CN101640422A - 串联电容补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种串联电容补偿器，包括断路开关组，一第一电容补偿模块通过断路开关组可投入或退出地串联在电力线上，第一电容补偿模块具有电容器组；一保护模块与第一电容补偿模块并联连接，其中，第一电容补偿模块还具有与电容器组串联连接的控制模块，控制模块具有可控器件。本发明提供的串联电容补偿器能调节投入到接融网的补偿容量，并且能有效抑制引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量，提高接融网的供电质量。

Description

串联电容补偿器

技术领域

本发明涉及用于电力系统的无功补偿装置，具体地说，涉及一种应用于电气化铁路牵引供电系统的可调串联电容补偿器。

背景技术

电气化铁路牵引供电系统中，承担电能传送的供电臂具有较大的阻抗，当电力机车从接融网授流时，造成输电线路电压下降，从而导致电力机车受电弓处电压低于牵引变电所母线电压，特别是牵引电流较大，接融网末端电压低于20KV时，牵引机车将不能正常运行。因此，需要在接融网上串联一电容补偿器以抵消接融网的无功损耗，改善接融网无功分布，进而提高牵引供电系统电能质量以保证电力机车的正常运行，减少对大电网电能质量的影响。

现有一种串联电容补偿器原理如图1所示，其串联电容补偿器具有断路开关组，断路开关组由断路开关K6以及断路开关K1、K2组成，其中断路开关K6串联在接融网的两根输电线路1、2之间，断路开关K1、K2连接接融网与补偿装置，并具有接地功能。

串联电容补偿器设有电容补偿模块C3，它由多个电容器串联组成。电容补偿模块C3与断路开关K3串联连接，并且电容补偿模块C3与断路开关K3组成的支路与保护模块并联在断路开关K1、K2的两端。

保护模块由断路开关K5、电感L1、放电间隙FJ、电阻R以及避雷器MOV构成。电容补偿模块C3两端电压过高时，保护模块的放电间隙FJ被击穿，从而将电容补偿模块C3旁路，避免损坏电容补偿模块C3。

当接融网负载较大、授电弓端电压较低时，断路开关K1、K2闭合，且断路开关K3也闭合，开关K6断开，整个补偿装置串联在接融网1、2之间，产生无功补偿，提高授电弓端电压。

在牵引供电系统额定电压固定的情况下，电容补偿模块C3的电容器组的容量由电容器组的额定电流决定。若电容器组的额定电流选择较大，电容器组的容量较大，能满足较大负载时的升压要求，但对于负载较小的情况，流经电容器组的电流较小，其升压效果并不明显。若选择额定电流较小的电容器组，则不能满足负载较大情况的升压要求。

此外，由于现行电气化铁路串联电容补偿装置在投切时是整体进行投切，不能根据接融网的运行工况调节补偿的容量同时，由于电容器组一旦投入使用，其参数不能改变，即容量是不可控的，不能对牵引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量进行抑制，影响接融网的供电质量。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种对接融网补偿容量可控串联电容补偿器；

本发明的另一目的是提供一种有效抑制牵引供电系统中次同步谐波及高次谐波分量的串联电容补偿；

本发明的再一目的是提供一种能精确控制接融网无功补偿容量的串联电容补偿器。

为实现上述的主要目的，本发明提供的串联电容补偿器包括断路开关组、第一电容补偿模块和一个保护模块，第一电容补偿模块具有一组电容器组，并具有一个与电容器组并联的控制模块，控制模块包含可控器件，用于对电容器组的补偿容量进行调节。

由上述方案可见，串联电容补偿器接入接融网后，可根据接融网的负载情况，通过控制可控器件的投切角来控制电容器组的投入时间，从而调节补偿到接融网的电容器组的容量。接融网负载较大时，减小可控器件的投切角，增大可控器件的导通时间，电容器组的补偿容量较大。接融网负载较小时，增大可控器件的投切角，减小可控器件的导通时间，电容器组的补偿容量较小，从而实现灵活地对接融网进行容量的补偿。

一个优选的方案是，控制模块具有两个反向并联连接的可控器件，并且该可控器件为晶闸管。这样，控制人员通过控制晶闸管的投切角控制第一电容补偿模块的投入时间，从而抑制牵引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量，提高牵引供电系统的供电质量。并且，通过精确控制晶闸管的投切角能精确地控制电容器组的投入时间，提高串联电容补偿器的补偿精度。

进一步的方案是，第一电容补偿模块具有二组或二组以上并联连接的电容器组，每一电容器组均与一断路开关串联连接。

由此可见，串联电容补偿器工作时，控制人员可根据接融网的负载情况选择投入一组电容器组或多组电容器组，从而实现对接融网无功的可控补偿。

更进一步的方案是，串联电容补偿器还设有与第一电容补偿模块并联连接的第二电容补偿模块，并且第二电容补偿模块具有容量固定的电容器组。这样，当接融网负载较大时，除了投入第一电容补偿模块，还可以投入第二补偿模块，增大电网的容抗，以满足大负载情况下的电压补偿。并且，通过对投切电容器组数的快速选择实现补偿速度的要求。

附图说明

图1是现有串联电容补偿器接入接融网的电原理图；

图2是本发明第一实施例接入接融网的电原理图；

图3是本发明第一实施例中第一电容补偿模块的电原理图；

图4是本发明第二实施例中第一电容补偿模块的电原理图。

以下结合各实施例及其附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

第一实施例：

参见图2，本实施例具有断路开关组，断路开关组由串联在接融网输电线路1、2之间的断路开关K6以及断路开关K1、K2组成。当接融网负载较大时，断路开关K1、K2闭合，串联电容补偿器对接融网进行容抗补偿。

本实施例具有两个电容补偿模块，分别是补偿容量可调的第一电容补偿模块C1以及补偿容量固定的第二电容补偿模块C2。第一电容补偿模块C1与断路开关K4串联连接，形成第一补偿支路3。相同地，第二电容补偿模块C2与断路开关K7串联连接，形成第二补偿支路4。

第一补偿支路3与第二补偿支路4并联连接，并且串联在断路开关K1、K2之间。需要投入使用第一电容补偿模块C1时，闭合断路开关K4，需要投入使用第二电容补偿模块C2时，则需要闭合断路开关K7。

优选地，第二电容补偿模块C2由多个电容器串联组成，并且多个电容器的容量固定，控制系统通过控制断路开关K 7的闭合或断开实现第二电容补偿模块C2的整体投入或退出。

与现有的串联电容补偿器相同的是，本实施例也设有与断路开关K1、K2并联连接的保护模块，保护模块由断路开关K5、放电间隙FJ、电感L1、电阻R以及避雷器MOV组成，保护电路各器件的连接方式及工作原理与现有的串联电容补偿器相同，在此不再赘述。

参见图3，本实施例第一电容补偿模块C1设有两组电容器组，其中串联连接的电容器C11、C12、C13、C14组成第一电容器组，第一电容器组与断路开关K11串联连接，形成第一串联支路11。第二电容器组由串联连接的电容器C21、C22、C23、C24组成，且第二电容器组与断路开关K12串联连接，形成第二串联支路12。

第一串联支路11与第二串联支路12并联连接，并且电流、电感互感器组6并联连接在第一串联支路11的两端，这样，相互并联连接的第一串联支路11、第二串联支路12及电流、电感互感器组6形成补偿模块13。

第一电容补偿模块C1还设有控制模块，本实施例的控制模块由两个反向并联连接的晶闸管TH1、TH2组成，优选地，晶闸管为半控型晶闸管(SCR)，并且控制模块与补偿模块13并联连接。晶闸管TH1、TH2可由单片机等控制系统控制其导通角，即控制晶闸管TH1、TH2投切角，这样，第一电容器组及第二电容器组的投入时间由控制系统控制，控制系统可根据接融网的实时负载情况控制晶闸管TH1、TH2的投切角以控制串联电容补偿器的投入的容量。

本实施例中，控制系统是计算机或单片机等设备，可计算接融网的负载情况，并根据接融网的负载情况计算晶闸管TH1、TH2的投切角，向晶闸管TH1、TH2输出触发控制信号。

第一电容补偿模块C1还设有一个电感器L2以及两个断路开关K13、K14，电感器L2通过电流、电感互感器组5与补偿模块13串联连接。断路开关K14串联在电感器L2一端与控制模块之间，而断路开关K13则串联在电感器L2的中部与控制模块之间。

断路开关K13、K14分别与第一电容器组及第二电容器组对应，当仅第一电容器组投入使用是，可只闭合断路开关K13，电感器L2一半的电感量投入使用。若第一、第二电容器组同时投入使用，则闭合断路开关K14，电感器L2的全部电感量投入使用。

当然，本实施例中第一电容补偿模块C1仅设有两组电容器组，若第一电容补偿模块C1设有更多的电容器组，则相应地设置多个断路开关，分别与多组电容器组对应。

接融网负载较轻时，控制系统可断开断路开关K1、K2，串联电容补偿器被旁路。当然，若需要抑制牵引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量，可闭合断路开关K1、K2，并闭合断路开关K4、K11及K13，第一电容补偿模块C1的第一电容器组投入使用。控制系统通过控制晶闸管TH1、TH2的投切角，将第一电容器组精确地投入至接融网中，从而抑制牵引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量。

接融网负载较重时，控制系统闭合断路开关K1、K2，并且闭合断路开关K4、K11、K12、K14，第一电容补偿模块C1的两组电容器组均投入使用。此时，控制系统根据接融网的负载情况计算晶闸管TH1、TH2的投切角，控制电容器组的补偿容量。

晶闸管TH1、TH2的投切角较小时，其导通时间较长，电容器组投入使用时间也较长，补偿容量较大，对接融网电压补偿明显。晶闸管TH1、TH2的投切角较大时，其导通时间较短，电容器组投入使用时间较短，补偿容量较小，适合接融网负载较轻的情况。

可见，控制系统通过控制晶闸管TH1、TH2的投切角可控制串联电容补偿器的补偿容量，实现对投入电网的容量进行调节。

在接融网负载较轻或负载较重时，串联电容补偿器的第一电容补偿模块C1投入接融网中，第二电容补偿模块C2并未投入接融网。

接融网工作在重负载或冲击性大负载时，控制系统可闭合断路开关K1、K2、K4、K7、K11、K12及K14，串联电容补偿器的第一电容补偿模块C1、第二电容补偿模块C2均投入接融网中，并且第一电容补偿模块C1的两组电容器组均投入使用，以增大接融网的容抗，提升接融网的电压。

由于第二电容补偿模块C2仅设有容量固定的电容器组，并未设置控制模块，因此第二电容补偿模块C2整体投入或退出。控制系统需要调节投入电网的补偿容量时，通过调节晶闸管TH1、TH2的投切角即可实现对投入的补偿容量调节。

可见，本实施例的第一电容补偿模块设置由晶闸管TH1、TH2组成的控制模块，可精确地控制投入接融网的补偿容量，控制系统可根据接融网的工作情况调节补偿的容量，既满足重负载时的要求，也满足轻负载时工况要求。

并且，控制系统通过控制晶闸管TH1、TH2的投切角能有效地抑制牵引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量，提高接融网的供电质量。

第二实施例：

本实施例具有断路开关组、第一电容补偿模块、第二电容补偿模块及保护模块，这些与第一实施例相同。与第一实施例不同的是，本实施例的第一电容补偿模块C1具有两个电感器。

参见图4，本实施例的第一电容补偿模块C1具有由电容器C11、C12、C13、C14组成第一电容器组以及由电容器C21、C22、C23、C24组成的第二电容器组，并且第一串联支路11与第二串联支路并联连接。同时，本实施例也设有由晶闸管TH1、TH2组成的控制模块，控制模块与补偿模块13串联连接。

与第一实施例不同的是，第一电容补偿模块C1具有两个串联连接的电感器L3、L4，并且设有与电感器L3、L4一一对应的两个断路开关K15、K16。断路开关K15串联在电感器L 3一端与控制模块之间，断路开关K16串联在电感器L4一端与控制模块之间。

接融网负载较轻时，可以只闭合断路开关K11、K15，第一电容器组投入接融网，同时电感器L3投入使用。当两组电容器组均投入使用是，则闭合断路开关K11、K12、K16，电感器L3、L4均投入使用。

本实施例也能对投入接融网的容量进行调节，并且能抑制牵引供电系统的次同步谐波以及高次谐波分量，同时能精确地控制电容器组的投入时间。

当然，上述仅是本发明较佳的两个实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，使用门极可关断晶闸管(GTO)或电力晶体管(GTR)或电力场效应管(FET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等替代半控型晶闸管作为可控器件组成控制模块；或者，控制模块仅设置一个晶闸管；又或者，第二电容补偿模块也设计成容量可调的补偿模块，这些改变也是可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，诸如第一电容补偿模块中电容器组数量的改变、电感器数量的改变、控制模块各器件连接方式的改变等微小的变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1、串联电容补偿器，包括

断路开关组；

通过所述断路开关组可串联于接融网上的第一电容补偿模块，所述第一电容补偿模块具有电容器组；

其特征在于：

所述第一电容补偿模块还包括一个与所述电容器组并联的控制模块，所述控制模块具有可控器件。

2、根据权利要求1所述的串联电容补偿器，其特征在于：

所述控制模块具有两个反向并联连接的可控器件。

3、根据权利要求1或2所述的串联电容补偿器，其特征在于：

所述可控器件为半控型晶闸管或门极可关断晶闸管或电力晶体管或电力场效应管或绝缘栅双极晶体管。

4、根据权利要求1或2所述的串联电容补偿器，其特征在于：

所述第一电容补偿模块具有二组或二组以上并联连接的电容器组，每一电容器组均与一断路开关(K11、K12)串联连接。

5、根据权利要求4所述的串联电容补偿器，其特征在于：

所述第一电容补偿模块还包括一电感器(L2)，并设有与所述电容器组数量相等的多个断路开关(K13、K14)，所述多个断路开关(K13、K14)中的每一个串联在所述电感器与所述控制模块之间。

6、根据权利要求4所述的串联电容补偿器，其特征在于：

所述第一电容补偿模块还设有与所述电容器组数量相等且串联连接的多个电感器(L3、L4)，并设有与电感器数量相等的多个断路开关(K15、K16)，且每一个断路开关(K15、K16)串联在该断路开关对应的一个电感器(L3、L4)与所述控制模块之间。

7、根据权利要求1或2所述的串联电容补偿器，其特征在于：

还包括与所述第一电容补偿模块并联的第二电容补偿模块。

8、根据权利要求7所述的串联电容补偿器，其特征在于：

所述第二电容补偿模块具有容量固定的电容器组，所述电容器组与一断路开关(K7)串联。

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