无源滤波与有源无功补偿器组合装置 [0001] 技术领域 [0002] 本发明涉及一种用于供电系统的谐波滤波和无功补偿装置，特别是指无源滤波和有源无功补偿器的混合装置。 [0003] 背景技术 [0004] 无源滤波和有源无功补偿器的混合装置可以向电网注入连续可调的超前或滞后的无功功率。现有混合装置的电路结构一般有两种，图1所示的电路结构为第一种：假设该电路系统可补偿的无功总容量为Q，无源滤波部分包含三条支路，分别是5次单调谐支路、7次单调谐支路和11次高通支路，无源部分的总容量为Q/2，三条支路的容量根据实际系统的要求可以相等也可以不等；有源无功补偿器20的容量和无源滤波部分的总容量相等，也为Q/2；系统运行时，5、7、11次支路同时投入，可以补偿Q/2的无功功率，同时滤除5、7、11次及其他高次谐波，有源无功补偿器20根据系统实时检测的结果连续补偿超前或滞后的无功功率，与无源支路配合，实现容量0-Q之间的连续无功补偿。这种结构的缺点是： [0005] 1.有源无功补偿器的容量与无源滤波部分的总容量相等，在系统要求补偿的无功很大时，相应的系统总容量很大，造成有源部分容量很大，成本高(相同容量的有源无功补偿器的成本一般是无源滤波部分的5倍以上)，同时效率低，造成了整个系统的一次性投入成本很高。 [0006] 2.由于无源滤波部分系统运行时无投切处理，也就是说无源滤波部分在系统运行时是固定投入的，这样在系统外部不需要补偿无功功率时，有源无功补偿器要发出超前无功，来补偿无源滤波部分的超前无功，造成有源部分满负荷运行，损耗大。 [0007] 第二种常用的无源滤波和有源无功补偿器的混合装置的电路结构见图2所示，其电路结构与上述的电路结构相同，但系统的运行方式不同，无源部分和有源部分的容量分配也与上述结构不同。假设系统可以补偿的无功的总容量为Q，无源部分的三条支路的容量和有源补偿器20的容量为一相等量，即Q有源＝Q5＝Q7＝Q11＝Q/4，这样有源部分的容量仅为系统总容量的1/4，比第一种结构减少一半，成本相应降低，同时损耗降低。但是这种结构在系统运行时，是根据检测的无功功率的大小，分别依次投切无源滤波的5、7、11次支路：即投入无源部分的次序是先投入5次支路，再投入7次，然后是11次，在切除时，先切除11次，再切除7次，最后切除5次支路，因此系统如果不是满负荷运行时，无源滤波部分只会投入部分支路，这样只能滤除部分谐波，致使系统的滤波效果不好，且滤波支路容易谐波过载。 [0008] 发明内容 [0009] 本发明要解决的技术问题是提供一种能保证电路系统的滤波效果，同时减低系统制造成本、运营和维护费用的无源滤波与有源无功补偿器组合装置。 [0010] 为解决上述技术问题，本发明的无源滤波与有源无功补偿器组合装置由n+1条支路组成，包括无源无功补偿部分和有源无功补偿部分：无源无功补偿部分由n(n＞1)个结构相同的无源无功补偿模块组成，每个无源无功补偿模块通过一接触器与补偿电网相连，无源无功补偿模块由无源滤波支路组成，各无源无功补偿模块的结构相同且容量相等；有源无功补偿部分包括一有源无功补偿器，该有源无功补偿器的容量与一个无源无功补偿模块的容量相等；当检测到系统要补偿无功功率小于有源无功补偿器的剩余容量时，系统利用有源无功补偿器调节来补偿所需的无功容量，当系统实际运行要补偿的无功功率大于有源无功补偿器的剩余容量时，系统利用接触器自动投入(滞后时)或者切除(超前时)无源无功补偿模块来补偿实际需要补偿的无功功率。 [0011] 本发明的无源滤波与有源无功补偿器组合装置，只要利用1个有源无功补偿器和依次投切n个无源无功补偿模块，就可以实现在-Q/(n+1)～Q之间变化的无功进行连续动态的补偿调节。同现有技术中的第一种结构相比，由于本发明的有源无功补偿器的容量仅为系统总容量的1/(1+n)，其中n＞1，故有效减低了有源无功补偿器的容量，因有源无功补偿器的价格约为同等容量的无源滤波部分价格的5倍以上，故制造成本降低，并且由于有源无功补偿器的容量降低，使补偿器的控制更加简单，系统可靠性更高，进一步降低系统的运营维护成本。同现有技术中的第二种结构相比，本发明的无源滤波与有源无功补偿器组合装置，不管系统处于满负荷运行还是只投入部分模块运行，投入的无源无功补偿模块中，单调谐和高通滤波支路同时工作，所以系统的谐波滤波效果好，且随着无功容量的增大，投入的无源无功补偿模块也增多，因此不会发生模块过载的情况。此外，由于有源无功补偿的效率较无源无功补偿的效率低，本发明在系统无须无功的情况下，可以切除所有的支路，因此系统的运营成本和损耗也成倍降低。综上所述，本发明的无源滤波与有源无功补偿器组合装置较好的满足了实际应用中对装置的低成本和高性能的要求。 [0012] 附图说明 [0013] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： [0014] 图1为现有技术中无源滤波一次性投切电路原理示意图； [0015] 图2为现有技术中无源滤波支路分单个支路投切电路原理示意图； [0016] 图3为本发明的无源滤波和有源无功补偿器组合装置电路原理示意图。 [0017] 具体实施方式 [0018] 本发明的无源滤波和有源无功补偿器组合装置结构由n+1(n＞1)条支路组成，可分为两部分，分别是无源无功补偿部分和有源无功补偿部分，图3给出了本发明的无源滤波与有源无功补偿器组合装置电路结构原理图。无源无功补偿部分由n个结构相同的无源无功补偿模块10组成，无源无功补偿模块10由无源滤波支路组成，运行时具有无功补偿和滤波两种功能，每个无源功补偿模块10通过一接触器Ki与补偿电网相连，各无源无功补偿模块的结构相同且容量相等。无源无功补偿模块10中的无源滤波支路可根据实际系统的需要来设计，本具体实施例中设计成5次单调谐滤波支路、7次单调谐滤波支路和11次高通谐波滤波支路构成一个无源无功补偿模块10。无源无功补偿模块10的投切通过接触器Ki(i＝1，2，…)来完成。有源无功补偿部分有一有源无功补偿器20，有源无功补偿器20的容量与一无源无功补偿模块10的容量相等，有源无功补偿器20的运行通过其内部的控制器完成。 [0019] 本发明的无源滤波和有源无功补偿器组合装置中各支路容量的具体设计方法如下： [0020] 第一步，根据系统需要补偿的最大无功容量确定无源无功补偿模块10的容量和个数n。按照装置工作的实际情况确定可能需要补偿的最大无功容量Qmax，然后根据Qmax确定该装置的总容量Q，即Q＝Qmax，再根据Qmax的值确定无源功补偿模块个数n，相应每个无源无功补偿模块10的容量为Q/(n+1)，有源无功补偿器20的容量也为Q/(n+1)，其中n的个数需要根据系统总容量和有源无功补偿器20的容量进行优化选择，原则是在使有源无功补偿器20的容量相对较小的情况下，无源无功补偿模块10的个数尽量的少，这样使整个系统的成本较低，又不会因为无源无功补偿模块过多而使系统结构和控制过于复杂； [0021] 第二步，根据实际系统的具体要求设计组成无源无功补偿模块10的滤波支路类型，再根据无源无功补偿模块的容量Q/(n+1)设计分配各滤波支路的容量。上述无源无功补偿模块结构的设计可以根据实际系统的要求进行变化，例如无源无功补偿模块中的滤波支路可以设计成由单调谐滤波支路和二阶高通滤波支路的组成形式，或者可以设计成双调谐的支路，也可以根据特殊的滤波要求设计特殊的滤波支路。各滤波支路的容量大小需要根据实际系统工作的特点进行分配。以无源无功补偿模块10由5次单调谐、7次单调谐和11次高通3条滤波支路组成为例，可以设计成5次单调谐、7次单调谐和11次高通滤波支路容量均相等，即各支路的容量为Q/(n+1)的1/3，也可以设计成5次单调谐、7次单调谐支路容量相等，11次高通滤波支路的容量为5次单调谐、7次单调谐支路容量的2倍或3倍，3条支路的总容量为Q/(n+1)； [0022] 第三步，分配好各支路的容量后，再分别设计5次单调谐、7次单调谐、11次高通滤波支路的滤波参数(滤波电容C、滤波电感L、滤波电阻R)，使系统有较好的滤波效果。 [0023] 本发明的无源滤波与有源无功补偿器组合装置的工作过程为：检测到系统要补偿的无功为q，当q小于有源无功补偿器20的剩余容量时，由有源无功补偿器20来补偿所要的无功容量，当q大于有源无功补偿器20的剩余容量时，通过接触器投入(滞后时)或者切除(超前时)无源无功补偿模块，实现-Q/(n+1)～Q之间的连续无功补偿调节；在系统不需要无功时，所有的无源无功补偿模块和有源无功补偿器全部切除，无功补偿的输出为0。另外，补偿电网调节时投入的无源无功补偿模块10始终包含5次单调谐、7次单调谐和11次高通支路，有效保证了滤波效果。