应的所述当前tcr晶闸管导通角。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本实用新型公开了一种静止无功补偿装置，其目的是将静止无功补偿器中fc支路中用来稳定电压的一部分容量分配给tsc支路，使得fc支路在正常工作时只需要提供补偿功率因数所需的无功(即电网系统正常运行时所需的无功)，降低无功补偿器svc在正常工作时的损耗。这样，在降低svc损耗的基础上，还能够稳定母线电压，并提高无功补偿装置的容量。本实用新型适用于负荷用电设备较多、且单台设备容量较大的场合，由于启动时会引起母线电压大幅降低，使得电网系统当前的容性无功的需求量突然增大。因此，针对这种情况，本实用新型的无功补偿装置具有更佳优秀的补偿效果，不但可以降低装置内tc支路和tcr支路中不必要功率的损耗，还能够在此基础上有效的抑制系统容性无功需求突然增大，带来的系统功率因数的波动，稳定母线电压和系统功率因数。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本申请实施例的静止无功补偿装置的整体结构图。

图2是本申请实施例的静止无功补偿装置的具体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

静止无功补偿器(svc)由于具有结构简单、技术成熟、相对造价低廉等优点，目前是用户进行无功补偿时的首选，广泛的应用于输配电网、大型工厂、以及钢铁企业等场合。

静止无功补偿器svc一般由滤波补偿支路fc和晶闸管控制电抗器tcr支路组成。其中，fc支路的容量有两部分用途：一部分用来补偿系统无功功率，提高功率因数；另一部分用来平衡电抗器滞后无功，并在母线电压波动时稳定母线电压。然而，为了滤除电网输送电能中的高次谐波，各次fc支路须全部投入运行。此时，fc补偿的容性无功将超过系统中需要的容性无功而产生多余容性无功。因此，需要投入tcr支路，以平衡当前过度补偿的容性无功，由于此时fc支路和tcr支路均工作在电流较大的状态，当前这两种支路都会产生不必要的损耗(例如，多级fc支路产生大量的多余容性无功，并且tcr支路因大量多余容性无功的产生而需产生相应容量的感性无功予以平衡)。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出了一种混合型的无功补偿装置。该装置将静止无功补偿器svc内的fc支路中用来稳定电压的一部分容量分配给tsc支路，使得fc支路在正常工作时只需要提供电网系统正常运行下的补偿功率因数所需的无功，降低静止无功补偿器svc在正常工作时产生的系统多余容性无功对应的损耗。进一步，在电网输送线路母线的电网电压跌落时，控制tsc支路投入到当前输送线路中，使得tsc支路(替代原fc支路中第二部分容量损耗)对电网系统网压跌落时所产生的大量容性无功需求进行补偿，稳定母线电压。这样，本实用新型通过在出现异常运行时将系统所需补偿的全部无功功率中的一部分分配给tsc支路的方式，降低了fc支路的不必要损耗，进一步达到提高无功补偿装置的容量的目的。

在对本实用新型的无功补偿装置的结构进行说明之前，需要先说明该装置所适应的场合。本实用新型提供的混合型无功补偿装置，应用于电网配电系统负荷用电设备较多、且单台负荷设备容量较大的情况，针对容量较大的负荷设备在启动时会引起母线电压大幅降低的场合，此时，会使得电网系统会发生在网压跌落或电网负荷中感性负荷突然增加的故障情况(也就是电网系统的异常运行阶段)。相应地，电网系统在发生这类异常时所对应的容性无功功率需求会突然增大，需要当前无功补偿装置向电网系统补偿更大容量的无功。针对这种情况，本实用新型采用投入tsc支路的技术方案，利用tsc支路补偿所需补偿的无功中增大的部分，保持无功补偿器仅提供在电网系统正常运行时所需的无功容量即可，以达到降低fc支路的不必要损耗的目的。因此，本实用新型在降低无功补偿器产生不必要损耗的基础上，可以有效的抑制母线电压降低或系统容性无功需求突然增大的情况，稳定系统功率因数和母线电压。

图1是本申请实施例的静止无功补偿装置的整体结构图。如图1所示，本发明所述的无功补偿装置至少包括：补偿投退动作元件100、无功补偿器200和tsc支路300。其中，无功补偿器200采用静止型的无功补偿器，且并接于电网输送线路母线中。tsc支路300也并接于电网输送线路母线中。进一步，补偿投退动作元件100用于实时采集电网电压和电网电流，基于此，在确定当前无功补偿器无法提供电网系统所需的全部容性无功功率时，生成tsc投入指令；无功补偿器200用于补偿与电网系统正常运行时所需的无功容量相符的第一无功功率；tsc支路300，用于在接收到来自补偿投退动作元件100发送的tsc投入指令后，控制自身投入到当前电网输送线路母线中，以补偿电网系统在异常运行时产生的容性无功功率需求增大的情况下对应的除第一无功功率外的无功功率。

图2是本申请实施例的静止无功补偿装置的具体结构示意图。下面结合图1和图2对本实用新型所述的静止无功补偿装置的具体结构和功能进行详细说明。

在本实用新型实施例中，补偿投退动作元件100可选用单片机芯片或可编程逻辑芯片等器件，承载无功补偿控制部分相关的程序内容。在具体实施过程中，需要补偿投退动作元件100通过电网电压采集单元tv实时采集电网配电系统末端实时输出的(补偿前的)电网电压，以及通过电网电流采集单元ta实时采集电网配电系统末端实时输出的(补偿前的)电网电流，根据采集到的电网电压和电网电流信息，确定当前无功补偿器无法提供电网系统所需的全部容性无功功率，也就是，需要确定当前电网系统是否运行在正常状态。其中，如果为正常状态，则仅需要利用无功补偿器200向电网系统提供当前所需的全部容性无功功率；如果为异常状态，则仅需要在无功补偿器200和tsc支路300的共同作用下，向电网系统提供当前所需的全部容性无功功率，此时，当前无功补偿器200无需提供电网系统所需的全部容性无功功率。

具体地，补偿投退动作元件100用于根据电网电压和电网电流，检测当前是否发生电网网压跌落现象、或是否发生在预设的时间阈值内所述电网电压持续超过预设的电网安全运行电压阈值的现象，需要根据检测结果，确定是否需要向当前电网输送线路中投入tsc支路300。其中，若发生上述两种现象均未发生，则确定当前电网系统处于正常运行状态，无需投入tsc支路300，立即生成相应的tsc退出指令，并将当前tsc退出指令发送至当前tsc支路300，使得当前tsc支路300在tsc退出指令的控制下，从输送线路中退出。此时，tsc支路300内的tsc功率输出单元t1在tsc退出指令的控制下，控制自身处于断开状态，无需向当前电网输送线路提供相应的容性功率。

进一步，无功补偿装置在正常运行时，首先，补偿投退动作元件100根据电网电压、电网电流、fc支路电流和tcr支路电流，来计算实际需要向电网系统补偿的第一无功功率(使得电网系统实际向电网负荷输出相应的无功功率后，经过本实用新型的无功补偿装置的第一无功功率的电压调节补偿作用后，向电网负荷提供具有高效功率因数的电力能量)、在电网系统正常运行情况下对应的当前系统多余容性无功、和用以平衡该多余容性功率的感性功率对应的当前tcr晶闸管导通角。

在本实用新型实施例中，为了达到降低fc支路的不必要损耗的效果，需要无功补偿器200内fc支路的无功补偿容量仅提供电网系统在正常运行情况下所需补偿的第一无功功率对应的相近的容量，此时，无需投入tsc支路，无功补偿器200内tcr支路只需要提供少量的感性无功来平衡系统中多余的容性无功。因此，在这种情况下补偿投退动作元件100计算出的当前tcr晶闸管导通角使得tcr支路仅输出少量的感性无功来平衡电网系统的多余容性无功。

另外，若发生上述任意一种现象或两种现象都发生，则确定当前电网系统处于异常运行状态，需要投入tsc支路300，立即生成相应的tsc投入指令，并将当前tsc投入指令发送至当前tsc支路300，使得当前tsc支300在tsc投入指令的控制下，投入到输送线路中。此时，tsc支路300内的tsc功率输出单元t1在tsc投入指令的控制下，控制自身处于导通状态，能够向当前电网输送线路提供相应的容性功率。

进一步，无功补偿装置在异常运行时，首先，补偿投退动作元件100根据电网电压、电网电流、fc支路电流、tcr支路电流和tsc支路电流，来计算实际需要向电网系统补偿的第一无功功率(使得电网系统实际向电网负荷输出相应的无功功率后，经过本实用新型的无功补偿装置的第一无功功率的电压调节补偿作用后，向电网负荷提供具有高效功率因数的电力能量)、在电网系统异常运行情况下对应的当前系统多余容性无功、和用以平衡该多余容性功率的感性功率对应的当前tcr晶闸管导通角。

如图1和图2所示，本实用新型所述的无功补偿器200进一步包括：fc支路210和tcr支路220，fc支路210、和tcr支路220均并接于当前电网输送线路中。其中，fc支路210用于提供电网系统在正常运行情况下所需补偿的第一无功功率。tcr支路220用于接收含有当前tcr晶闸管导通角信息的tcr投入指令，在该指令的控制下，输出与当前tcr晶闸管导通角相符的感性功率，以平衡在投入或未投入tsc支路300时、无功补偿装置可提供的容性无功超出全部容性无功下对应的系统多余容性无功。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，全部容性无功指的是电网系统达到高效电能输送时的功率因数对应的全部容性无功功率，在电网系统异常运行情况下，由于电网系统所对应的容性无功功率需求会突然增大，使得异常运行时的全部容性无功功率相较于正常运行情况时的全部容性无功功率会突然增大。进一步，在正常运行情况下，未投入tsc支路，此时，tcr支路220所提供的少量感性容量，用来平衡fc支路210所提供的当前所需补偿的第一无功功率超过正常运行情况时的全部容性无功功率的少量容性容量即可。在异常运行情况下，投入tsc支路，此时，tcr支路220所提供的少量感性容量，用来平衡fc支路210所提供的当前所需补偿的第一无功功率和tsc支路所提供的突然增大的容性功率的总和、超过异常运行情况时的全部容性无功功率的容性容量即可。因此，这两种电网运行情况所对应的tcr支路220所输出的感性功率的大小是不同的，故需要通过补偿投退动作元件100计算出实时调整的实时的tcr晶闸管导通角信息来控制tcr支路220所提供的感性容量大小。

具体地，如图2所示，fc支路210包括：fc电流采集单元ta3、fc电抗器l3和fc补偿电容组c3。其中，fc支路210的进线端与电网输送线路连接，自该支路进线端开始依次连接有fc电流采集单元ta3、fc电抗器l3和fc补偿电容组c3。fc电流采集单元ta3采用电流互感器，该单元ta3与补偿投退动作元件100连接，实时采集当前fc支路210进线端的电流(fc支路电流)并将该电流信息发送至补偿投退动作元件100中，使得补偿投退动作元件100参考当前fc支路电流数据计算当前系统多余容性无功。

另外，在本实用新型实施例中，无功补偿器200还包括预设数量的(两路以上)fc支路210。需要说明的是，此处的具体支路数量根据滤除的谐波次数来配置，并且需要考虑电网系统中的等效电感，避免所有fc支路与电网系统发生谐振情况。

进一步，tcr支路220包括：tcr电流采集单元ta2和tcr功率输出单元221。其中，tcr电流采集单元ta2的第一端作为当前tcr支路220的进线端、与当前电网输送线路连接，tcr功率输出单元221以三相三角形接线方式与tcr电流采集单元ta2的第二端连接。tcr电流采集单元ta2采用电流互感器，该单元ta2与补偿投退动作元件100连接，实时采集当前tcr支路220进线端的电流(tcr支路电流)并将该电流信息发送至补偿投退动作元件100中，使得补偿投退动作元件100参考当前tcr支路电流数据计算当前系统多余容性无功。更具体地说，上述tcr功率输出单元221采用以第一结构为边的三角形连接结构，其中，第一结构为晶闸管器件与电抗器串联结构。tcr功率输出单元221接收补偿投退动作元件100发送的tcr投入指令，在当前tcr投入指令的控制下，调整该单元221内部各个晶闸管的导通或断开状态、及各晶闸管的通断动作时机，输出满足当前tcr晶闸管导通角的感性功率，从而无论在电网系统正常运行状态还是异常运行状态下都能够输出、用于平衡当前系统运行情况下对应的系统多余容性无功的感性无功功率。

优选地，如图2所示，上述第一结构至少包括：tcr晶闸管t2、第一相控电抗器l21和第二相控电抗器l22。其中，第一相控电抗器l21、和第二相控电抗器l22分别设置与tcr晶闸管t2两端。更优选地，tcr晶闸管t2集成于反并联晶闸管。

进一步，继续参考图2，本实用新型所述的tsc支路300包括：tsc电流采集单元ta1、tsc补偿电容组c1、tsc限流电抗器l1和tsc功率输出单元t1。其中，tsc支路300的进线端与电网输送线路连接，自该支路进线端开始依次连接有tsc电流采集单元ta1、tsc补偿电容组c1、tsc限流电抗器l1和tsc功率输出单元t1。tsc电流采集单元ta1采用电流互感器，该单元ta1与补偿投退动作元件100连接，实时采集当前tsc支路300进线端的电流(tsc支路电流)并将该电流信息发送至补偿投退动作元件100中，使得补偿投退动作元件100参考当前tsc支路电流数据计算当前系统多余容性无功。tsc功率输出单元t1采用反并联晶闸管，其一端与tsc限流电抗器l1连接，另一端采用三相星型接线方式连接。

除此之外，本实用新型所述的静止无功补偿装置还包括设置于各支路内的保护模块。具体地，该装置中的每个支路(tsc支路、tcr支路及fc支路)配置有相应的保护模块。其中，保护模块包括隔离开关和避雷器。

具体地，在fc支路210中，fc电流采集单元ta3与fc电抗器l3之间依次设置有相应的fc隔离开关qs3和fc避雷器fv3。fc避雷器fv3用于保护fc支路210内的各电气设备免受雷击时的高瞬态高压的危害并限制续流时间，以进行过电压保护。fc隔离开关qs3在电网系统故障或当前fc支路210发生过流故障时，在补偿投退动作元件100的控制下处于断开状态，将该支路内部电气设备与电网线路隔离开来。

在tcr支路220中，tcr电流采集单元ta2与tcr功率输出单元221之间依次设置有相应的tcr隔离开关qs2和tcr避雷器fv2。tcr避雷器fv2用于保护tcr支路220内的各电气设备免受雷击时的高瞬态高压的危害并限制续流时间，以进行过电压保护。tcr隔离开关qs2在电网系统故障或当前tcr支路220发生过流故障时，在补偿投退动作元件100的控制下处于断开状态，将该支路内部电气设备与电网线路隔离开来。

在tsc支路300中，tsc电流采集单元ta1与tsc补偿电容组c1之间依次设置有相应的tsc隔离开关qs1和tsc避雷器fv1。tsc避雷器fv1用于保护tsc支路300内的各电气设备免受雷击时的高瞬态高压的危害并限制续流时间，以进行过电压保护。tsc隔离开关qs1在电网系统故障或当前tsc支路300发生过流故障时，在补偿投退动作元件100的控制下处于断开状态，将该支路内部电气设备与电网线路隔离开来。

第一个示例，当电网系统中感性负荷突然增加、或者母线电压发生跌落(即当前系统处于异常工作状态时)时，当前电网系统中需要大量的容性无功，此时，补偿投退动作元件100发出触发信号，控制tsc支路300投入运行，同时计算投入tsc支路300后系统中的多余容性无功，并调整tcr晶闸管的导通角，调节感性无功的输出，以平衡系统在异常运行情况下的多余容性无功，从而提高实际输入至电网系统的功率因数。

第二个示例，当控制器检测到感性负荷恢复或母线电压稳定(即当前系统处于正常工作状态时)后，补偿投退动作元件100发出触发信号，控制tsc支路300切除，同时计算未投入tsc支路300后系统中的多余容性无功，并调整tcr晶闸管的导通角，调节感性无功的输出，以平衡系统在正常运行情况下的多余容性无功，从而稳定系统的功率因数和母线电压。

本实用新型公开了一种静止无功补偿装置，本实用新型的目的是将静止无功补偿器中fc支路中用来稳定电压的一部分容量分配给tsc支路，使得fc支路在正常工作时只需要提供补偿功率因数所需的无功(即电网系统正常运行时所需的无功)，降低无功补偿器svc在正常工作时的损耗。进一步，在母线电压跌落时通过投入tsc支路的方式，将系统所需全部容量中的一部分分配给tsc支路来补偿，这样，在降低svc损耗的基础上，还能够稳定母线电压，并提高无功补偿装置的容量。

本实用新型适用于负荷用电设备较多、且单台设备容量较大的场合，由于启动时会引起母线电压大幅降低，使得电网系统当前的容性无功的需求量突然增大。因此，针对这种情况，本实用新型的无功补偿装置具有更佳优秀的补偿效果，不但可以降低装置内tc支路和tcr支路中不必要功率的损耗，还能够在此基础上有效的抑制系统容性无功需求突然增大，带来的系统功率因数的波动，稳定母线电压和系统功率因数。

虽然本实用新型所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。