CN101673950A - 一种静止无功补偿（svc）兼直流融冰装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置，其一次设备主要包括晶闸管整流器、电抗器、交直流滤波器以及隔离开关、氧化锌避雷器等组成，其中所述晶闸管整流器兼做晶闸管控制电抗器型TCR阀组，所述电抗器是换相和平波兼晶闸管控制电抗器型TCR相控电抗器，并且所述晶闸管整流器和电抗器都是可拆分结构，通过在各个可拆分结构之间设置隔离开关，通过对线路隔离开关的操作，对所述晶闸管整流器和电抗器进行拆分重组，构成不同的拓扑结构，从而实现其在直流融冰功能和静止无功补偿SVC功能之间进行切换，解决大电流、高电压、大容量直流融冰装置问题和系统无功补偿问题。

Description

一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置及其实现方法

技术领域

本发明属于电力电子应用技术领域，主要涉及一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰成套装置，该装置适用于对覆冰后的长距离输电线路进行直流融冰，且在其余时间可作为静止无功补偿装置。

背景技术

2008年初，我国华中、西南、华东等地区发生了严重的雨雪冰冻灾害，电网设施覆冰覆雪情况严重，断线倒塔线路跳闸现象频发，给电网造成巨大的损失，局部地区电网甚至遭受到毁灭性打击。直流融冰技术是一种有效的融冰方法，适用于220kV及以上电压等级的输电线路。但由于冰灾发生的时间和频度都比较小，若直流融冰设备仅能够作为融冰装置使用，经济性较差。为了提高设备的利用率，保持设备运行的健康水平，根据实际需要，可以在大功率晶闸管变流技术的基础上，开发出一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置，以满足220kV及以上电压等级输电线路的融冰需要，且在一般时间还可作为常规动态无功补偿装置使用，为系统提供动态无功支撑，阻尼系统低频振荡，提高系统稳定极限和输送能力。目前国内外还没有与本发明类似的这种可重构的静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置及其实现方法。

发明内容

本发明的目的是：通过对电路中晶闸管整流器和电抗器进行拆分重组，构成不同的拓扑结构，从而实现其在直流融冰功能和静止无功补偿SVC功能之间进行切换，解决大电流、高电压、大容量直流融冰装置问题和系统无功补偿问题，提高设备的运行经济性。

本发明提出了用于一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置，利用输电线路的直流电阻较小的特点，实现直流融冰，且可以通过隔离开关的操作，进行适当的结构重组，兼顾静态无功补偿和直流融冰两种功能。电抗器工作在TCR的相控电抗器模式，或直流融冰的换相电抗器和平波电抗器的模式，主要取决于气候环境条件和系统特点，经隔离开关的适当切换重构可变更为所需要的模式。一般只有在天气恶劣的寒冬、导线覆冰较为严重时才工作在直流融冰模式，其他时间均工作在晶闸管控制电抗器(TCR)模式。一套装置，两种功能，提高了设备的综合经济性。

本发明的技术方案是一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置，其特征在于一次设备主要包括晶闸管整流器、电抗器、交直流滤波器以及隔离开关、氧化锌避雷器等组成，其特征在于：

交流输入侧有换相电抗器和隔离开关GS1，两者并联后与系统电源相连，隔离开关GS1闭合后，换相电抗器被旁路，直接接入系统，否则经换相电抗器接入系统；晶闸管连接为6脉动整流桥，每相的正负半臂分别与隔离开关GSa、GSb、GSc并联，隔离开关打开时，晶闸管为整流桥的正负半臂，闭合时为晶闸管控制电抗器TCR的反并联晶闸管阀；整流桥每相的正、负半臂输出端分别和双极直流隔离开关GZ1、GZ2、GZ3的两极串联，隔离开关闭合时，三相正半臂输出端经过开关GZ1、GZ2、GZ3的一极后直接并联形成直流输出正极，直接输出，三相负半臂输出端经过GZ1、GZ2、GZ3的另一极后并联形成直流输出负极，三相负半臂输出端各连一个电抗器，电抗器经GZ4与直流输出相连，同时经GS2与系统相连，GZ4根据系统对平波电抗器的要求，可选择一极、两极或三极联动隔离开关，GS2打开，GZ4闭合后，几个电抗器并联后形成平波电抗器，经平波电抗器形成整流器负极输出；GS2闭合、GZ4打开，便可与前面的换相电抗器一起形成三角形连接的相控电抗器结构。

其中，所述晶闸管整流器兼做晶闸管控制电抗器型TCR阀组，所述电抗器是换相和平波兼晶闸管控制电抗器型TCR相控电抗器，并且所述晶闸管整流器和电抗器都是可拆分结构，通过在各个可拆分结构之间设置隔离开关，通过对线路隔离开关的操作，对所述晶闸管整流器和电抗器进行拆分重组，构成不同的拓扑结构，从而实现其在直流融冰功能和静止无功补偿SVC功能之间进行切换，解决大电流、高电压、大容量直流融冰装置问题和系统无功补偿问题。

其中，当该装置的运行模式为直流融冰时，有两种运行方案，方案一：六台电抗器和静止无功补偿SVC交流系统的电源A、B、C及阀隔离开，选择两台电抗器并联，接入融冰整流电路的直流侧，构成平波电抗器组，晶闸管通过隔离开关开合被连成6脉动整流桥结构，有直流输出正、负极各一个，整流桥的正极或负极和平波电抗器组串联后成为直流输出正极或负极，整流桥的负极或正极为总的直流输出负极或正极，作为直流融冰模式运行的主要变流设备，直流输出的正负极间连接需融冰的线路，为覆冰线路提供直流融冰电流；方案二：在方案一的基础上，每相另有一台电抗器，接在交流系统和晶闸管之间，作为换相电抗器。

其中，当该装置的运行模式为静止无功补偿器(SVC)时，通过改变所述隔离开关的开合，每两台电抗器串联在晶闸管的两侧，构成晶闸管控制电抗器TCR型的SVC相控电抗器，这样六台电抗器接入静止无功补偿SVC交流系统电源A、B、C及阀，构成晶闸管控制电抗器TCR结构，单相阀两侧分别串联两台电抗器，三相接成角形，可通过改变晶闸管不同的导通角来调节静止无功补偿SVC的容量输出以满足系统调压和稳定控制的需要。

其中，所述平波电抗器组可以是一台电抗器或并联的三台电抗器。

本发明的有益效果是：通过隔离开关操作，进行拆分重组，晶闸管整流器可兼做TCR阀组，TCR相控电抗器可兼做直流融冰换相电抗器和平波电抗器，构成不同拓扑结构，既满足灾害气候条件下直流融冰的需要，又可以满足其余时间作为SVC进行无功补偿、系统调压和稳定控制的需要，且相控电抗器在融冰模式下兼做换相电抗器和平波电抗器，可以改善直流波形和晶闸管元件的运行环境，提高了TCR相控电抗器的使用效率，延长了晶闸管阀的使用寿命，具有明显的经济性和可靠性，可满足不同电压等级、不同参数、不同长度导线的融冰需要。

相对于传统的直流融冰电路结构，本发明的技术方案可有效提高设备使用效率，减少直流侧输出电压、电流波动幅度，降低直流侧短路电流，减少对阀的冲击和损耗，延长阀的使用寿命。如果融冰装置容量较大，或系统有调压需要，可以在电路中增设整流变压器；如果单一整流桥提供的直流电流不足，可以通过多个整流桥并联实现大电流输出，满足融冰模式的需要，并且可控制系统在线路融冰过程中通过改变晶闸管阀的触发角来调节线路直流电流，从而适用于不同电压等级、不同参数、不同长度的导线。

附图说明

为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式的描述，下面给出与本发明相关的附图说明如下：

图1是依据本发明的静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置的主电路图；

图2是依据本发明的融冰模式下TCR相控电抗器重构成平波电抗器的等效电路图；

图3是融冰模式下TCR相控电抗器重构成换相电抗器和平波电抗器的等效电路图；

图4是依据本发明的重构成TCR相控电抗器等效电路图。

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实施例，以下结合本附图对本发明实现的技术方案做进一步说明。

本发明提出了一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置及其实现方法。装置的一次设备主要包括晶闸管整流器、电抗器、交直流滤波器以及隔离开关、氧化锌避雷器等组成，可重构的主电路如图1所示，其中所述晶闸管整流器兼做晶闸管控制电抗器型TCR阀组，所述电抗器可以在直流融冰模式下作为换相电抗器和平波电抗器，在SVC工作模式下作为晶闸管控制电抗器(TCR)的相控电抗器，并且所述晶闸管整流器和电抗器都是可拆分结构，通过在各个可拆分结构之间设置隔离开关，顺序操作线路隔离开关，对所述晶闸管整流器和电抗器进行拆分重组，构成不同的拓扑结构，可在直流融冰和静止无功补偿SVC之间进行切换。

在整流电路中，采用换相电抗器可以限制变流器换相时电网侧的压降，降低晶闸管导通时电流上升率di/dt和电压上升率du/dt，改善电源电压的波形。在整流电路中采用平波电抗器的可以限制短路电流，保护变流器件，降低直流电流的脉冲幅度，保持整流电流的连续。所以在直流融冰装置的整流电路中如果有换相电抗器和平波电抗器，可以降低直流输出电压和电流的波动幅度，减少流过每个晶闸管元件的电流有效值和导通时电流上升率，减少对晶闸管阀的冲击，在长期运行情况下，可明显延长晶闸管阀的寿命。

当本发明提出的装置的运行模式为直流融冰时，有两种方案。

方案一：在图1的结构基础上，将隔离开关GZ1、GZ2、GZ3、GZ4投入，将隔离开关GS1、GS2、GSa、GSb、GSc拉开，其中GZ1、GZ2、GZ3、GZ4为直流双极隔离开关，六台电抗器和SVC交流系统电源A、B、C及阀隔离开。如图2所示，选择SVC模式下的六台相控电抗器中的两台电抗器并联，接入融冰整流电路的直流侧，构成一个平波电抗器组使用，根据实际情况，也可是一台电抗器单独作为平波电抗器，或是三台电抗器并联构成平波电抗器。交流系统电源A、B、C直接连接6脉动整流桥，整流桥出线通过平波电抗器组连接在需融冰的线路上。晶闸管通过隔离开关开合被连成6脉动整流桥结构，有直流输出正、负极各一个，整流桥的正极(或负极)和平波电抗器组串联后成为直流输出正极(或负极)，整流桥的负极(也可是正极)为总的直流输出负极(或正极)，作为直流融冰模式运行的主要变流设备，直流输出的正负极间连接需融冰的线路，为覆冰线路提供直流融冰电流。

方案二：在方案一的基础上，将隔离开关GS1投入，如图3所示，SVC运行模式下的六台相控电抗器中有三台电抗器接在交流系统和晶闸管之间，作为换相电抗器使用(每相一台)。交流系统电源A、B、C通过换相电抗器接入6脉动整流桥，整流桥出线通过平波电抗器组连接在需融冰的线路上。采用单台6脉动整流桥结构，其中晶闸管整流器为覆冰线路提供直流融冰电流，控制系统在线路融冰过程中通过改变晶闸管阀的触发角来调节线路中的直流电流。

相对于传统的融冰电路结构，上述两种方案可有效提高设备使用效率，减少直流侧输出电压、电流波动幅度，降低直流侧短路电流，减少对阀的冲击和损耗，延长阀的使用寿命。如果融冰装置容量较大，或系统有调压需要，可以在电路中增设整流变压器；如果单一整流桥提供的直流电流不足，可以通过多个整流桥并联实现大电流输出，满足融冰模式的需要，并且可控制系统在线路融冰过程中通过改变晶闸管阀的触发角来调节线路直流电流，从而适用于不同电压等级、不同参数、不同长度的导线。

当该装置的运行模式为静止无功补偿器(SVC)时，改变所述隔离开关的开合，将隔离开关GS1、GZ1、GZ2、GZ3、GZ4拉开，将隔离开关GS2、GSa、GSb、GSc投入，如图4所示，每两个电抗器串联在晶闸管的两侧，构成晶闸管控制电抗器(TCR)型SVC相控电抗器，这样六台电抗器接入静止无功补偿SVC交流系统电源A、B、C及阀，构成晶闸管控制电抗器TCR结构，单相阀两侧分别串联两台电抗器，三相接成角形，可通过改变晶闸管不同的导通角来调节静止无功补偿SVC的容量输出以满足系统调压和稳定控制的需要。

可重构静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置的工作模式主要取决于气候环境条件，经隔离开关的适当切换可变更为所需要的模式。一般只有在天气恶劣的寒冬、导线覆冰较为严重时才工作在直流融冰模式，其他时间均工作在静止无功补偿(SVC)模式，提高了综合经济性。两种工作模式的重构是通过晶闸管阀组的串并联转换和电抗器的串并联转换实现。

上面通过特别的实施例内容描述了本发明，但是本领域技术人员还可意识到变型和可选的实施例的多种可能性，例如，通过组合和/或改变单个实施例的特征。因此，可以理解的是这些变型和可选的实施例将被认为是包括在本发明中，本发明的范围仅仅被附上的专利权利要求书及其同等物限制。

Claims (5)

1、一种静止无功补偿(SVC)兼直流融冰装置，其特征在于一次设备主要包括晶闸管整流器、电抗器、交直流滤波器以及隔离开关、氧化锌避雷器等组成，其特征在于：

交流输入侧有换相电抗器和隔离开关GS1，两者并联后与系统电源相连，隔离开关GS1闭合后，换相电抗器被旁路，直接接入系统，否则经换相电抗器接入系统；晶闸管连接为6脉动整流桥，每相的正负半臂分别与隔离开关GSa、GSb、GSc并联，隔离开关打开时，晶闸管为整流桥的正负半臂，闭合时为晶闸管控制电抗器TCR的反并联晶闸管阀；整流桥每相的正、负半臂输出端分别和双极直流隔离开关GZ1、GZ2、GZ3的两极串联，隔离开关闭合时，三相正半臂输出端经过开关GZ1、GZ2、GZ3的一极后直接并联形成直流输出正极，直接输出，三相负半臂输出端经过GZ1、GZ2、GZ3的另一极后并联形成直流输出负极，三相负半臂输出端各连一个电抗器，电抗器经GZ4与直流输出相连，同时经GS2与系统相连，GZ4根据系统对平波电抗器的要求，可选择一极、两极或三极联动隔离开关，GS2打开，GZ4闭合后，几个电抗器并联后形成平波电抗器，经平波电抗器形成整流器负极输出；GS2闭合、GZ4打开，便可与前面的换相电抗器一起形成三角形连接的相控电抗器结构。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述晶闸管整流器兼做晶闸管控制电抗器型TCR阀组，所述电抗器是换相和平波兼晶闸管控制电抗器型TCR相控电抗器，并且所述晶闸管整流器和电抗器都是可拆分结构，通过在各个可拆分结构之间设置隔离开关，通过对线路隔离开关的操作，对所述晶闸管整流器和电抗器进行拆分重组，构成不同的拓扑结构，从而实现其在直流融冰功能和静止无功补偿SVC功能之间进行切换，解决大电流、高电压、大容量直流融冰装置问题和系统无功补偿问题。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于当该装置的运行模式为直流融冰时，有两种运行方案，方案一：六台电抗器和静止无功补偿SVC交流系统的电源A、B、C及阀隔离开，选择两台电抗器并联，接入融冰整流电路的直流侧，构成平波电抗器组，晶闸管通过隔离开关开合被连成6脉动整流桥结构，有直流输出正、负极各一个，整流桥的正极或负极和平波电抗器组串联后成为直流输出正极或负极，整流桥的负极或正极为总的直流输出负极或正极，作为直流融冰模式运行的主要变流设备，直流输出的正负极间连接需融冰的线路，为覆冰线路提供直流融冰电流；方案二：在方案一的基础上，每相另有一台电抗器，接在交流系统和晶闸管之间，作为换相电抗器。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于当该装置的运行模式为静止无功补偿器(SVC)时，通过改变所述隔离开关的开合，每两台电抗器串联在晶闸管的两侧，构成晶闸管控制电抗器TCR型的SVC相控电抗器，这样六台电抗器接入静止无功补偿SVC交流系统电源A、B、C及阀，构成晶闸管控制电抗器TCR结构，单相阀两侧分别串联两台电抗器，三相接成角形，可通过改变晶闸管不同的导通角来调节静止无功补偿SVC的容量输出以满足系统调压和稳定控制的需要。

5、如权利要求3所述的装置，其特征在于所述平波电抗器组可以是一台电抗器或并联的三台电抗器。

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