CN100375363C

CN100375363C - 一种为串联补偿设备提供电流回路的装置

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Publication number: CN100375363C
Application number: CNB2006100729591A
Authority: CN
Inventors: 张秀娟; 沈斐; 姜齐荣
Original assignee: Beijing Sifang Qingneng Electric & Electronic Co Ltd
Current assignee: Beijing Sieyuan Electric & Electronic Co., Ltd.
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2026-04-07
Also published as: CN1848584A

Abstract

本发明涉及一种为串联补偿设备提供电流回路的装置，属于电力系统柔性输配电、电力电子和用户电力技术领域。本装置包括串联开关和并联开关，串联开关串联在串联补偿设备和系统进线之间，并联开关置于串联开关和串联补偿设备的连接点与系统中线之间，或跨接于多个串联开关与串联补偿设备的连接点之间。本发明的装置，原理简单，实施方便，只需要在原有的串联补偿设备前面增加相应的提供电流回路模块，并加入对电流回路电子开关的控制逻辑，不需要对原有的串联补偿设备进行主电路及接线上的修改，降低了装置的投入成本。本装置还扩展了串联补偿装置的补偿功能，提高了对敏感负荷的供电可靠性和串联补偿设备的利用率。

Description

一种为串联补偿设备提供电流回路的装置

技术领域

本发明涉及一种为串联补偿设备提供电流回路的装置，属于电力系统柔性输配电、

电力电子和用户电力技术领域。

背景技术

随着高新技术尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器控制的用电设备和电力电子设备在系统中大量投入使用，相对于机电设备它们对供电系统干扰更加敏感，对供电质量的要求也更高，即不论系统是处于正常稳态还是故障状态，均需保证幅值偏差很小的基波正弦电力的可使用性。那怕几个周波的供电中断和电压跌落都将影响这些设备的正常工作，造成控制失误、设备损坏、产品报废。电压质量问题有系统的原因，也有用户的原因，但很难确定扰动源，因此也很难要求系统或是用户独自解决。

串联补偿设备可以有效的解决系统电压质量问题，它串联于供电系统中，如图1所示。串联补偿设备可以补偿各种电压故障、消除谐波、注入零序电压等。在系统电压正常时串联补偿设备处于旁路状态，一旦系统电压突然跌落或上升，串联补偿设备迅速投入，向系统中输出一个与之相反的电压从而使得串联补偿设备的输出端的电压(负荷电压)始终维持稳定。

由于串联补偿装置只需要补偿系统电压的畸变部分。因此它在解决供电网电压质量问题方面具有容量小、成本低、响应快，损耗小，运行费用低等特点。

串联补偿装置串联于系统中，当供电端一侧(即串联补偿设备的进线端侧)由于保护继电器跳闸或者供电电源切换等原因而出现开路的时候，由于电流失去了相应的回路，串联补偿设备将无法进行电压补偿，被保护的敏感负荷将出现供电中断的情况。

发明内容

本发明的目的是提出一种为串联补偿设备提供电流回路的装置，以使串联补偿设备的进线端，在发生断路时仍能正常运行，从而保证对被保护的敏感负荷的正常供电，提高对敏感负荷供电的可靠性。

本发明提出的为串联补偿设备提供电流回路的装置，包括串联开关和并联开关，串联开关串联在串联补偿设备和系统进线之间，并联开关置于串联开关和串联补偿设备的连接点与系统中线之间，或跨接于多个串联开关与串联补偿设备的连接点之间。

上述为串联补偿设备提供电流回路的装置中，还可以包括由一个电阻或由一个电抗和一个辅助开关构成的限流支路，限流支路并联在所述的并联开关上。

上述为串联补偿设备提供电流回路的装置中，串联开关包括第一开关、第二开关和第三开关，所述的并联开关包括第四开关、第五开关和第六开关。第一、第二、第三开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间。第四、第五、第六开关分别置于三相串联补偿设备与系统的连接点和系统中线之间。

上述为串联补偿设备提供电流回路的装置中，串联开关包括第七开关、第八开关和第九开关。并联开关包括第十开关、第十一开关和第十二开关。第七、第八、第九开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间。第十、第十一、第十二开关分别跨接在三相串联补偿设备与串联开关的三个连接点的每两个之间。

上述为串联补偿设备提供电流回路的装置中，串联开关包括第十三开关、第十四开关和第十五开关。并联开关包括第十六开关和第十七开关。第十三、第十四、第十五开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间，第十六和第十七开关分别跨接在三相串联补偿设备进线端的任意相邻两相之间。

上述为串联补偿设备提供电流回路的装置中，串联开关、并联开关或辅助开关可以为反并联晶闸管、双向晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅型双极晶体管或集成门极换相晶闸管中的任何一种。

本发明提出的为串联补偿设备提供电流回路的装置，具有以下优点：

(1)本发明原理简单，控制逻辑实现容易。

(2)本发明实施方便，只需要在原有的串联补偿设备前面增加相应的提供电流回路模块，不需要对已有的串联补偿设备进行变动。

(3)本发明只需要在原有串联补偿设备的控制器中加入对电流回路电子开关的控制逻辑，或者另外配置一套控制器，不需要对原有的串联补偿设备进行主电路及接线上的修改，降低了装置的投入成本。

(4)本发明扩展了串联补偿装置的补偿功能，提高了对敏感负荷的供电可靠性和串联补偿设备的利用率。

附图说明

图1是串联补偿设备与系统连接的示意图。

图2是本发明装置的电路图。

图3、图4和图5分别是本发明装置的三个实施例的电路图。

图6是本发明装置的另一个实施例。

具体实施方式

本发明提出的为串联补偿设备提供电流回路的装置，其结构如图2所示，包括串联开关K₁和并联开关K₂，串联开关K₁串联在串联补偿设备和系统进线之间，并联开关K₂置于串联开关和串联补偿设备的连接点与系统中线之间。

本发明的装置，还可以包括一个电阻或者一个电抗Z₁和一个辅助开关K₃构成的限流支路，其电路图如图6所示，限流支路并联在所述的并联开关K₂上，用以限制并联开关动作时可能产生的过电流。

本发明的第一个实施例的电路图如图3所示，串联开关包括第一开关K_A1、第二开关K_B1和第三开关K_C1，并联开关可以包括第四开关K_A2、第五开关K_B2和第六开关K_C2。其中，第一、第二、第三开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间，第四、第五、第六开关分别置于三相串联补偿设备与系统的连接点和系统中线之间。

本发明的第二个实施例的电路图如图4所示，串联开关包括第七开关K_A1、第八开关K_B1和第九开关K_C1，并联开关包括第十开关K_AB、第十一开关K_BC和第十二开关K_CA。其中，第七、第八、第九开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间，第十、第十一、第十二开关分别跨接在三相串联补偿设备与系统的三个连接点R、S、T的每两个之间。

本发明的第三个实施例的电路图如图5所示，串联开关包括第十三开关K_A1、第十四开关K_B1和第十五开关K_C1，并联开关包括第十六开关K_AB和第十七开关K_BC。其中第十三、第十四、第十五开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间，第十六和第十七开关分别跨接在三相串联补偿设备进线端的任意相邻两相之间。

以下介绍本发明装置的工作原理：

本发明的装置由两个部分构成：串联电子开关(以下称串联开关)和并联电子开关(以下称并联开关)。根据串联补偿设备安装地点的不同，本装置的结构也有所不同，详细说明如下。

(1)单相供电系统带单相负荷，相应的串联补偿设备也是单相。本发明的装置的结构如图2所示。在系统进线和串联补偿设备之间串联一个开关K₁(串联开关)，在K₁和补偿设备连接线的任意一点与系统中线之间连接一个开关K₂(并联开关)。

(2)有中线的三相四线制系统带单相或三相负荷，相应的串联补偿设备也是三相。本发明所提出的装置结构如图3所示。三相中每相的结构都与(1)中所述的单相完全一样。

(3)没有中线的三相三线系统带单相或三相负荷，本发明所提出的装置结构如图4所示。在供电系统和串联补偿设备之间每相串联一个串联开关(图中所示的K_A1、K_B1和K_C1)。串联补偿设备与串联开关的三个联接点(图中所示R、S和T点)两两之间增加相间开关(并联开关)，如图中所示开关K_AB、K_BC和K_CA。

(4)对三相三线系统，三相电流和电压之和均为零，因此实际只有两相是独立的。本发明所提出的装置，应用于三相三线系统中时，串联开关不变，相间并联开关可以减少为两个，如图5中的K_AB和K_BC。可以选取的相间开关组合有：保留图4中的K_AB和K_BC或者K_BC和K_CA或者K_CA和K_AB。

根据系统电压的情况，装置存在2种运行状态：

运行状态(1)：所有串联开关闭合，所有并联开关断开，串联补偿设备根据系统电压的状态工作于旁路状态或者补偿状态。这是一种比较常见的运行状态。

运行状态(2)：某一相或多相串联开关断开，相应的并联开关闭合，串联补偿设备完全提供负荷所需要的电能。这个状态持续时间的长短取决于系统电压恢复的速度和并联补偿设备储能的大小。

根据供电中断的定义，当供电电压幅值(有效值)低于额定电压的10％即可视为供电中断，因此这里设定本发明的装置动作的标准为供电电压为0.05p.u.。以单相系统为例(图2所示结构)说明控制策略如下：

(A)当控制器检测到系统电压的幅值低于额定电压5％的时候，控制程序判断系统供电发生中端，于是控制器发出信号，控制并联开关K₂闭合，同时断开串联开关K₁，由并联开关支路给其后的并联补偿设备和负荷提供电流回路，装置由运行状态(1)切换到运行状态(2)；

(B)当控制系统检测到系统电压幅值高于额定电压的10％即判断系统供电恢复，将发出信号断开并联开关K₂，同时闭合串联开关K₁，整个装置和系统由运行状态(2)恢复到运行状态(1)。

在运行的过程中为了避免(A)情况下开关动作时刻出现的过电流现象和(B)情况下开关动作过程中的瞬间供电中断，可以在并联开关上并联一个限流支路进行限流，如图6所示。具体实施过程如下：

(1)装置由运行状态(1)切换到运行状态(2)：检测系统电压低于5％额定电压后，闭合限流支路辅助开关K₃，然后断开串联开关K₁，最后闭合并联开关K₂。由电阻支路来对系统残压产生的经过并联支路的电流进行限制。

(2)装置由运行状态(2)切换到运行状态(1)：检测系统电压高于10％额定电压后，断开并联开关K₂，然后闭合串联开关K₁，此时由电阻支路对电流进行限制，最后断开限流支路上的辅助开关K₃。

对于三相四线制系统，本发明所提出的装置结构如图3所示。三相中每相的结构都与上面所述的单相完全一样，具体的实施方式也完全一致。当单相或多相出现供电中断的情况时控制相应相的开关动作即可。

对于三相三线系统，如图4所示。当系统电压出现断路或者短路故障的时候，对故障相串联开关和故障相与任意一非故障相之间的开关进行控制即可。

对于三线系统，本发明所提出的装置可以减少一个相间并联开关，只需要在任意不同的两相之间安装两个相间开关，如图5所示，单相供电故障时控制策略同上。两相或三相供电故障时需同时控制故障相串联开关和两个并联开关。

Claims

1.一种为有源串联补偿设备提供电流回路的装置，其特征在于，所述的有源串联补偿设备为单相串联补偿设备，包括串联开关和并联开关，所述的串联开关串联在单相串联补偿设备和单相系统进线之间，所述的并联开关置于串联开关和串联补偿设备的连接点与单相系统中线之间。

2.一种为有源串联补偿设备提供电流回路的装置，其特征在于，所述的有源串联补偿设备为三相串联补偿设备，包括串联开关和并联开关，所述的串联开关串联在三相串联补偿设备和三相四线系统进线之间，所述的并联开关置于串联开关和串联补偿设备的连接点与三相四线系统的中线之间。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于其中所述的串联开关包括第一开关、第二开关和第三开关，所述的并联开关包括第四开关、第五开关和第六开关，所述的第一、第二、第三开关分别串联在三相串联补偿设备和三相四线系统进线之间，所述的第四、第五、第六开关分别置于三相串联补偿设备与三相四线系统的连接点和三相四线系统中线之间。

4.一种为有源串联补偿设备提供电流回路的装置，其特征在于，所述的有源串联补偿设备为三相串联补偿设备，包括串联开关和并联开关，所述的串联开关串联在三相串联补偿设备和三相三线系统进线之间，所述的并联开关分别跨接在三相串联补偿设备与串联开关的三个连接点的每两个之间。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于其中所述的串联开关包括第七开关、第八开关和第九开关，所述的并联开关包括第十开关、第十一开关和第十二开关，所述的第七、第八、第九开关分别串联在三相串联补偿设备和三相三线系统进线之间，所述的第十、第十一、第十二开关分别跨接在三相串联补偿设备与串联开关的三个连接点的每两个之间。

6.一种为有源串联补偿设备提供电流回路的装置，其特征在于，所述的有源串联补偿设备为三相串联补偿设备，包括串联开关和并联开关，所述的串联开关串联在三相串联补偿设备和三相三线系统进线之间，所述的并联开关分别跨接在三相串联补偿设备进线端的任意相邻两点之间。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于其中所述的串联开关包括第十三开关、第十四开关和第十五开关，所述的并联开关包括第十六开关和第十七开关，所述的第十三、第十四、第十五开关分别串联在三相串联补偿设备和三相系统进线之间，所述的第十六和第十七开关分别跨接在三个串联开关与三相串联补偿设备的连接点的任意相邻两点之间。

8.如权利要求1、2、4、6中的任意一项所述的装置，其特征在于还包括由一个电阻和一个辅助开关串联构成的限流支路，或由一个电抗和一个辅助开关串联构成的限流支路，限流支路并联在所述的并联开关上。

9.如权利要求1、2、4、6中的任意一项所述的装置，其特征在于其中所述的串联开关、并联开关为反并联晶闸管、双向晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极晶体管或集成门极换相晶闸管中的任何一种。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述的辅助开关为反并联晶闸管、双向晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极晶体管或集成门极换相晶闸管中的任何一种。