優(yōu)先權(quán)要求

本申請(qǐng)要求2015年1月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)no.62/100,674和2015年1月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)no.62/100,076的優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)案的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。

本申請(qǐng)一般涉及發(fā)電和配電。具體地，本申請(qǐng)涉及交流(ac)發(fā)電和配電中交流無(wú)功功率(kvar)補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置。

背景技術(shù)：

在ac配電網(wǎng)絡(luò)中，ac電力的使用、傳輸和配送得以最佳化實(shí)現(xiàn)以取得最大能量效率的工作條件在于，電壓和電流相位接近，且無(wú)功功率(kvar)接近零。但是，隨著傳輸和配送系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)載以及固有無(wú)功元件如電容和電感的增加，系統(tǒng)中的ac電流會(huì)相對(duì)電壓波形移相；結(jié)果導(dǎo)致配送電力的傳輸及使用受到影響，產(chǎn)生電力質(zhì)量問題。通過電流相對(duì)于電壓波形在后(滯后)或在前(超前)的相角偏移量，可以測(cè)量出電力質(zhì)量；電力質(zhì)量因無(wú)功功率值的增加而劣化。無(wú)功功率值由下式導(dǎo)出。

其中kvar是總無(wú)功功率，kva是總表觀功率，kw是實(shí)際功率。

要指出的是，只有實(shí)際功率kw對(duì)生產(chǎn)性消耗有用，而無(wú)功功耗kvar則是損失功率。但是，由于總表觀功率kva是按上式的kw和kvar組成，因此這兩個(gè)功率分量都會(huì)被生成、傳輸和配送。因此，ac電流相對(duì)于電壓波形的相移會(huì)增加；這意味著，無(wú)功功率kvar的增加將使得電力系統(tǒng)效率明顯降低。

這一問題眾所周知，并已有各種傳統(tǒng)的解決方法，這些方法通過在電氣系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)引入無(wú)功分量來補(bǔ)償和去除無(wú)功功率kvar。一般是在整個(gè)電源線分流時(shí)引入電容器，以抵消由于電動(dòng)機(jī)、熒光鎮(zhèn)流器、變壓器等磁性元件而導(dǎo)致的通常滯后的電流。

傳統(tǒng)上是通過在整個(gè)電力傳輸和配送系統(tǒng)的分流中添加固定電容器和可變電容器來實(shí)現(xiàn)。如果kvar問題是已知且可重現(xiàn)，并且是穩(wěn)定的，那么固定電容器kvar補(bǔ)償組可以永久性地安裝在要補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)上。而如果無(wú)功功率kvar會(huì)發(fā)生改變，則采用自動(dòng)可變電容器，其可在電子控制和kvar感應(yīng)下予以響應(yīng)，并可在任何給定時(shí)間切換補(bǔ)償kvar電平所需的電容量。

這些傳統(tǒng)的自動(dòng)可變電容器kvar補(bǔ)償系統(tǒng)通常使用諸如繼電器的機(jī)電裝置或者各種形式和類型的接觸器，以在某些形式的電子控制下將所選擇的電容器切換到電氣系統(tǒng)中或從電氣系統(tǒng)切換出來。在更新版本的kvar補(bǔ)償系統(tǒng)中，已經(jīng)看到有使用半導(dǎo)體開關(guān)器件，例如交流三極管(triacs)和硅控整流器(scrs)以及機(jī)電開關(guān)器件。

由于需要通過各種開關(guān)裝置將分立元件電容器切換到電路中和從電路切換出來，所以這些傳統(tǒng)的無(wú)功功率kvar補(bǔ)償器反應(yīng)緩慢及斷續(xù)式調(diào)節(jié)能力不足以應(yīng)付電網(wǎng)中急劇變化的無(wú)功功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服傳統(tǒng)自動(dòng)可變電容器kvar補(bǔ)償系統(tǒng)的上述缺點(diǎn)，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器。根據(jù)本申請(qǐng)的各種實(shí)施例，該快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器是基于可變的跨阻抗拓?fù)洹?/p>

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該快速響應(yīng)有源kvar系統(tǒng)采用如2015年9月29日公布的美國(guó)專利no.9,148,058和2014年10月28日申請(qǐng)的pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/089721中描述的特定ac可變電壓拓?fù)?；這兩篇專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該快速響應(yīng)有源kvar系統(tǒng)使用如2014年12月10日申請(qǐng)的美國(guó)專利申請(qǐng)no.14/565,444和同日申請(qǐng)的pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/093475中記載的特定ac可變電壓拓?fù)洌贿@兩篇專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。

附圖說明

以下參考附圖更詳細(xì)地描述本申請(qǐng)的實(shí)施方式，其中：

圖1描繪了一般可變跨阻拓?fù)涞倪壿媹D；

圖2描繪了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器的電路圖；以及

圖3描繪了根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面的描述將闡述發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)及其類似結(jié)構(gòu)中補(bǔ)償無(wú)功功率(kvar)的方法和系統(tǒng)的優(yōu)選示例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見的是，在不脫離本申請(qǐng)的范圍和精神的情況下，可以作出修改，包括添加和/或替換。雖然為了避免模糊本申請(qǐng)，可以省略具體細(xì)節(jié)，但是，本申請(qǐng)記載了為允許本領(lǐng)域技術(shù)人員在不需要過度實(shí)驗(yàn)的情況下實(shí)施本文中的教導(dǎo)。

圖1示出了一般可變跨阻拓?fù)涞倪壿媹D，其在本文中用于示出跨阻抗系統(tǒng)的一般工作原理，其中交流(ac)放大器101的輸出103上的輸出阻抗(zo)被傳送并反射到ac放大器的輸入102上。通過受控增益ac放大器(av)，傳送的輸入阻抗(zin)的值與輸出阻抗(zo)相關(guān)。因此，如果ac放大器(av)的增益可控且可變，則來自輸出103上的固定輸出阻抗(zo)的輸入102上不僅可以產(chǎn)生受控阻抗，而且可以以非?？斓捻憫?yīng)平穩(wěn)且準(zhǔn)確地控制輸入102上的表觀阻抗(zin)。由于輸入102上的等效阻抗(zin)僅依賴于控制的電子器件的響應(yīng)速度，所以它可以變化得非?？?。

仍然參考圖1。等效阻抗(zin)和輸出阻抗(zo)之間的關(guān)系由下式?jīng)Q定。

在為輸出阻抗(zo)指定特定值時(shí)，可以在輸出103上使用具有固定電容值(co)的電容器，或者在輸出103上使用具有固定電感值(lo)的電感。然后，所反射的等效輸入電容(cin)和輸出電容(co)之間的關(guān)系由下式?jīng)Q定。

cin＝av²×co(3)

所反射的等效輸入電感(lin)與輸出電感(lo)之間的關(guān)系由下式?jīng)Q定。

可以看出，通過改變ac放大器(av)的增益，ac放大器的輸入處所反射的電容(cin)或所反射的電感(lin)的等效值可以不僅在一個(gè)范圍內(nèi)無(wú)離散地連續(xù)變化，而且響應(yīng)非常快速，僅受控制電子器件的響應(yīng)速度的限制。

圖2示出了根據(jù)本申請(qǐng)一實(shí)施例的快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器的電路圖。在該第一優(yōu)選實(shí)施例中，快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器使用在美國(guó)專利no.9,148,058和pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/089721中都描述的ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的輸出上的具有固定電容(co)的輸出電容器203的降壓部分，以實(shí)現(xiàn)kvar補(bǔ)償功能。

仍然參考圖2。隨著電子控制模塊202改變ac可變電壓拓?fù)涞脑鲆嬉皂憫?yīng)輸入201處的kvar的電平，輸入201上的表觀輸入電容(cin)值被精確地調(diào)整以補(bǔ)償和消除無(wú)功功率kvar；其實(shí)現(xiàn)不涉及離散電容器步驟，因此表觀輸入電容(cin)得以平滑和連續(xù)地實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，并且響應(yīng)時(shí)間僅取決于電子控制模塊202的控制電子器件的響應(yīng)速度。

盡管在此描述了利用美國(guó)專利no.9,148,058和pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/089721中描述的ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的降壓部分來實(shí)現(xiàn)kvar補(bǔ)償功能，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以使用上述ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的升壓部分替代降壓部分。

此外，盡管在此的優(yōu)選實(shí)施例中利用了美國(guó)專利no.9,148,058和pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/089721中描述的ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的降壓部分的輸出上的具有固定電容的電容器來補(bǔ)償滯后的kvar，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以使用具有固定電感的電感器來代替上述電容器以補(bǔ)償超前的kvar。

圖3示出了根據(jù)本申請(qǐng)另一實(shí)施例的快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器的電路圖。在該第二優(yōu)選實(shí)施例中，快速響應(yīng)有源kvar補(bǔ)償器利用美國(guó)申請(qǐng)no.14/565,444和pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/093475中描述ac串聯(lián)降壓—升壓調(diào)壓器電子電路的輸出上的具有固定電容(co)的輸出電容器303的降壓部分，來實(shí)現(xiàn)kvar補(bǔ)償功能。

仍然參考圖3。隨著電子控制模塊302改變ac可變電壓拓?fù)涞脑鲆嬉皂憫?yīng)輸入301處的kvar的電平，輸入301上的等效輸入電容(cin)值被精確地調(diào)整以補(bǔ)償和消除無(wú)功功率kvar；其實(shí)現(xiàn)不涉及離散電容器步驟，因此表觀輸入電容(cin)得以平滑和連續(xù)地實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，并且響應(yīng)時(shí)間僅取決于電子控制模塊302的控制電子器件的響應(yīng)速度。

盡管在此描述了利用美國(guó)專利申請(qǐng)no.14/565,444和pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/093475中描述的ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的降壓部分來實(shí)現(xiàn)kvar補(bǔ)償功能，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以使用上述ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的升壓部分替代降壓部分。

此外，盡管在此的優(yōu)選實(shí)施例中利用了美國(guó)專利申請(qǐng)no.14/565,444和pct國(guó)際專利申請(qǐng)no.pct/cn2014/093475中描述的ac串聯(lián)降壓—升壓穩(wěn)壓器電子電路的降壓部分的輸出上的具有固定電容的電容器來補(bǔ)償滯后的kvar，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以使用具有固定電感的電感器來代替上述電容器以補(bǔ)償超前的kvar。

在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域任何普通技術(shù)人員可以將本文所述的發(fā)明原理應(yīng)用于任何多相ac系統(tǒng)，例如三相電氣系統(tǒng)。

本文公開的實(shí)施例可以使用通用或?qū)Ｓ糜?jì)算設(shè)備、計(jì)算機(jī)處理器、微控制器或電子電路來實(shí)現(xiàn)，包括但不限于數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)以及根據(jù)本申請(qǐng)的教導(dǎo)而配置或編程的其他可編程邏輯器件?；诒旧暾?qǐng)的教導(dǎo)，軟件或電子領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地實(shí)現(xiàn)在通用或?qū)Ｓ糜?jì)算設(shè)備、計(jì)算機(jī)處理器或可編程邏輯設(shè)備中運(yùn)行的計(jì)算機(jī)指令或軟件代碼。

本發(fā)明的上述描述是僅用于說明和描述的目的，并不意在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開的精確形式。許多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。

選擇和描述實(shí)施例以便最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例，以及用適于預(yù)期的特定用途的各種修改來理解本發(fā)明。意圖是本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等效項(xiàng)限定。