CN100468908C - 旋转电磁型统一潮流控制装置 - Google Patents

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Abstract

旋转电磁型统一潮流控制装置，本发明涉及一种电能质量控制装置，它克服了现有技术主工作电路因采用功率半导体器件，提高了装置的成本、降低了装置的可靠性以及过载能力低、会产生新的谐波干扰的缺陷。它包括绕线型转子感应电机、交流励磁电源、交流斩波器和变压器，绕线型转子感应电机的定子上有两套三相对称绕组，一套为并联绕组，另一套为串联补偿绕组，串联补偿绕组的一端与交流斩波器的输入侧相连，交流斩波器的输出侧与变压器的一次侧相连，转子绕组通过滑环、电刷与交流励磁电源的输出端相连。本发明的主工作电路中采用了成本低、可靠性高的绕线型转子感应电机，而不是功率半导体器件，降低了装置的成本，提高了装置的可靠性，结构简单，容易集成化。

Description

旋转电磁型统一潮流控制装置
技术领域
本发明涉及一种电能质量控制装置，属于电机和电力电子技术领域。
背景技术
随着电力电子装置的应用日益广泛，电网中的谐波污染也日益严重。另外，许多电力电子装置的功率因数很低，也给电网带来额外负担并影响供电质量。因此消除谐波污染并提高功率因数，已成为电力电子技术中的一个重大课题。
用于补偿无功功率的典型装置有静止无功补偿器和静止无功发生器。用于补偿谐波的典型装置有电力有源滤波器。用于电力系统潮流控制的典型装置为统一潮流控制器，统一潮流控制器的主要结构如图1所示，它包括通过公共直流端相连接的两个电压源变流器，其中一个变流器通过耦合变压器与输电线路并联连接；另一个变流器通过一个交流变压器被串入输电线路中，两个变流器的直流电压由一个公共电容器提供。统一潮流控制器的基本思想是用一种统一的电力电子控制装置，仅仅通过控制规律的变化，就能对线路电压、阻抗、相位等电力系统基本参数同时控制，从而能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相等几种不同的功能。
但是由于静止无功补偿器、静止无功发生器、电力有源滤波器以及统一潮流控制器的主工作电路都采用功率半导体器件，这一方面会提高装置的成本，另一方面也会降低装置的可靠性，而且装置的过载能力低，还会产生新的谐波干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转电磁型统一潮流控制装置，以克服现有技术的电能质量控制装置主工作电路因采用功率半导体器件，一方面提高了装置的成本，另一方面降低了装置的可靠性，而且装置的过载能力低，会产生新的谐波干扰的缺陷。它包括绕线型转子感应电机1、交流励磁电源2、交流斩波器3和变压器4，绕线型转子感应电机1的定子上有两套三相对称绕组，一套为并联绕组1-1，另一套为串联补偿绕组1-2，串联补偿绕组1-2的一端与交流斩波器3的输入侧相连，交流斩波器3的输出侧与变压器4的一次侧相连，绕线型转子感应电机1的转子绕组1-3通过滑环、电刷与交流励磁电源2的输出端相连。
本发明的旋转电磁型统一潮流控制装置工作时，并联绕组1-1与电网5(或通过变压器与电网5)相连，变压器4的二次侧串联在电网5中。交流励磁电源2的输入端与电网5(或通过变压器与电网5)相连。本发明潮流控制装置的主工作电路中采用了成本低、可靠性高的绕线型转子感应电机1，而不是功率半导体器件，一方面降低了装置的成本，另一方面提高了装置的可靠性，而且装置的过载能力强，不会产生新的谐波干扰。该潮流控制装置能够实现电力系统的潮流控制、无功功率补偿、有功功率补偿、线路电压补偿等功能，具有结构简单、控制方便、过载能力强、成本低、可靠性高等特点，在电力系统中具有良好的应用前景。
附图说明
图1是现有技术的统一潮流控制器的结构示意图，图2是本发明的结构示意图，图3是实施方式二的结构示意图，图4是实施方式四的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式由绕线型转子感应电机1、交流励磁电源2、交流斩波器3和变压器4组成，绕线型转子感应电机1的定子上有两套三相对称绕组，一套为并联绕组1-1，另一套为串联补偿绕组1-2，串联补偿绕组1-2的一端与交流斩波器3的输入侧相连，交流斩波器3的输出侧与变压器4的一次侧相连，绕线型转子感应电机1的转子绕组1-3通过滑环、电刷与交流励磁电源2的输出端相连。交流励磁电源由整流、滤波、逆变和变频单元组成，依次完成三相电流的整流、滤波、逆变。可以根据从电网5反馈来的信息和运行指令，控制交流励磁电源2和交流斩波器3的输出，使本发明的装置运行在不同的模式下。
本发明的装置运行在潮流控制模式时，一方面根据电网5的运行状态，控制交流励磁电源2输出直流励磁电流的大小，来调节绕线型转子感应电机1的并联绕组1-1输出的无功功率；另一方面，控制交流励磁电源2的输出瞬时频率，调整绕线型转子感应电机1的转子瞬时转速，进而调整绕线型转子感应电机1的串联补偿绕组1-2输出电压的相位；同时，控制交流斩波器3，来调整串联补偿绕组1-2输出电压的大小。
本发明的装置运行在无功功率补偿模式时，根据电网5的无功状态，控制交流励磁电源2输出电流直流分量的大小，来调节本发明装置输出的无功功率。
当电网的有功功率过剩、不足或电网发生故障停止向负载供电时，本发明装置运行在有功功率补偿模式，控制交流励磁电源2输出电流的频率，来控制绕线型转子感应电机1转子速度的大小，把电网过剩的电能转换为转子的旋转动能，或把转子的旋转动能转化为电网频率的交流电能，供给电网。
具体实施方式二：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它还包括离合器9和原动机12，原动机12的发动机轴通过离合器9固定在绕线型转子感应电机1的转子轴端上以实现同轴旋转。当电网和负载需要连续补偿有功功率时，本发明的装置运行在发电机模式，可以利用原动机驱动绕线型转子感应电机1的转子，通过控制交流励磁电源2输出电流的大小和频率，即使原动机的速度发生变动，也能够向电网和负载输出频率恒定的有功功率，实现不间断供电，或者利用风能、水能等能源补充供电。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式二的不同点是：原动机可以为燃气发动机、风力发动机和水轮发动机等动力装置。其它组成和连接方式与实施方式二相同。
具体实施方式四：下面结合图4具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它还包括惯性轮11，惯性轮11设置在绕线型转子感应电机1的转子轴上。如此设置，增加了系统的转动惯量，提高系统的有功功率调节能力。其它组成和连接方式与实施方式一相同。

Claims (4)

1、旋转电磁型统一潮流控制装置，其特征在于它包括绕线型转子感应电机(1)、交流励磁电源(2)、交流斩波器(3)和变压器(4)，绕线型转子感应电机(1)的定子上有两套三相对称绕组，一套为并联绕组(1-1)，另一套为串联补偿绕组(1-2)，串联补偿绕组(1-2)的一端与交流斩波器(3)的输入侧相连，交流斩波器(3)的输出侧与变压器(4)的一次侧相连，绕线型转子感应电机(1)的转子绕组(1-3)通过滑环、电刷与交流励磁电源(2)的输出端相连。
2、根据权利要求1所述的旋转电磁型统一潮流控制装置，其特征在于它还包括离合器(9)和原动机(12)，原动机(12)的发动机轴通过离合器(9)固定在绕线型转子感应电机(1)的转子轴端上以实现同轴旋转。
3、根据权利要求2所述的旋转电磁型统一潮流控制装置，其特征在于原动机为燃气发动机、风力发动机或水轮发动机。
4、根据权利要求1所述的旋转电磁型统一潮流控制装置，其特征在于它还包括惯性轮(11)，惯性轮(11)设置在绕线型转子感应电机(1)的转子轴上。
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