CN102931664A - 一种链式svg装置低压供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链式SVG装置低压供电系统，包括：中频恒流电源、中频隔离变压器、高压绝缘电缆、取能电流互感器、电源转换板、SVG功率单元和SVG功率单元控制盒。外部电源输入中频恒流电源，中频恒流电源与中频隔离变压器相连，一个以上的取能电流互感器通过高压绝缘电缆与中频隔离变压器相连。取能电流互感器通过电源转换板与SVG功率单元相连，电源转换板设置在SVG功率单元控制盒内。本发明采用电流互感器成套取能方式，为SVG功率单元控制电源提供能量，可以实现小供电能量输入，大供电能量输出，有效地减小体积和降低成本，安装维护方便，效率高。同时开合式电流互感器相对于穿心式电流互感器在维护上更加方便。

Description

一种链式SVG装置低压供电系统

技术领域

本发明涉及一种无功补偿装置的供电系统，尤其是涉及一种应用于链式SVG（Static Var Generator，静止无功发生器）装置的低压供电系统。

背景技术

随着电力电子技术的蓬勃发展和广泛应用，电力系统自动化有了众多技术创新和生产应用，为我们的工作生活带来了诸多便利。但与此同时，技术的创新也给电力系统带来了许多不稳定因素，例如功率因数低、电网谐波污染、三相电压不平衡、电压波动和闪变。其结果是造成了电网的电能质量低劣，用户生产力下降，竞争力减弱，还影响到员工的就业，甚至影响到整个经济社会。

随着我国“西电东送”战略的实施和互联网电网规模的扩大，电压稳定问题尤为突出。珠三角及长三角形成的超大型负荷中心存在的主要问题是动态无功支撑日益不足。近二十年来，世界各地由电压稳定和电压崩溃引发的大面积停电事故，在我国电压崩溃事故也多次发生。采用SVG是解决这些问题的最有效措施之一，它在解决电网稳定性以及配电电能质量等问题中发挥了相当重要的作用，是目前各国普遍采用的现金实用技术。

在SVG装置中，功率单元级联是提高容量和电压等级的有效方法，在高压级联应用方式下，功率单元控制回路的取能问题是需要考虑的重点。对于功率单元的取能问题，需要重点关注IGBT驱动控制需要稳定可靠的能量，IGBT驱动信号在传输过程中的干扰问题。

目前，应用在高压系统中链式SVG装置低压供电方式主要有以下两种：

一是利用工频隔离变压器及取能流互实现低压取能，该方式存在的缺点是各功率单元上的电流互感器及隔离变压器均按工频设计，铁芯尺寸较大，且采用电压源的模式，控制精度和调节能力较差。

二是利用功率单元的直流电容取能，这个缺点是在系统带电前不能对控制系统进行自检，且直流电容的电压波动以及故障时的旁路开关取能无法提供。

在现有技术当中与本发明申请相关主要有以下文献：

文献一是襄樊大力电工有限公司于2009年09月22日申请，并于2011年04月20日公开，公开号为CN102025360A的中国发明专利申请《高压晶闸管阀串出发取能电路装置》。该发明包括低压电流互感器和与晶阀管电气连接的触发电路板，低压单相变压器，电流互感器与触发电路集成一体后安装在相应的晶闸管侧边，所有电流互感器和原边通过一根高压电缆串联后与低压单相变压器副边连接，变压器原边接低压单相电源。

文献二是中国电力科学研究院、上海市电力公司于2008年12月31日申请，并于2009年07月08日公开，公开号为CN101478301A的中国发明专利申请《一种高电位取能装置》。该发明中的高电位取能装置包括高电位电压取能电路、电流互感器CT取能电路和能量管理系统，该装置可以充分满足门极驱动板的工作能量要求，在初始状态下亦可取得到能量，并且与门极驱动单元处于同于电位，不需要增加额外的绝缘设备，电路结构简单，便于与门极驱动电路板集成。

文献三是中国电力科学研究院于2005年04月29日申请，并于2005年10月26日公开，公开号为CN1688093A的中国发明专利申请《一种可控串联补偿装置的晶闸管阀电流取能一次回路》。该发明涉及电力系统的核心装置。取能一次回路主要由取能电缆和取能电流互感器（CT）组成。取能电缆连接在输电系统的高压端和低压端之间，连接上下两层晶闸管阀，并且穿过所有的取能CT。取能CT与晶闸管的阀层一一对应，并且分别设置在所对应的高电位电子板（TE）板旁。取能CT铁芯由环形硅钢片叠加制作而成，可以充分的减小产生局部放电的可能。取能电缆采用多根电缆并行，可以明显减少运行时电流的趋肤效应，同时减少制作难度。

文献四是由中国电力科学研究院张柯等人于2010年9月发表在《高压电器》2010年第9期的论文《功率模块高电位取能方式研究》。该论文主要列举几种全控器件功率模块的几种取能方式，给出了取能原理图，对各种取能方式的特点进行了分析比较。在论文中提出了CT取能、变压器取能、电容取能、高频取能这四种取能方式，但是在论文中均没有给出这两种取能方式完整的一个供电系统，只是做取能方式本身原理性的介绍。

发明内容

本发明的目的是提供一种链式SVG装置低压供电系统，采用电流互感器成套取能方式，为IGBT换流阀的SVG功率单元控制电源提供能量，可以实现小供电能量输入，大供电能量输出，有效地减小体积和降低成本。同时，安装维护方便，效率高。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种链式SVG装置低压供电系统的技术实现方案，一种链式SVG装置低压供电系统，包括：中频恒流电源、中频隔离变压器、高压绝缘电缆、取能电流互感器、电源转换板、SVG功率单元和SVG功率单元控制盒。外部电源输入中频恒流电源，中频恒流电源与中频隔离变压器相连，一个以上的取能电流互感器通过高压绝缘电缆与中频隔离变压器相连。取能电流互感器通过电源转换板与SVG功率单元相连，电源转换板设置在SVG功率单元控制盒内。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，中频隔离变压器的原边与中频恒流电源相连，两个以上的取能电流互感器的原边通过一根高压绝缘电缆串联后与中频隔离变压器的副边相连。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，中频恒流电源将来自外部低压系统的AC220V/50Hz单相或AC380V/50Hz三相电源经整流、逆变、滤波后转换为单相或三相、400～1000Hz、正弦、幅值可调的恒流电源。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，取能电流互感器的输出电流再通过电源转换板进行整流并稳压，再经调制输出SVG功率单元所需的直流控制电源。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，取能电流互感器采用低压开合式电流互感器，就近设置在SVG功率单元控制盒的周边。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，二组以上的SVG功率单元级联成IGBT换流阀的一相，链式SVG装置低压供电系统包括三相的IGBT换流阀。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，取能电流互感器与电源转换板之间的连接线在300mm以内。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，通过一根单芯的高压绝缘电缆穿过该相所有的取能电流互感器，高压绝缘电缆的两端与单独放置的中频隔离变压器的副边短接。

作为本发明一种链式SVG装置低压供电系统技术方案的进一步改进，根据所述IGBT换流阀的电压等级来选择对应耐压等级的高压绝缘电缆，高压绝缘电缆的外部不带屏蔽层。高压绝缘电缆的绝缘层满足两组以上SVG功率单元之间的绝缘。

通过实施上述本发明一种链式SVG装置低压供电系统的技术方案，具有以下技术效果：

（1）本发明通过中频恒流电源来降低输入容量，采用电流互感器取能，为IGBT换流阀的SVG功率单元控制电源提供能量，可以实现小供电能量输入，大供电能量输出，便于安装维护，同时体积小，成本低；

（2）本发明通过特制的高压绝缘电缆保证了SVG功率单元之间的有效绝缘；

（3）本发明取能电流互感器就近SVG功率单元安装，两者的连接线短，便于维护，安全性和可靠性都得到了提高；

（3）同时，本发明安装维护方便，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明链式SVG装置低压供电系统一种具体实施方式的系统结构框图；

图2是本发明链式SVG装置低压供电系统一种具体实施方式的电气连接结构示意图；

图3是本发明链式SVG装置低压供电系统一种具体实施方式的结构安装侧视图；

图4是本发明链式SVG装置低压供电系统一种具体实施方式的结构安装俯视图；

图中：1-中频恒流电源，2-中频隔离变压器，3-高压绝缘电缆，4-取能电流互感器，5-电源转换板，6-SVG功率单元，7-SVG功率单元控制盒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1至附图4所示，给出了本发明一种链式SVG装置低压供电系统的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如附图1和附图2所示的一种链式SVG装置低压供电系统的具体实施方式，包括：中频恒流电源1、中频隔离变压器2、高压绝缘电缆3、取能电流互感器4、电源转换板5、SVG功率单元6和SVG功率单元控制盒7。外部电源输入中频恒流电源1，中频恒流电源1与中频隔离变压器2相连。一个以上的取能电流互感器4通过所述高压绝缘电缆3与中频隔离变压器2相连。中频恒流电源1将来自外部低压系统的AC220V/50Hz单相或AC380V/50Hz三相电源经整流、逆变、滤波后转换为单相或三相、400～1000Hz、正弦、幅值可调的恒流电源。取能电流互感器4通过电源转换板5与SVG功率单元6相连，电源转换板5进一步设置在SVG功率单元控制盒7内。取能电流互感器4的输出电流再通过电源转换板5进行整流并稳压，再经调制输出SVG功率单元6所需的直流控制电源。

中频隔离变压器2的原边与中频恒流电源1相连，两个以上的取能电流互感器4的原边通过一根高压绝缘电缆3串联后与中频隔离变压器2的副边相连。作为一种更加优选的实施方式，取能电流互感器4进一步采用低压开合式电流互感器，并就近设置在SVG功率单元控制盒7的周边。

作为本发明进一步实施方式，当链式SVG装置低压供电系统需要采用三相输出模式时，只需要三套前述单相的低压供电系统即可。在这种情况下，二组以上的SVG功率单元6级联成IGBT换流阀的一相，链式SVG装置低压供电系统包括三相的IGBT换流阀。每个SVG功率单元6均配置有电源转换板5和取能电流互感器4。如附图2所示为链式SVG装置低压供电系统在单相输出模式下的电气连接结构图。此时，一套低压供电系统采用链式SVG装置一相多个级联的SVG功率单元6供电，链式SVG装置低压供电系统包括单相的IGBT换流阀，即由单相的多个包括SVG功率单元6在内的模块U1、U2、…、Un级联而成。

取能电流互感器4与电源转换板5之间的连接线在300mm以内。通过一根单芯的高压绝缘电缆3穿过该相所有的取能电流互感器4，高压绝缘电缆3的两端与单独放置的中频隔离变压器2的副边短接，即将中频隔离变压器2用高压绝缘电缆3将副边短接，但高压绝缘电缆3须要穿过取能电流互感器4。根据IGBT换流阀的电压等级来选择对应耐压等级的高压绝缘电缆3，高压绝缘电缆3的外部不带屏蔽层。取能电流互感器4与电源转换板5之间的连接线短，便于维护，安全性和可靠性都得到了提高。

本发明链式SVG装置低压供电系统的每个输出单相都采用上述相同的供电方式。电源转换板5与SVG功率单元6之间还进一步连接有驱动板。电源转换板5与驱动板电气连接，驱动板与SVG功率单元6中的IGBT高压器件电气连接。因此在IGBT换流阀工作时，其所带的高压电会引入到电源转换板5上。同样由于取能电流互感器4和电源转换板5电气连接，取能电流互感器4也会带有高电位。高压绝缘电缆3与中频隔离变压器2连接，因此高压绝缘电缆3的内部是低压带电回路，整个取能过程的耐压绝缘由高压绝缘电缆3决定，实际选型时需要根据IGBT换流阀的电压等级来选择对应耐压等级的高压绝缘电缆3。虽然高压绝缘电缆3的内部导体为同一电位，但所串的SVG功率单元6在不同电位，所以此高压绝缘电缆3的外部不能带屏蔽层，要求高压绝缘电缆3的绝缘层保证SVG功率单元6之间的绝缘。

附图3是本发明链式SVG装置低压供电系统的结构安装侧视图，附图4为本发明的结构安装俯视图，一根单芯的高压绝缘电缆3通过开合方式将单相所有取能电流互感器4的原边串联，高压绝缘电缆3的两端与单独放置的中频隔离变压器2的副边连接，中频隔离变压器2的原边与中频恒流电源1连接。

本发明仅使用一根高压绝缘电缆3就有效地将低压电源耦合到各个SVG功率单元6的触发电路，且相互之间有很好的电压隔离。该方式可以减小电流互感器体积，安装工艺简单，高压电缆少，可有效消除相互干扰和电晕。由于采用了中频恒流电源，电流互感器及隔离变压器的铁芯尺寸大大降低，且采用电流源的模式，控制精度和调节能力较好。同时，还考虑到串联的IGBT换流阀的SVG功率单元6之间有电压差问题。考虑到高压绝缘电缆3内部的导体为同一电位，而所串的SVG功率单元6在不同电位，通过特制的高压绝缘电缆3来保证SVG功率单元6之间的绝缘。

本发明通过中频恒流电源来降低输入容量，采用电流取能互感器取能，为IGBT换流阀的SVG功率单元控制电源提供能量，可以实现小供电能量输入，大供电能量输出。进一步采用开合式电流互感器，便于安装维护，同时体积小，成本低。本发明取能效率高，可以在IGBT换流阀的连续触发模式下可靠地为高电位电子板提供工作电压，可以在超高压电位正常运行。该发明专利与本发明专利的不同点在于采用高压电流互感器取能，工艺要求低，高压电缆少，干扰小，成本低。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于，包括：中频恒流电源（1）、中频隔离变压器（2）、高压绝缘电缆（3）、取能电流互感器（4）、电源转换板（5）、SVG功率单元（6）和SVG功率单元控制盒（7）；外部电源输入所述中频恒流电源（1），中频恒流电源（1）与所述中频隔离变压器（2）相连，一个以上的取能电流互感器（4）通过所述高压绝缘电缆（3）与中频隔离变压器（2）相连；所述取能电流互感器（4）通过电源转换板（5）与SVG功率单元（6）相连，所述电源转换板（5）设置在SVG功率单元控制盒（7）内。

2.根据权利要求1所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：所述中频隔离变压器（2）的原边与中频恒流电源（1）相连，两个以上的取能电流互感器（4）的原边通过一根高压绝缘电缆（3）串联后与中频隔离变压器（2）的副边相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：所述中频恒流电源（1）将来自外部低压系统的AC220V/50Hz单相或AC380V/50Hz三相电源经整流、逆变、滤波后转换为单相或三相、400～1000Hz、正弦、幅值可调的恒流电源。

4.根据权利要求3所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：所述取能电流互感器（4）的输出电流再通过电源转换板（5）进行整流并稳压，再经调制输出SVG功率单元（6）所需的直流控制电源。

5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：所述取能电流互感器（4）采用低压开合式电流互感器，就近设置在SVG功率单元控制盒（7）的周边。

6.根据权利要求5所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：二组以上的SVG功率单元（6）级联成IGBT换流阀的一相，所述链式SVG装置低压供电系统包括三相的IGBT换流阀。

7.根据权利要求1、2、4、6中任一权利要求所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：所述取能电流互感器（4）与电源转换板（5）之间的连接线在300mm以内。

8.根据权利要求7所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：通过一根单芯的高压绝缘电缆（3）穿过该相所有的取能电流互感器（4），高压绝缘电缆（3）的两端与单独放置的中频隔离变压器（2）的副边短接。

9.根据权利要求1、2、4、6、8中任一权利要求所述的一种链式SVG装置低压供电系统，其特征在于：根据所述IGBT换流阀的电压等级来选择对应耐压等级的高压绝缘电缆（3），所述高压绝缘电缆（3）的外部不带屏蔽层，所述高压绝缘电缆（3）的绝缘层满足两组以上SVG功率单元（6）之间的绝缘。

Images