CN102130458A - 一种超特高压柔性并联电抗器 - Google Patents

一种超特高压柔性并联电抗器 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种超特高压柔性并联电抗器,可应用于并联电抗器的设计制造和建模。该设计使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节,又能够实现一定范围内的平滑精确调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性,具有更大的灵活性,能适应电力系统的功率动态变化。

Description

一种超特高压柔性并联电抗器
技术领域
本发明属于电力电子领域,具体涉及一种超特高压柔性并联电抗器,可应用于并联电抗器的设计制造和建模控制。
背景技术
中国将在甘肃、江苏、内蒙、河北等地建设7个千万千瓦级的风电基地,打造“风电三峡工程”;大规模太阳能光伏发电基地将在西北地区建设,新能源基地的电能将通过超高压线路长距离输送。但是,风电、太阳能发电具有随机性和间歇性的特征,甘肃酒泉风电基地已运行的50多万KW风电,每分钟基地出力变化率在1.5%之内的概率在99%左右,南方城市的实测数据显示:太阳能每分钟功率变化达到70%的额定功率。电源的不确定性,对系统的电力平衡、无功和电压控制都带来了巨大的挑战。新能源的这些特点,客观上要求电网通过技术创新,来适应各类能源接入和送出的传输需要。
采用超/特高压长距离输电,可提高线路的输电能力,但由于交流输电线路巨大的容性充电功率,不同地区水、火电比重不同而导致的系统潮流变化加剧,以及有限的绝缘裕度,给电网系统的无功调节、过电压抑制提出了较高的要求,使线路的电压调整和控制难度加大。超特高压可控并联电抗器(controlled shunt reactor,CSR),具有控制灵活、响应时间快等特点,不仅可以平滑的调节系统的无功功率、动态补偿线路充电功率、简化系统无功电压控制,实现真正的柔性输电,还可以抑制工频和操作过电压,降低线路损耗,抑制潜供电流,消除发电机自励磁以及阻尼系统谐振等多方面功能,从而大大提高系统的稳定性和安全性,满足超特高压电网稳定、安全和经济运行的需要。因此,可控电抗器是超/特高压电网中至关重要的无功补偿装置,有非常广阔的应用前景。超特高压电网中应用的可控高抗主要分两种:一种是磁控式的,可以平滑调节,但速度较慢;另一种是分级投切式的,可以快速投入无功补偿,但精度不足。本发明兼顾两者的优点,既能够快速投入,又能够在一定范围内平滑调节,具有更大的灵活性,能够适应新能源输电线路的动态功率变化。
发明内容
本发明提出了一种超特高压柔性并联电抗器,可应用于并联电抗器的设计制造和建模。该设计使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节,又能够实现一定范围内的平滑精确调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性,具有更大的灵活性,能适应电力系统的功率动态变化。
本发明的一种新型柔性并联电抗器装置,将变压器、磁控电抗器和分级投切电抗器构成体化装置,使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节,又能够实现一定范围内的平滑精确调节;使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性,适应电力系统的功率动态变化,以及新能源功率的间歇性变化,从而有效抑制工频过电压和操作过电压。
其中,单相接线包括:变压器T1、磁控电抗器Xmc、磁控电抗器的直流励磁部分DC、电抗器X1,X2,X3、晶闸管组F1,F2,F3和断路器K1,K2,K3;变压器T1低压侧的容量配置电抗器串联磁控电抗器Xmc,再与电抗器X1、X2、X3从上到下串联后接地,其串联电抗的总电抗最大值是Xmc+X1+X2+X3;磁控电抗器的直流励磁部分DC通过磁耦合与磁控电抗器Xmc连接;晶闸管组F1和断路器K1并联组成第一复合开关,第一复合开关并联在电抗器X1远地点到接地之间;晶闸管组F2和断路器K2并联组成第二复合开关,第二复合开关并联在电抗器X2远地点到接地之间;晶闸管组F3和断路器K3组成第三复合开关,第三复合开关并联在电抗器X3远地点到接地之间;
所述柔性并联电抗器装置的高压侧绕组三相接成“Y”型,直接接到高压电力网络S上,中性点短接后经电抗器G0接地;三相低压侧绕组首端分别经套管引出,连接磁控电抗器Xmc和分级的电抗器X1,X2,X3,低压侧绕组末端直接接地;每个晶闸管组组与对应的容量配置电抗器串联构成晶闸管组F1,F2,F3的支路,各晶闸管组的支路并联连接,配置于低压侧的电抗器X1,X2,X3与地端之间。
其中,当系统传输容量波动剧烈,电压变化幅度大的时候,首先调节断路器K1,K2,K3,快速投入无功补偿容量,保证无功补偿的速度;然后调节磁控电抗器的直流励磁部分DC,改变磁控电抗器Xmc的饱和程度,从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量,从而改变总体投入系统的无功补偿容量,实现设定的调节精度;当系统传输容量波形平缓,电压变化幅度较小的时候,在当前容量范围内,不改变断路器K1,K2,K3的状态,小幅度调节磁控电抗器的直流励磁部分DC,改变磁控电抗器Xmc的饱和程度,从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量,从而改变总体投入系统的无功补偿容量,实现设定的调节精度。
其中,该柔性并联电抗器装置兼有平滑调节和分级投切的互补的功能;其中变压器结构部分,可采用高短路阻抗结构形式构成,即通过加大变压器的漏抗,将变压器和电抗器合于一体构成,或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成,或者直接采用普通变压器,没有外接电抗;
其平滑调节的实现在于磁控电抗器Xmc部分的投入容量可通过调节磁控电抗器的直流励磁部分DC,改变磁控电抗器Xmc的饱和程度,从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量;分级投切的实现是通过第一、第二和第三复合开关的快速开断或闭合来实现电抗器X1、X2、X3的投入,其控制策略是:
第一复合开关闭合时,投入系统感抗:Xt=Xmc
第二复合开关闭合时,第一复合开关断开,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1
第三复合开关闭合时,第一复合开关和第二复合开关都断开,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1+X2
第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关都断开时候,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1+X2+X3
平滑调节和快速分级投切的互补,实现的关键在于:该柔性并联电抗器装置的结构使得磁控电抗器Xmc是串联在每一级电抗器X1,X2,X3之上的,无论电抗器X1,X2,X3的哪一级投入系统,磁控电抗器Xmc都会在此基础之上进行投入容量的平滑调节;各级电抗器在低压侧连接的结构,以及各级电抗串联结构的结构,既可降低磁控电抗器Xmc和电抗器X1、X2、X3的容量要求,减少电抗器的投资成本,又可实现分压,降低晶闸管组F1、F2、F3和断路器K1、K2、K3的各级耐压要求,从而减少晶闸管组和开关的损坏成本,从而降低设备总体成本,提高设备使用年限和可靠性。
本发明的有益效果是:
本发明属于电力系统无功补偿领域,提出了一种柔性并联电抗器装置。该设计使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节,又能够实现一定范围内的平滑精确调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性,具有更大的灵活性,能适应电力系统的功率动态变化。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是依据本发明的超特高压柔性并联电抗器的单相结构示意图。
图2是依据本发明的超特高压柔性并联电抗器的三相结构示意图。
具体实施方式
依据本发明的超特高压柔性并联电抗器主要由附图1来说明,附图1是单相图,其包括变压器部分、变压器低压侧的容量配置电抗器、晶闸管组、断路器和断路器串联电抗器、磁控电抗器、磁控电抗器的直流励磁部分;最左侧T1是变压器,变压器左边是高压侧,右边是低压侧,Xmc是磁控式电抗器,采用直流励磁,根据调节直流励磁的饱和度来调节输出容量;X1,X2,X3是分级投切电抗器,通过第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关来分级改变投入容量。本发明的设计结构使得Xmc是串联在每一级X1,X2,X3之上的,无论X1,X2,X3哪一级投入系统,Xmc都会在此基础之上进行投入容量的平滑调节。
第一复合开关闭合时,投入系统感抗:Xt=Xmc
第二复合开关闭合时,第一复合开关断开,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1
第三复合开关闭合时,第一复合开关和第二复合开关都断开,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1+X2
第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关都断开时候,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1+X2+X3
本发明的柔性并联电抗器装置,其主要创新在于兼有平滑调节和分级投切的互补。其中变压器结构部分,可以采用高短路阻抗结构形式构成,即通过加大变压器的漏抗,将变压器和电抗器合于一体构成,或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成,或者直接采用普通变压器,没有外接电抗。这都不区别于本发明的创新性,在本发明的保护范围之内。
如附图2所示,所述柔性并联电抗器高压侧绕组三相接成“Y”型,直接接到高压网络上,中性点短接后经电抗器G0接地;三相低压侧绕组首端分别经套管引出,连接磁控电抗器和分级的电抗器,低压侧绕组末端直接接地;每个晶闸管组组与对应的容量配置电抗器串联构成阀支路,各阀支路并联连接,配置于低压侧的分级电抗器与地端之间。
工作方式和控制策略是:当系统传输容量波动剧烈,电压变化幅度大的时候,首先调节复合开关K1,K2,K3,快速投入无功补偿容量,保证无功补偿的速度;然后调节直流励磁,改变Xmc的饱和程度,从而改变Xmc的投入容量,从而改变总体投入系统的无功补偿容量,实现一定的调节精度。
当系统传输容量波形平缓,电压变化幅度较小的时候,可以在当前容量范围内,不动复合开关,小幅度调节直流励磁,改变Xmc的饱和程度,从而改变Xmc的投入容量,从而改变总体投入系统的无功补偿容量,实现一定的调节精度。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的,而不是对本发明的范围的限制,本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (4)

1.一种新型柔性并联电抗器装置,其特征在于将变压器、磁控电抗器和分级投切电抗器构成一体化装置,使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节,又能够实现一定范围内的平滑精确调节;使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性,适应电力系统的功率动态变化,以及新能源功率的间歇性变化,从而有效抑制工频过电压和操作过电压。
2.如权利要求1所述的柔性并联电抗器装置,其特征在于:
单相接线包括:变压器T1、磁控电抗器Xmc、磁控电抗器的直流励磁部分DC、电抗器X1,X2,X3、晶闸管组F1,F2,F3和断路器K1,K2,K3;变压器T1低压侧的容量配置电抗器串联磁控电抗器Xmc,再与电抗器X1、X2、X3从上到下串联后接地,其串联电抗的总电抗最大值是Xmc+X1+X2+X3;磁控电抗器的直流励磁部分DC通过磁耦合与磁控电抗器Xmc连接;晶闸管组F1和断路器K1并联组成第一复合开关,第一复合开关并联在电抗器X1远地点到接地之间;晶闸管组F2和断路器K2并联组成第二复合开关,第二复合开关并联在电抗器X2远地点到接地之间;晶闸管组F3和断路器K3组成第三复合开关,第三复合开关并联在电抗器X3远地点到接地之间;
所述柔性并联电抗器装置的高压侧绕组三相接成“Y”型,直接接到高压电力网络S上,中性点短接后经电抗器G0接地;三相低压侧绕组首端分别经套管引出,连接磁控电抗器Xmc和分级的电抗器X1,X2,X3,低压侧绕组末端直接接地;每个晶闸管组组与对应的容量配置电抗器串联构成晶闸管组F1,F2,F3的支路,各晶闸管组的支路并联连接,配置于低压侧的电抗器X1,X2,X3与地端之间。
3.如权利要求1或2所述的柔性并联电抗器装置,其特征在于当系统传输容量波动剧烈,电压变化幅度大的时候,首先调节断路器K1,K2,K3,快速投入无功补偿容量,保证无功补偿的速度;然后调节磁控电抗器的直流励磁部分DC,改变磁控电抗器Xmc的饱和程度,从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量,从而改变总体投入系统的无功补偿容量,实现设定的调节精度;当系统传输容量波形平缓,电压变化幅度较小的时候,在当前容量范围内,不改变断路器K1,K2,K3的状态,小幅度调节磁控电抗器的直流励磁部分DC,改变磁控电抗器Xmc的饱和程度,从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量,从而改变总体投入系统的无功补偿容量,实现设定的调节精度。
4.如权利要求3所述的柔性并联电抗器装置,其特征在于该柔性并联电抗器装置兼有平滑调节和分级投切的互补的功能;其中变压器结构部分,可采用高短路阻抗结构形式构成,即通过加大变压器的漏抗,将变压器和电抗器合于一体构成,或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成,或者直接采用普通变压器,没有外接电抗;
其平滑调节的实现在于磁控电抗器Xmc部分的投入容量可通过调节磁控电抗器的直流励磁部分DC,改变磁控电抗器Xmc的饱和程度,从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量;分级投切的实现是通过第一、第二和第三复合开关的快速开断或闭合来实现电抗器X1、X2、X3的投入,其控制策略是:
第一复合开关闭合时,投入系统感抗:Xt=Xmc
第二复合开关闭合时,第一复合开关断开,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1
第三复合开关闭合时,第一复合开关和第二复合开关都断开,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1+X2
第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关都断开时候,投入系统感抗:Xt=Xmc+X1+X2+X3
平滑调节和快速分级投切的互补,实现的关键在于:该柔性并联电抗器装置的结构使得磁控电抗器Xmc是串联在每一级电抗器X1,X2,X3之上的,无论电抗器X1,X2,X3的哪一级投入系统,磁控电抗器Xmc都会在此基础之上进行投入容量的平滑调节;各级电抗器在低压侧连接的结构,以及各级电抗串联结构的结构,既可降低磁控电抗器Xmc和电抗器X1、X2、X3的容量要求,减少电抗器的投资成本,又可实现分压,降低晶闸管组F1、F2、F3和断路器K1、K2、K3的各级耐压要求,从而减少晶闸管组和开关的损坏成本,从而降低设备总体成本,提高设备使用年限和可靠性。
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