CN102334257B - 多相无功功率补偿器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多相无功功率补偿器1，其包括用于每相a、b、c的无功功率装置3a、3b、3c；2a、2b、2c。多相无功功率补偿器1进一步包括用于在相a、b、c之间传递电纳的装置21、22、23；31、32、33。本发明还提供一种用于控制多相无功功率补偿器1的控制设备。

Description

多相无功功率补偿器
技术领域
本发明涉及无功功率补偿领域，并且特别地涉及无功功率补偿器的控制。
背景技术
由于当今社会严重依赖于可靠的电源，电力网络中出现的故障必须得到快速补救。其中一个线路对地电压降低的单线接地故障或单相接地故障是电力网络中最频繁发生的短路故障。
无功功率补偿器，例如静态VAR补偿器(SVC)可用于消除电压波动。SVC通过提供无功功率来抵消电力网络的压降，且SVC经常能够通过吸收无功功率来处理过电压。如今，期望在电力网络故障期间也能使用SVC来保持电压，且不仅仅在稳定状态和故障消除后的电压恢复期间。
发明内容
当单相接地故障时，SVC提供所有相的等效电纳，这被称为对称控制。这可能造成故障相仍然出现低电压而非故障相可能出现过电压，因为它们虽不需要还是被注入了无功功率。这样的过电压可能损坏网络设备，并且很明显要尽可能避免。
鉴于上述内容，期望提供一种装置，其用于在比如单相接地故障的不对称电力网络故障期间，确保故障相的欠电压被补偿同时还避免SVC的对称控制所造成的过电压。
本发明的一个目的是提供一种装置，其用于在电力网络中单相接地故障期间改善无功功率补偿器的性能。
本发明的另一个目的是提供一种装置，其用于在比如单相接地故障的电力网络中不对称故障期间，避免出现过电压。
根据本发明的所要求保护的多相无功功率补偿器实现了除了别的以外的这些目的。
根据本发明，多相无功功率补偿器被用来向电力网络提供无功功率。多相无功功率补偿器包括为每一相改变其电纳的无功功率装置。多相无功功率补偿器的特征是用于在无功功率装置之间从而在各相之间传递电纳的装置。本发明提供在非对称故障状况期间升高SVC输出的方法。
根据本发明的实施例，用于传递电纳的装置包括晶闸管开关装置，其依次包括晶闸管开关。提供了简单、还可靠和非常快速的用于实现功率传递的装置。
根据本发明的另一个实施例，电纳装置包括晶闸管开关的电容器，每个晶闸管开关的电容器依次包括电容器组和与晶闸管开关串联连接的电感器。通过该特征，可以实现晶闸管开关的电容器相从非故障相向故障相的传递。因此，对于可用部件的最佳使用就在于，利用了在非对称故障期间绝大多数情况下不用于非故障相的晶闸管开关的电容器。如果现有技术的解决方案的晶闸管开关的电容器被使用，那么它们都提供相同的输出，仍然造成故障相的欠电压和非故障相的过电压。因此，本发明能够实现通过提供新型非对称控制来确保故障相的欠电压被补偿的方法。另外，本发明还提供防止过电压的方法。
在本发明的又一个实施例中，用于传递电纳的装置包括晶闸管阀装置。该晶闸管阀装置包括一组开关，其连接得可以实现相之间的功率传递。因此提供了容易实施的功率传递装置。
在本发明的又一个实施例中，无功功率装置包括晶闸管控制的电抗器，其中每个晶闸管控制的电抗器包括与晶闸管开关串联连接的电感器。通过该特征，大的非对称瞬时过电压可被消除或至少被缓解。
在本发明的又一个实施例中，多相无功功率补偿器包括三相，并且无功功率装置为三角形连接。因此本发明可在现有的无功功率补偿器中实现。
在本发明的又一个实施例中，多相无功功率补偿器进一步包括控制设备，其设置为根据电网需要将控制指令提供到晶闸管开关。对用于各相之间的传递电纳的装置的控制可以在用于控制来自无功功率补偿器的输出的控制设备中实现。因此，实现本发明不需要附加部件。
本发明还涉及一种用于控制无功功率补偿器的控制设备。
通过阅读下面的说明和附图，更多的特征和优点会变得清楚。
附图说明
图1示出了根据本发明的SVC。
图2a示出了三角形连接的TSC装置。
图2b示出了根据本发明的晶闸管阀装置。
图3示出了根据本发明的第二实施例的晶闸管阀装置。
具体实施方式
附图中相同的附图标记表示相同或相应的部件。
图1示出了根据本发明的无功功率补偿器，下面的无功功率补偿器是以静态VAR补偿器(SVC)1作为示例。SVC 1包括多个晶闸管控制的电抗器2(TCR)和多个晶闸管开关的电容器(TSC)3。SVC进一步可包括一个或多个滤波器设备4。TCR 2、TSC 3和滤波器设备4通过都是SVC 1的组成部分的中压母线(MVB)6和变压器7连接到在下面表示为电网的电力网络5。电力网络5可以例如是三相交流电力网络。
通常，TCR 2包括与可控半导体器件9串联连接的电感器8。半导体器件9，下面表示为晶闸管开关，包括两组反向并联连接的晶闸管。TSC 3包括限流电感器15和与晶闸管开关11串联连接的电容器组10。滤波器设备4包括一个或多个相互并联连接的滤波器，每个滤波器与电网5的标称频率的某一倍数产生谐振。
控制设备14连接到SVC 1来控制TCR 2和TSC 3。MVB 6上和电网5中的电压通过常规的方式来感测并提供给控制设备14。然后控制设备14根据测量结果向TCR 2和TSC 3发出表示为C1和C 2的控制指令。控制指令C1和C2包括根据电网5中对无功功率的需要而命令晶闸管开关关断或导通的指令。
在单相接地故障时，故障相中出现欠电压，其他相可能不受影响或还具有稍微低的电压或高电压。根据本发明，不对称控制用来解决上述问题。如今不对称控制被用在SVC的单相导通而其他的相关断，或者SVC的一相关断而其他的相导通等等的情况下。但是，在根据本发明的不对称控制中，非故障相的过剩电纳被用来改善故障相的性能。
简而言之，在单相故障中，很可能当电网故障期间不是所有的TSC都将在所有三相中使用。因此在故障相中将有电纳亏欠而在其他相中将有电纳过剩。
根据本发明，提供晶闸管阀装置，凭借该装置能够实现TSC相从(一个或多个)非故障相到故障相的传递。
图2a示出了常规的三相三角形配置，其包括三个以三角形连接而连接的TSC 3a、3b、3c。特别地，每个TSC电路3a、3b、3c包括三角形配置的一条支路，并连接在两相之间。所示的三相表示为a、b、c。值得注意的是，本发明还可采用其他连接形式，例如Y形连接。但是，本发明以所示常规的三相三角形配置的TSC为例。
图2b示出了根据本发明的如图2a的三相三角形配置所示的晶闸管阀装置20。晶闸管阀或晶闸管开关包括两组反向并联连接的晶闸管。根据本发明，三个这样的晶闸管开关21、22、23被用来使得TSC相从非故障相传递到故障相。因此每个晶闸管开关21、22、23包括两组晶闸管T1、T2；T3、T4；T5、T6。
对于所示三相三角形连接的TSC 3a、3b、3c，晶闸管阀装置20包括第一晶闸管开关21，其在一端连接到a相，在另一端连接到c相的晶闸管开关11c和电抗器15c之间。另外，第二晶闸管开关22在一端连接到b相，在另一端连接到a相的晶闸管开关11a和电抗器15a之间。第三晶闸管开关23在一端连接到c相，在另一端连接到b相的晶闸管开关11b和电抗器15b之间。
控制设备14包括通过传送控制信号来关断(关)和接通(开)晶闸管开关21、22、23的装置。这样的用于关/开晶闸管开关21、22、23的控制信号在图2b以C3、C4、C5给予示出。因此，晶闸管开关21、22、23的控制由用于控制来自无功功率补偿器的输出的控制设备来实现，而不需要附加部件。
如果三角形相a-b出现故障，其他三角形相b-c、c-a之一可通过晶闸管开关21、22、23连接来向故障相a提供附加的无功功率。特别地，如果所有相是非故障的，开关21、22、23关断。如果三角形相a-b出现故障，控制设备14传送指令C4来接通开关22或者传送指令C5来接通开关23。当各自的三角形相a-b、b-c、c-a需要附加的无功功率时，传送类似的开(接通)指令。
本发明可应用于不同的非对称故障，例如单相或两相故障。非故障相用于将电纳传递到需要的地方。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，TSC被TCR替代。如上所述的类似的晶闸管阀装置20可被用于TCR 2a、2b、2c。每个TCR 2a、2b、2c包括与晶闸管开关9a、9b、9c串联连接的电抗器8a、8b、8c，如图1所示。因此在与上述内容对应的方式中，大的瞬时过电压可通过TCR缓解。即，无功功率装置在故障相和非故障相之间传递。
特别地，晶闸管阀装置30包括第一晶闸管开关31，其在一端连接到a相，在另一端连接到c相的晶闸管开关9c和电抗器8c之间。另外，第二晶闸管开关32在一端连接到b相，在另一端连接到a相的晶闸管开关9a和电抗器8a之间。第三晶闸管开关33在一端连接到c相，在另一端连接到b相的晶闸管开关9b和电抗器8b之间。
因此，本发明以最具一般性的形式提供了多相无功功率补偿器1，其包括用于相a-b、b-c、c-a的每一个的无功功率发生/吸收装置。无功功率装置包括TSC 3a、3b、3c和/或TCR 2a、2b、2c。本发明的晶闸管阀装置20、30能够实现相a-b、b-c、c-a之间的无功功率传递。
本发明还提供一种用于控制无功功率补偿器1的控制设备4，其包括用于向在无功功率装置3a、3b、3c；2a、2b、2c之间传递无功功率的装置21、22、23、31、32、33提供控制指令的装置。这样的装置可以软件实现。

Claims (5)

1.一种用于向电力网络(5)提供电纳的多相无功功率补偿器(1)，所述多相无功功率补偿器(1)包括用于为每个三角形相(a-b，b-c，c-a)提供可变电纳的无功功率装置(3a，3b，3c)，其特征在于，用于在所述无功功率装置(3a，3b，3c)之间并因此在所述相(a-b，b-c，c-a)之间传递电纳的装置(21，22，23)，其中用于传递电纳的装置包括晶闸管阀装置(20)，其依次包括第一晶闸管开关(21)、第二晶闸管开关(22)和第三晶闸管开关(23)，其中第一晶闸管开关在一端连接到第一相(a)和在另一端连接到第三相(c)的晶闸管开关(11c)和第三相(c)的电感器(15c)之间，第二晶闸管开关在一端连接到第二相(b)和在另一端连接到所述第一相(a)的晶闸管开关(11a)和所述第一相(a)的电感器(15a)之间，第三晶闸管开关在一端连接到所述第三相(c)和在另一端连接到所述第二相(b)的晶闸管开关(11b)和所述第二相(b)电感器(15b)之间，以及其中所述无功功率装置包括由晶闸管进行开关的电容器(3a、3b、3c)，每个由晶闸管进行开关的电容器(3a、3b、3c)依次包括电容器组(10a，10b，10c)和分别与每一相的晶闸管开关(11a，11b，11c)串联连接的电感器(15a，15b，15c)。
2.一种用于向电力网络(5)提供电纳的多相无功功率补偿器(1)，所述多相无功功率补偿器(1)包括用于为每个三角形相(a-b，b-c，c-a)提供可变电纳的无功功率装置(2a，2b，2c)，其特征在于，用于在所述无功功率装置(2a，2b，2c)之间并因此在所述相(a-b，b-c，c-a)之间传递电纳的装置(31，32，33)，其中用于传递电纳的装置包括晶闸管阀装置(30)，其依次包括第一晶闸管开关(31)、第二晶闸管开关(32)和第三晶闸管开关(33)，其中第一晶闸管开关在一端连接到第一相(a)和在另一端连接到第三相(c)的晶闸管开关(9c)和第三相(c)的电感器(8c)之间，第二晶闸管开关在一端连接到第二相(b)和在另一端连接到所述第一相(a)的晶闸管开关(9a)和所述第一相(a)的电感器(8a)之间，第三晶闸管开关在一端连接到所述第三相(c)和在另一端连接到所述第二相(b)的晶闸管开关(9b)和所述第二相(b)的电感器(8b)之间，以及其中所述无功功率装置包括由晶闸管进行控制的电感器(2a，2b，2c)，每个由晶闸管进行控制的电感器(2a，2b，2c)依次包括分别与每一相的晶闸管开关(9a，9b，9c)串联连接的电感器(8a，8b，8c)。
3.根据权利要求1或2所述的无功功率补偿器(1)，其中所述多相无功功率补偿器(1)包括三相(a，b，c)，以及所述无功功率装置(3a，3b，3c；2a，2b，2c)连接在三角形连接中。
4.根据权利要求1或2所述的无功功率补偿器(1)，进一步包括控制设备(4)，其设置为根据电网(5)的需求来向所述第一、第二和第三晶闸管开关(21，22，23；31，32，33)提供控制指令(C3，C4，C5)。
5.一种控制设备(4)，用于控制根据权利要求1-4的任一项所述的无功功率补偿器(1)，其特征在于，用于向所述第一、第二和第三晶闸管开关(21，22，23；31，32，33)提供控制指令的装置，其中所述第一、第二和第三晶闸管开关(21，22，23；31，32，33)用于在提供可变电纳的所述无功功率装置(3a，3b，3c；2a，2b，2c)之间并因此在所述相(a-b，b-c，c-a)之间传递电纳。
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