CN102859824A - 用于无功补偿的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种与输电线（1）相关的无功补偿的装置和方法。该装置包括至少一个变压器（2）和连接到该变压器（2）的低电压侧的至少一个无功补偿器（4）以及至少一个适配电抗器（8），该适配电抗器（8）与该变压器（2）串联，使得该无功补偿器（4）通过该变压器（2）和适配电抗器（8）与输电线（1）连接。

Description

用于无功补偿的装置和方法
背景技术
本发明涉及一种与输电线相关的无功补偿的装置，该装置包括至少一个变压器和连接到该变压器的低电压侧的至少一个无功补偿器。
本发明还涉及一种与输电线相关的无功补偿的方法，该方法包括通过连接到至少一个变压器的低电压侧的无功补偿器进行无功补偿。
图1示意性地示出用于与输电线相关的无功补偿的一种现有装置。为了清楚的目的，图1仅仅示出输电线1的一个相，例如相A。图一还示出一个变压器2，或者主变压器2，通过该变压器可以减小输电线1的电压电平。在高压或初级侧，该变压器2连接到输电线1，图中示意性地示出在连接点CP 1处连接。图1所示的装置还包括一个连接到变压器2的低压或次级端的电压母线3，在其中仅示意性地示出了一个相，即，相A。并示意性地示出了变压器2低压侧在连接点CP2连接到电压母线3。在图1示出的实施例中，电压母线3进一步与静态无功补偿器4连接，该无功补偿器包括一个由三角符号示意性示出的晶闸管控制电抗器（TCR）5和三个谐波滤波器6，即，谐波频率滤波器。晶闸管控制电抗器5包括一个线圈和控制该线圈的晶闸管开关，该晶闸管开关可以由多达几十个包含反向并联的晶闸管对的晶闸管级串联组成。就其本身而言，谐波滤波器6由用适合的方式组合的线圈L和电容C串联构成。图1所示的装置进一步包括连接到电压母线3的辅助变压器7，并且在图1所示的装置可能位于的变电站里提供一个该变电站的设备可能需要的电压源。例如，若输电线1形成220KV的高压网络的一部分，电压母线3形成20KV的中压网络的一部分，则在这种情况下，变压器2可以按照这样一种方式来配置，例如其功率约为150MVA，以及具有12%的电抗。
如图1所示，该与输电线相关的无功补偿装置具有许多不同的缺点。其中之一就是电压母线3中产生的由通过变压器电抗的电感电流或电容电流所引起的电压波动。这将导致由辅助变压器7为变电站设备所提供的配套供电电压产生显著波动，甚至会损坏设备。此外，例如，基于连接到电压母线3的无功补偿器4，电压母线3有效的无功功率可以从电容性无功功率150MVAr（兆乏）变化到电感性无功功率150MVAr。由于无功补偿器4的结构和部件以及它在应用部位的安装，实现一个具有如此高功率的无功补偿器4需要一笔巨额开支。此外，由于我们旨在使变压器2产生尽可能低的阻抗，用来限制由容性电流所产生的电压的增长，同时降低变压器价格，因此，在实际中，变压器2无法限制短路电流，与此同时，谐波过电压将轻易地通过变压器2，这将增加所需谐波滤波器6的数目。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种新型和改进的装置，用于与输电线相关的无功补偿。
本发明的装置的特征在于，其包含至少一个与变压器串联的适配电抗器，以便于无功补偿器可以通过变压器和该适配电抗器与输电线相连。
本发明的方法的特征在于，其将至少一个适配电抗器与变压器串联，以便于无功补偿器可以通过变压器和该适配电抗器与输电线相连。
与输电线相关的无功补偿的装置包括至少一个变压器和至少一个连接到变压器低压侧的无功补偿器。该装置还包括至少一个与变压器串联的适配电抗器，使得无功补偿器通过变压器和适配电抗器与输电线的连接。
通过适配电抗器和变压器的串联，使得无功补偿器通过变压器和电压适配器与输电线连接，该系统可以显著提高无功补偿器的效率。因此，该无功补偿器的结构可以被简化，其所需的部件数目也相应地减少，除了其他方面的优点之外，这将使该无功补偿器所需的花费降低，并减小在应用部位安装无功补偿器所需的工作量。
在一个实施例中，适配电抗器在变压器和无功补偿器之间连接到变压器低压侧。该方法的优点在于，例如，如果需要的话，它使得提供辅助变压器变得更加容易，该辅助变压器为变电站和与之相关的设备提供电压源，或者与一个连接点连接，使得在该连接点处产生的电压波动远小于在电压母线的连接点处所产生的电压波动。
附图说明
下面将针对附图更详细地描述本发明的一些实施例：
图1示意性地示出了一种与输电线相关的无功补偿装置的现有技术；
图2示意性地示出了本发明中与输电线相关的无功补偿的装置。
为了清楚目的，在图中简要地示出了该发明的一些实施例。图中类似的部分用相同的参考数字标出。
具体实施方式
图2示意性地示出了本发明中与输电线1相关的无功补偿的装置。为了清楚目的，图2仅仅示出了输电线1的一个相，例如相A。输电线1可以用作一个高压网络的输电线1，在芬兰，该输电线1的电压电平通常可以为110KV，220KV或者400KV。
图2还示出了变压器2或主变压器2，该变压器可以将输电线1的电压电平从高压降低为中压，例如，芬兰的中压电平通常为20KV。并示意性地示出了在变压器2的高压或初级侧在连接点CP1处连接到输电线1。图1中的装置还包括一个连接到变压器2低压或次级侧的适配电抗器8或补偿电抗器8或电抗器8，并且包括一个电感线圈，换而言之，示意性地示出了变压器2低压侧在连接点CP2处与适配电抗器第一端的连接，这说明变压器2与适配电抗器8彼此串联。图2示意性地示出了在连接点CP3处，适配电抗器的第二端与电压母线3的一个相，即相A相连。电压母线3与静态无功补偿器4相连，即，图1的实施例中示出的静态补偿器。无功补偿器4通过变压器2和适配电抗器8的串联连接到输电线1.
在图2所示出的实施例中，适配电抗器8位于在变压器2和无功补偿器4之间的变压器2的低压侧。或者，通过将适配电抗器8置于变压器2和输电线1之间的变压器2的高压侧，也可以将适配电抗器8与变压器2串联起来。
通过使用与变压器2串联起来的适配电抗器8，可以提供一个较大的附加阻抗用对电压母线3进行有效地无效补偿。根据应用和补偿的需求，适配电抗器8的阻抗可分成许多不同的等级，但通常适配电抗器8的阻抗被设置为变压器2阻抗的25%。在上述方式中，使用适配电抗器8和变压器2串联获得多个显著优点。
例如，适配电抗器8改善了含有谐波成分的电网运行状况。由于适配电抗器8的阻抗随频率增加，适配电抗器8有效地阻止谐波电流成分通向输电线1，因此提高了整个互联电网的工作状态和电力质量。
此外，图2示意性地示出，由于适配电抗器8阻止了谐波电流成分到达输电线1，从属于连接到电压母线3的无功补偿器4的谐波滤波器数目可以减少到每个静态无功补偿器4只需要一个谐波滤波器6。这减少了无功补偿器4的结构所需要的组件数目，使得无功补偿器本身所需要的花费和在安置部位所需的大量安装工作都得以减小。
在一个实施例中，每一个或者多个用于过滤谐波的谐波滤波器6都可以在变压器2与适配电抗器8的连接点处实现与适配电抗器8的并联。这在图2中被示意性地示出，其中示出了一个位于变压器2和适配电抗器8之间的第二电压母线9，在电压母线9上，变压器2的低压侧和适配电抗器8的第一端在上文中提到的连接点CP2上连接，在图2的实施例中，电压母线9还与一个谐波滤波器6相连。上述的谐波滤波器6显著地提高了系统对谐波成分的过滤能力。
当电压母线3上的电压从高电平变为低电平时，无功补偿器4上的输出从容性输出的最大值变为感性输出的最大值，此时适配电抗器8将在电压母线3上产生一个大的电压变化。电压母线3上的电压乘以触发角的正弦值就得到了晶闸管在触发时的有效电压。当二次电压达到最大值时，触发角的正弦值达到最小值。当从最大容性极值向感性方向变化时，触发角的正弦值显著增大，但是电压母线3上的电压开始显著减小。与现有装置相比（如图1所示），电压与触发角的正弦值的乘积的最大值都保持在一个较低的水平上。因此，晶闸管控制电抗器5进行晶闸管控制所需要的晶闸管级数目减小，这将使晶闸管控制电抗器5的损耗，冷却要求，以及成本都相应减小，同时增大了晶闸管控制电抗器5的可靠性。
由于适配电抗器8的存在，使得减小晶闸管控制电抗器5的电感线圈的尺寸或功率成为可能。因此，无功补偿器4在工作点时的损耗被减小，这是因为在无功补偿器4的零输出点，通常也是无功补偿器4负载最大的工作点，无功补偿器4的工作在某种角度上需要消耗电流，而此时适配电抗器8的电流为0。
适配电抗器8同样减小了晶闸管控制电抗器5的电流。当无功补偿器4的输出接近其工作范围的感性临界值时，在电压母线3上的大的电压波动范围能有效减小无功补偿器4的谐波滤波器6上所产生的容性功率。这减小了晶闸管控制电抗器5在感性输出的最大值处所需要的电流。换而言之，与晶闸管控制的电容器电池类似，谐波滤波器6在容性工作点最大值处所消耗的功率是感性工作点最大值的3到5倍。
适配电抗器8还限制电压母线3的短路功率，同时减小连接到电压母线3的装置所需的短路功率。
不管以何种方式，上述所有优点的共同之处在于，通过采用上述方式给系统的变压器2串联一个适配电抗器8，来减少无功补偿器4所需要的元件数量，以此减少无功补偿器4的损耗和安装无功补偿器4所需要的大量安装工程。在实践中，节省成本所带来的利益如此之大以至于其节省的成本数倍于适配电抗器所产生的额外成本。
在一个实施例中，在变压器2与适配电抗器8之间的连接点处与适配电抗器8并联的一个或数个辅助变压器7。这在图2中被示意性地示出，其中辅助变压器7与第二电压母线9相连。由于适配电抗器8的存在，该连接点处产生的有效电压变化非常小，使用变电站设备所需要的辅助电力设备的电压保持并且更加稳定，并且不会在设备的操作中产生波动。
在某些情况下，考虑这项应用中所描述的特点时可以忽略其他方面的特征。在另一方面，必要时上述特点也可以根据需求形成不同的组合。
附图和相关描述旨在与展示这项发明的理念。在权利范围内，本发明在细节方面可以有所变动。

Claims (14)

1.一种与输电线相关的无功补偿装置（1），该装置包括至少一个变压器（2）和一个连接到变压器（2）低压侧的无功补偿器（4），其特征在于，
该装置还包括至少一个与变压器（2）串联的适配电抗器（8），使得无功补偿器（4）可以通过变压器（2）和适配电抗器(8)与输电线(1)相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，适配电抗器(8)连接到位于变压器(2)和无功补偿器(4)之间的变压器(2)的低压侧。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，无功补偿器(4)包括至少一个晶闸管控制电抗器(5)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，无功补偿器(4)包括至少一个与晶闸管控制电抗器(5)并联的谐波滤波器(6)。
5.根据上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于，至少一个谐波滤波器(6)在变压器(2)和适配电抗器(8)之间的连接点处与所述适配电抗器(8)并联。
6.根据上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于，至少一个辅助变压器(7)在变压器(2)和适配电抗器(8)之间的连接点处与所述适配电抗器(8)并联。
7.根据上述任何一项权利要求所述的装置，其特征在于，该适配电抗器(8)的阻抗至少为变压器(2)的25%。
8.一种与输电线(1)相关的无功补偿方法，该方法包括通过与至少一个变压器(2)低压端相连的无功补偿器(4)进行无功补偿，其特征在于，通过将至少一个适配电抗器(8)与变压器(2)相串联，使得无功补偿器(4)通过变压器(2)和适配电抗器(8)与输电线(1)相连。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将适配电抗器(8)连接到位于变压器(2)和无功补偿器(4)之间的变压器(2)低压侧。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，无功补偿器(4)包括至少一个晶闸管控制电抗器(5)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，无功补偿器(4)包括至少一个与晶闸管控制电抗器(5)并联的谐波滤波器(6)。
12.根据权利要求8至11所述的方法，其特征在于，在变压器(2)与适配电抗器(8)的连接点处，将至少一个谐波滤波器(6)与适配电抗器(8)并联。
13.根据权利要求8至12所述的方法，其特征在于，在变压器(2)与适配电抗器(8)的连接点处，将至少一个辅助变压器(7)与适配电抗器(8)并联。
14.根据权利要求8至13所述的方法，其特征在于，设定适配电抗器(8)的阻抗至少为变压器(2)阻抗的25%。
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