一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，包括換流器、耦合變壓器、感性偏移型模塊和/或容性偏移型模塊；感性偏移型模塊與換流器順次連接后與耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接；容性偏移型模塊與換流器順次連接后與耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接；感性偏移型模塊包括電抗器單元，容性偏移型模塊包括串聯(lián)的電容器單元和第一開關。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，可以用于輸電線路或者配電線路中，進行容性或者感性調(diào)節(jié)，提高線路輸送容量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，控制線路潮流，增強系統(tǒng)阻尼，降低成本。
【專利說明】
一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置。
【背景技術】
[0002]在輸電線路上常采用串聯(lián)補償裝置來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定輸送容量，改善線路電氣參數(shù)。在長距離輸電線路中，可以使用串聯(lián)電容器來抵消線路電感的影響。由于串聯(lián)電容器與線路電感串聯(lián)在一起電流相同，電容器的電壓滯后電流90度，電感的電壓超前電流90度，因此電容電壓就與電感電壓正好反向可以互相抵消。從而縮短等效電氣距離，提高電網(wǎng)的輸電能力和電壓穩(wěn)定性。
[0003]利用串聯(lián)電容器進行線路補償?shù)姆椒ǚQ為固定串補，具有控制簡單，經(jīng)濟性好的特點，但是補償容量不能靈活調(diào)節(jié)，參數(shù)的不匹配可能引起系統(tǒng)振蕩。常規(guī)可控串聯(lián)補償器是由電抗器、電容器和半控開關器件組成，可以實現(xiàn)串入容抗的控制，但存在絕緣要求高，造價高的問題。靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)是應用全控器件構成的同步電壓源控制器，它主要由換流器、控制器和系統(tǒng)接入設備組成，對于輸電系統(tǒng)，由于線路電流等級比較高，SSSC裝置通常是通過串聯(lián)變壓器接入到系統(tǒng)中。SSSC向線路串聯(lián)注入補償電壓，直流側采用電容器組作為電壓支撐元件。SSSC等效為一同步交流電源，當SSSC注入的可控電壓與線路電抗上的壓降相位相反或相同，可起到類似串聯(lián)電容或電感的作用。SSSC容性補償時，線路有功功率隨注入電壓幅值的增加而增加;感性補償時有功功率隨注入電壓幅值增加而減小。因此SSSC可等效為能快速控制線路功率的容性、感性雙向可變阻抗，有著優(yōu)良的控制性能。國外已投運的的可轉換靜止補償器(Convertible Static Compensator，CSC)通過開關操作，能夠實現(xiàn)SSSC模式運行，因此可以認為國外已有工程實例。紐約電力公司和美國電科院，西門子公司合作，于2004年6月在紐約州Marcy變電站投運了一套CSC裝置(345kV，200MVA)，可實現(xiàn)兩套容量各為100MVA的SSSC運行模式。
[0004]傳統(tǒng)電容器、電抗器作為線路串聯(lián)補償，靈活性和動作速度都不能滿足精確調(diào)節(jié)的要求;傳統(tǒng)可控串補對絕緣要求高，經(jīng)濟性一般;常規(guī)靜止同步串聯(lián)補償器控制功能靈活而卓越，但其在電力系統(tǒng)中推廣使用不具備容量和價格優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了滿足現(xiàn)有技術的需要，本發(fā)明提供了一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:
[0007]所述靜止同步串聯(lián)補償裝置包括換流器、耦合變壓器、感性偏移型模塊和/或容性偏移型模塊；
[0008]所述感性偏移型模塊與所述換流器順次連接后與所述耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，所述耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，所述的另一側繞組上并聯(lián)有第二開關；
[0009]所述容性偏移型模塊與所述換流器順次連接后與所述耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，所述耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，所述的另一側繞組上并聯(lián)有第二開關；
[0010]所述感性偏移型模塊包括電抗器單元，所述容性偏移型模塊包括串聯(lián)的電容器單元和第一開關。
[0011]本發(fā)明提供的進一步優(yōu)選實施例為:
[0012]所述電容器單元包括一個電容器或串聯(lián)的多個電容器;所述電容器包括自動投切開關，所述自動投切開關用于當所述輸電線路需要接入所述電容器時斷開，不需要接入所述電容器時閉合。
[0013]本發(fā)明提供的進一步優(yōu)選實施例為:
[0014]所述第一開關包括斷路器、隔離開關和電力電子開關中的任一種開關;所述第一開關用于控制所述電抗器單元的投入和退出；
[0015]所述第二開關包括斷路器、隔離開關和電力電子開關中的任一種開關或并聯(lián)的任兩種開關;所述第二開關用于控制所述耦合變壓器的投入和退出。
[0016]本發(fā)明提供的進一步優(yōu)選實施例為:所述第一開關和第二開關包括所述電力電子開關時，所述電力電子開關為晶閘管雙向開關，該晶閘管雙向開關包括反向并聯(lián)的晶閘管；
[0017]所述第一開關的晶閘管雙向開關，還用于通過改變其晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)整所述電抗器單元的等效阻抗。
[0018]本發(fā)明提供的進一步優(yōu)選實施例為:所述第一開關包括的電力電子開關為晶閘管雙向開關時，斷開第二開關，改變所述晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角，從而對所述輸電線路進行容性補償或者感性補償:
[0019]當改變所述晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角后，所述電抗器單元的等效電抗小于所述電容器單元的等效容抗，則所述靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在容性補償模式，對所述輸電線路進行容性補償；
[0020]當改變所述晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角后，所述電抗器單元的等效電抗大于所述電容器單元的等效容抗，則所述靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在感性補償模式，對所述輸電線路進行感性補償。
[0021]本發(fā)明提供的進一步優(yōu)選實施例為:所述換流器包括兩電平換流器、三電平換流器、二極管鉗位型換流器、飛跨電容型換流器、模塊化多電平換流器和H橋級聯(lián)型多電平換流器中的任一種或多種換流器。
[0022]與最接近的現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]1、本發(fā)明提供的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，可以用于輸電線路或者配電線路中，進行容性或者感性調(diào)節(jié)，提高線路輸送容量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，控制線路潮流，增強系統(tǒng)阻尼，解決了現(xiàn)有靜止同步串聯(lián)補償裝置不能連續(xù)大范圍快速調(diào)節(jié)的問題，降低了靜止同步串聯(lián)補償裝置成本；
[0024]2、本發(fā)明提供的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，降低了電抗器和電容器的絕緣等級，提高動態(tài)響應性能；同時可以減少電壓源換流器的容量。
[0025]3、本發(fā)明提供的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，電抗器單元可以通過自動投切開關實現(xiàn)電容容量的調(diào)節(jié)，電抗器單元并聯(lián)的晶閘管雙向開關可以連續(xù)調(diào)節(jié)電抗，從而實現(xiàn)對等效容抗的分級和連續(xù)調(diào)節(jié)，側重于穩(wěn)態(tài)控制;換流器可以提供連續(xù)快速的雙向調(diào)節(jié)能力，側重于動態(tài)控制。
【附圖說明】
[0026]圖1:本發(fā)明實施例中一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置結構示意圖；
[0027]圖2:本發(fā)明實施例中另一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置結構示意圖；
[0028]圖3:本發(fā)明實施例中電抗器單元與電容器單元的連接示意圖；
[0029]圖4:本發(fā)明實施例中換利器的等效阻抗范圍示意圖；
[0030]圖5:本發(fā)明實施例中一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置的補償范圍示意圖；
[0031]其中，101:電抗器單元；102:電容器單元；103:換流器；104:耦合變壓器。
【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0033]本發(fā)明中靜止同步串聯(lián)補償裝置包括換流器、耦合變壓器、感性偏移型模塊和/或容性偏移型模塊。其中，
[0034]感性偏移型模塊與所述換流器順次連接后與耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，的另一側繞組上并聯(lián)有第二開關。容性偏移型模塊與換流器順次連接后與耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，的另一側繞組上并聯(lián)有第二開關。
[0035]感性偏移型模塊包括電抗器單元，容性偏移型模塊包括串聯(lián)的電容器單元和第一開關。
[0036]下面分別結合附圖，對本發(fā)明實施例提供的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置進行說明。
[0037]圖1為本發(fā)明實施例中一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置結構示意圖，如圖所示，本實施例中串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置包括:
[0038]電抗器單元101、電容器單元102、換流器103和耦合變壓器104。其中，
[0039]電抗器單元101與第一開關串聯(lián)后與電容器單元102并聯(lián)。
[0040]電抗器單元101、第一開關和換流器103順次連接后與耦合變壓器104的一側繞組并聯(lián)，耦合變壓器104的另一側繞組與輸電線路連接，該另一側繞組上并聯(lián)有第二開關。[0041 ] 本發(fā)明實施例中電容器單兀102包括一個電容器或串聯(lián)的多個電容器。同時每個電容器包括自動投切開關，用于當輸電線路需要接入電容器時斷開，不需要接入電容器時閉合。
[0042]本發(fā)明實施例中第一開關包括斷路器、隔離開關和電力電子開關中的任一種開關，該第一開關用于控制電抗器單元的投入和退出。當電力電子開關為晶閘管雙向開關，其包括反向并聯(lián)的晶閘管，還可以通過改變其晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)整電抗器單元101的等效阻抗，從而對輸電線路進行容性補償或者感性補償:
[0043]實施例一:當改變晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角后，電抗器單元101的等效電抗小于電容器單元102的等效容抗，則靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在容性補償模式，對輸電線路進行容性補償。
[0044]實施例二:當改變晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角后，電抗器單元101的等效電抗大于電容器單元102的等效容抗，則靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在感性補償模式，對輸電線路進行感性補償。
[0045]本發(fā)明實施例中第二開關包括斷路器、隔離開關和電力電子開關中的任一種開關或并聯(lián)的任兩種開關，該第二開關用于控制耦合變壓器的投入和退出。其中，并聯(lián)的兩種開關可以是斷路器與隔離開關并聯(lián)，斷路器與電力電子開關并聯(lián)，隔離開關與電力電子開關并聯(lián)。
[0046]本發(fā)明實施例中換流器103包括兩電平換流器、三電平換流器、二極管鉗位型換流器、飛跨電容型換流器、模塊化多電平換流器和H橋級聯(lián)型多電平換流器中的任一種或多種換流器。
[0047]圖2為本發(fā)明實施例中優(yōu)選的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置結構示意圖，如圖所示，本實施例中電抗器單元101包括一個電抗器L，電容器單元102包括一個電容器C，換流器103為換流器VSC，耦合變壓器104為耦合變壓器Tse。電抗器L與第一開關串聯(lián)，電容器C并聯(lián)在電抗器L與第一開關組成的支路兩端，電抗器L、第一開關和電容器C組成的混聯(lián)支路與換流器VSC串聯(lián)后并聯(lián)在耦合變壓器Tse的一側繞組兩端，耦合變壓器Tse的另一側繞組連接于系統(tǒng)I和系統(tǒng)2之間的輸電線路中，該繞組兩端并聯(lián)有第二開關。
[0048]圖3為本發(fā)明實施例中優(yōu)選的電抗器單元101與電容器單元102的連接示意圖，如圖所示，本實施例中電抗器單元101包括一個電抗器，電容器單元包括一個電容器，第一開關為晶閘管雙向開關。電抗器與晶閘管雙向開關串聯(lián)后再與電容器并聯(lián)，避雷器MOV和機械開關S分別與電容器并聯(lián)。其中，機械開關S用于在電抗器單元101或者電容器單元102發(fā)生故障時旁路電抗器單元101和電容器單元102.
[0049]圖4為本發(fā)明實施例中換流器的等效阻抗范圍示意圖，如圖所示，本實施例中換流器103通過調(diào)節(jié)輸出電壓與流過輸電線路的電流幅值、相角關系，可以得到換流器103在直流側無儲能環(huán)節(jié)時的等效阻抗范圍為[_Xirw，+Xirw]，若設定容性補償為正向補償，則容性補償?shù)牡刃ё杩狗秶鸀閇0，+Xlnv]，感性補償?shù)牡刃ё杩狗秶鸀閇_Xlnv，0]。
[0050]圖5為本發(fā)明實施例中串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置的補償范圍示意圖，如圖所示，該串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置包括容性補償模式和感性補償模式:
[0051]—、容性補償模式
[0052]本實施例中設定電容器單元102的容抗為X。，換流器103在直流側無儲能環(huán)節(jié)時的等效阻抗范圍為[-χιην，+χιην]，且容性補償為正向補償，則容性補償模式下串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置在裝置側的補償范圍為[xc-xinv，xc+xinv]。
[0053]本實施例中第一開關的晶閘管觸發(fā)角尅連續(xù)調(diào)節(jié)，還可以調(diào)節(jié)換流器103串入的阻抗，換流器103具有更快的響應速度，可用于增強系統(tǒng)阻尼，進一步提高系統(tǒng)的動態(tài)響應能力。通過投入不同的電抗器容量，可以得到容抗X。，，使得該串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置在分級調(diào)節(jié)的同時實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)，具有更大的動態(tài)調(diào)節(jié)范圍。
[0054]二、感性補償模式
[0055]本實施例中設定電抗器的容抗為XL，換流器103在直流側無儲能環(huán)節(jié)時的等效阻抗范圍為[-χιην，+χιην]，且容性補償為正向補償，則感性補償模式下串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置在裝置側的補償范圍為[XL-Xinv，XL+Xinv]。
[0056]本實施例中若輸電線路出線故障，為了降低輸電線路的短路電流，減少避雷器吸收的能量，則控制第一開關中晶閘管全部導通，同時也可以快速調(diào)節(jié)換流器103串入的阻抗值，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應能力。當實現(xiàn)容性補償模式向感性補償模式的動態(tài)調(diào)節(jié)時，串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置在裝置側的補償范圍為[-χ?-χιην，ι+χιην]。
[0057]下面對本發(fā)明實施例優(yōu)選的串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置的工作過程進行說明:
[0058]1、串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置未接入系統(tǒng)
[0059]串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置接入系統(tǒng)之前，第二開關閉合，換流器103和第一開關的晶閘管雙向開關閉鎖，串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置處于旁路狀態(tài)，不對系統(tǒng)的運行狀態(tài)造成任何影響。
[0060]2、串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置接入系統(tǒng)
[0061]串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置根據(jù)上層調(diào)度指令和實際運行工況確定需要補償?shù)淖杩怪?。在長距離輸電線路的電抗較大時，需要運行在容性補償模式，補償輸電線路的電抗，降低傳輸損耗。當輸電線路由于短路故障或者負載增加、并行線路跳閘等原因導致過載，需要運行在感性阻抗補償模式，限制電流幅值。通過調(diào)節(jié)第一開關中晶閘管雙向開關的晶閘管觸發(fā)角，使得串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在容性補償模式或者感性補償模式，同時根據(jù)系統(tǒng)阻尼調(diào)節(jié)的組要控制換流器103的運行，提高系統(tǒng)動態(tài)響應。
[0062]本發(fā)明實施例中串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置在系統(tǒng)故障或裝置故障時的保護措施主要包括:
[0063]1、在系統(tǒng)側發(fā)生故障時，例如線路發(fā)生單相接地故障或者線路過流時，為保護串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，需要將第二開關閉合，退出換流器103的運行。
[0064]2、在換流器103內(nèi)部發(fā)生故障時，需要將換流器103的開關器件觸發(fā)脈沖閉鎖，并將第二開關閉合，退出換流器103的運行，此時電抗器單元101和電容器單元103仍可以進行容性補償或者感性補償。
[0065]本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-Only，ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory，RAM)等。同時，本發(fā)明瀕危標注用于保護電容器、耦合變壓器、換流器及其開關裝置的避雷器、間隙等設備，不表示裝置設計制造和工程實際實施時，不存在這些設備。實際工程實施時，會有許多本實施例附圖中并未標注的隔離刀閘、斷路器、電流測量設備、電壓測量設備，不表示工程實際實施時，不存在這些設備。
[0066]本發(fā)明實施例中串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，可以用于輸電線路或者配電線路中，進行容性或者感性調(diào)節(jié)，提高線路輸送容量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，控制線路潮流，增強系統(tǒng)阻尼，解決了現(xiàn)有靜止同步串聯(lián)補償裝置不能連續(xù)大范圍快速調(diào)節(jié)的問題，降低了靜止同步串聯(lián)補償裝置成本。
[0067]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權項】
1.一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述靜止同步串聯(lián)補償裝置包括換流器、耦合變壓器、感性偏移型模塊和/或容性偏移型模塊； 所述感性偏移型模塊與所述換流器順次連接后與所述耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，所述耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，所述的另一側繞組上并聯(lián)有第二開關； 所述容性偏移型模塊與所述換流器順次連接后與所述耦合變壓器的一側繞組并聯(lián)，所述耦合變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，所述的另一側繞組上并聯(lián)有第二開關； 所述感性偏移型模塊包括電抗器單元，所述容性偏移型模塊包括串聯(lián)的電容器單元和第一開關。2.如權利要求1所述的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，其特征在于， 所述電容器單元包括一個電容器或串聯(lián)的多個電容器;所述電容器包括自動投切開關，所述自動投切開關用于當所述輸電線路需要接入所述電容器時斷開，不需要接入所述電容器時閉合。3.如權利要求1所述的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，其特征在于， 所述第一開關包括斷路器、隔離開關和電力電子開關中的任一種開關;所述第一開關用于控制所述電抗器單元的投入和退出； 所述第二開關包括斷路器、隔離開關和電力電子開關中的任一種開關或并聯(lián)的任兩種開關;所述第二開關用于控制所述耦合變壓器的投入和退出。4.如權利要求3所述的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述第一開關和第二開關包括所述電力電子開關時，所述電力電子開關為晶閘管雙向開關，該晶兩管雙向開關包括反向并聯(lián)的晶丨I]管； 所述第一開關的晶閘管雙向開關，還用于通過改變其晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)整所述電抗器單元的等效阻抗。5.如權利要求1-4任一項所述的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述第一開關包括的電力電子開關為晶閘管雙向開關時，斷開第二開關，改變所述晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角，從而對所述輸電線路進行容性補償或者感性補償: 當改變所述晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角后，所述電抗器單元的等效電抗小于所述電容器單元的等效容抗，則所述靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在容性補償模式，對所述輸電線路進行容性補償； 當改變所述晶閘管雙向開關中晶閘管的觸發(fā)角后，所述電抗器單元的等效電抗大于所述電容器單元的等效容抗，則所述靜止同步串聯(lián)補償裝置工作在感性補償模式，對所述輸電線路進行感性補償。6.如權利要求1所述的一種串補與換流器結合的靜止同步串聯(lián)補償裝置，其特征在于，所述換流器包括兩電平換流器、三電平換流器、二極管鉗位型換流器、飛跨電容型換流器、模塊化多電平換流器和H橋級聯(lián)型多電平換流器中的任一種或多種換流器。
【文檔編號】H02J3/00GK105977972SQ201610459702
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】陸振綱, 尉志勇, 宋潔瑩, 戴朝波, 鄧占鋒, 趙國亮, 蔡林海
【申請人】全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院, 國家電網(wǎng)公司