CN103887803A - 用于负载补偿的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种应用于电网的负载补偿设备和方法，所述设备包括至少一个稳压器(7)和至少一根负载线(LL)，所述负载线包括至少一个负载补偿装置(10)、至少一个负载(12)以及至少一个分离式电抗器(8)。在所述设备中，所述分离式电抗器(8)与所述负载补偿装置(10)串联，而所述负载线(LL)与所述稳压器(7)并联。

Description

用于负载补偿的设备和方法
技术领域
本发明涉及负载的无功补偿以及电网的稳压技术。
背景技术
负载的无功功率的变动，尤其是连接至输电线上的诸如电弧炉的工业负载的无功功率的变动，通过有源无功补偿设备来补偿。典型地，该有源无功补偿设备包括SVC(静态无功补偿装置)或STATCOM(静态同步补偿装置)，而STATCOM又可以称为STATCON(静态同步电容器)。SVC是一种通过快速地补偿高压电网上的无功功率来调节电压和稳定电力传输系统的电气装置。STATCOM则是一种应用于交流电力传输网的调节装置，它基于一个电压源换流器，作为无功交流电源至电网的源或汇。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于电网的负载补偿的新设备及方法。
本发明的特征由独立权利要求来体现。
根据一个实施例，电网中的负载补偿设备包括至少一个稳压器和至少一条负载线，而负载线包括至少一个负载补偿装置、至少一个负载和至少一个分离式电抗器，其中，所述设备中的分离式电抗器与所述负载补偿装置串联，而所述负载线与稳压器并联，以使所述分离式电抗器配置于所述稳压器和所述负载补偿装置之间。
根据本设备的一个实施例，在所述负载线上，所述负载补偿装置与所述负载并联，并且，所述分离式电抗器与所述负载补偿装置和所述负载的并联结构相串联。
根据本设备的一个实施例，所述负载线包括至少一个分离式电抗器和至少一个负载电抗器，其中，所述负载电抗器与所述负载串联，所述分离式电抗器串联至一并联结构中，该并联结构中，所述负载补偿装置与所述负载和所述负载电抗器的串联结构相并联。所述负载电抗器可以与所述负载线上的其他组件相结合，其他组件如，负载线上的变压器。
根据本设备的一个实施例，所述稳压器是一个静态同步补偿装置(STATCOM)，以及，所述负载补偿装置是一个静态同步补偿装置(STATCOM)或一个静态无功补偿装置(SVC)。
根据本设备的一个实施例，所述稳压器是一个静态无功补偿装置(SVC)，以及，所述负载补偿装置是一个静态无功补偿装置(SVC)。
根据一个实施例，所述静态无功补偿装置包括至少一个晶闸管控制电抗器和至少一个晶闸管投切电容器和/或至少一个机械投切滤波电容器。
附图说明
下面将根据附图更详细地描述本发明的一些优选实施例，其中，
图1示意性地示出了一个负载补偿设备与电力传输线的连接结构；
图2示意性地示出了又一个负载补偿设备与电力传输线的连接结构；
具体实施方式
图1示意性地示出了本发明的一个用于电网的负载无功功率补偿的设备，其与电力传输线1相连。为清楚起见，图1只示出了所述电力传输线1的单线图。所述电力传输线1可以是任何用于提供电力的交流电力线，例如可以是高压电力传输线，典型地，所述高压传输线的承载电压超过60KV。典型地，又如，芬兰的电力传输线的承载电压可以是110kV、220KV或400KV。
图1的电力传输线1示出了一个包括电源2的等效电路，所述电源2表示一个电源，比如表示一根输电线或一个发电站，线圈3表示所述电力传输线1的电抗，而电阻4表示所述电力传输线1的电阻。图1也示出了一个主变压器5，通过所述主变压器对所述电力传输线1进行降压。在所述主变压器5的高压端，即配置于所述电力传输线1和所述主变压器5之间有一个公共耦合点(PCC)。由所述电力传输线1为所述公共耦合点提供电力，所述公共耦合点为所述电网提供了电源，所述电源位于所述主变压器5的低压端，并且，所述公共耦合点进一步定义了所述电网的电力参考点，或者，所述公共耦合点也可以定义为所述主变压器5低压端的母线6处的耦合点，所述母线6与所述主变压器5的低压端相连。
所述电网中，在所述主变压器5的低压端有一根第一电压主线6。所述电网中，所述主变压器5的低压端进一步包括一个稳压器7，所述稳压器可以通过闭合耦合器C1连接至所述第一电压主线6。根据图1的一个实施例，图中示出了所述耦合器C1的开路状态。所述主变压器5的低压端还包括一个分离式电抗器8，所述分离式电抗器8的第一端8’连接至所述第一电压主线6，以使所述分离式电抗器8与所述稳压器7并联，或者换言之，在所述稳压器7与所述分离式电抗器8之间存在一个旁路连接。
所述分离式电抗器8的第二端8”连接至第二电压主线9。进一步地，图1的所述设备中，有一个负载补偿装置10，其通过闭合耦合器C2与第二电压主线9相连，所述耦合器C2以开路的状态在图中示出。图1的所述设备1进一步包括一个负载11，所述负载11通过闭合耦合器C3连接至所述第二电压主线9，所述耦合器C3以开路的状态在图中示出。因而，所述负载11可以通过闭合所述耦合器C2和C3并联至所述负载补偿装置10，即通过C2和C3在所述负载补偿装置10和所述负载11之间形成一个并联结构。例如，所述负载11可以是一个电弧炉(EAF)。
图1中的所述设备进而包括所述负载补偿装置10和所述负载11组成的并联结构。所述并联结构进一步与所述分离式电抗器8串联。所述分离式电抗器8、所述负载补偿装置10和所述负载11的相互耦合形成一根负载线LL，其中，所述负载补偿装置10与所述负载11并联，所述分离式电抗器8与所述负载补偿装置10和所述负载11的并联结构串联。接着，所述负载线LL与所述稳压器7并联，或者换言之，在所述稳压器7和所述负载线LL之间存在一个旁路连接。图1中的所述设备进而包括所述分离式电抗器8和所述负载补偿装置10的串联结构，并且，进一步地，所述串联结构与所述稳压器7相并联，藉此，所述分离式电抗器8配置于所述稳压器7和所述负载补偿装置10之间，用于分离所述稳压器7和所述负载补偿装置10。
图1的示例示出了第一电压母线6和第二电压母线9，所述示出的电压母线6和9只是用于说明上述公开的电网组件的相互耦合，图1中的所述母线6和9为所述设备中的电网组件提供了耦合点。配置于上述电网组件之间的物理互耦点进而可以由物理电压母线组件所提供，但是，根据图1，实际的设备并不是必须包括一些物理电压母线组件，并且，所述电网组件之间的物理连接可以通过其他方式来实现。
根据图1，所述负载补偿设备中，与所述负载11并联的所述负载补偿装置10通过补偿负载11引起的至少一部分的负载变动来稳定负载电压。相应地，所述稳压器7用于稳定电源供应点的电压电平，例如，通过补偿电网中的至少部分电压波动稳定所述公共耦合点PCC处的电压电平。所述稳压器7用于限定所述公共耦合点处的负载所引起的闪变值，尤其用于所述负载11为电弧炉的情况。而配置于所述稳压器7和所述负载补偿装置10之间的所述分离式电抗器8，其自感相应地产生阻抗，用于防止所述稳压器7和所述负载补偿装置10间的互扰或交互影响。所述分离式电抗器8的感应系数可以为例如0.1-30mH。所述分离式电抗器8的感应系数可以是恒定的或可调的。
所述负载补偿装置10和所述稳压器7进而提供了一种双效补偿系统。所述负载补偿装置10用于补偿所述负载11的无功功率的主要部分，进而使得所述第二电压母线9的电压电平保持在预定的范围内。涉及诸如负载11的运行时，可以对所述负载补偿装置10进行最优调控，以使所述负载11获得好的工作性能。所述稳压器7通过控制无功功率，也可能通过控制无功功率和谐波频率，维持预设范围内的公共耦合点的电力质量。
根据一个实施例，所述稳压器7是一个静态同步补偿装置(STATCOM)，以及，所述负载补偿装置10也是一个静态同步补偿装置(STATCOM)。STATCOM是一个用于交流电力传输网的调节装置，它基于一个电压源换流器，作为无功交流电源至电网的源或汇，并且，STATCOM可以同时用于控制无功功率和补偿谐波频率。
根据一个实施例，所述稳压器7是一个静态同步补偿装置(STATCOM)，并且，所述负载补偿装置10是一个静态无功补偿装置(SVC)。
根据一个实施例，所述稳压器7是一个静态无功补偿装置(SVC)，并且，所述负载补偿装置10也是一个静态无功补偿装置(SVC)。
所述静态无功补偿装置包括至少一个晶闸管控制电抗器(TCR)和至少一个晶闸管投切电容器(TSC)和/或至少一个机械投切滤波电容器(FC)。因而，所述静态无功补偿装置可以包括至少一个晶闸管控制电抗器(TCR)和至少一个晶闸管投切电容器(TSC)或至少一个机械投切滤波电容器(FC)，或包括至少一个晶闸管控制电抗器(TCR)、至少一个晶闸管投切电容器(TSC)和至少一个机械投切滤波电容器(FC)。所述晶闸管控制电抗器和所述晶闸管投切电容器可以用于控制无功功率，而所述滤波电容器可以用于补偿谐波频率和提供容性无功功率。
所述分离式电抗器8也可以分离由电网中的负载11引起的干扰，例如，分离来自电力传输线1的干扰。从电网阻抗的角度来看，所述负载补偿装置10的实际位置靠近所述负载11的位置，这提高了所述分离式电抗器8可自由设定的电感值范围。这一点尤其重要，特别当所述负载11为电弧炉时，其中，在冶炼的初始阶段，其特征在于，所述电弧炉的电流值变动很大，而所述电弧炉的功率却较小，因而，所述负载补偿装置10应当具有排除干扰的突出性能。在加热阶段，所述电弧炉的电流值基本稳定，而所述电弧炉的功率则较高，因而所述负载补偿装置10应当维持加热阶段的电压。
将分离式电抗器8配置于所述稳压器7和所述负载补偿装置10之间，并将所述负载补偿装置10配置于所述负载11的附近位置，则所述负载11的性能会提升，尤其当所述负载11为电弧炉时，其性能会提升，这是因为此时可以获得足够高品质的电力，尽管所述电弧炉存在性能提升的极限。也可以对所述分离式电抗器8进行更多自由的设置，以使整个系统的性能和所述电弧炉的性能达到最佳。而所述分离式电抗器8配置于所述稳压器7和所述负载补偿装置10之间，也可以提升整个电网的稳定性。
图2示意性地示出了又一个用于电网中补偿负载无功功率的设备，其与一根电力传输线1所连接。图2示出的设备基本与图1相对应，但是，图2所示设备中的负载线LL包括配置于所述负载11和所述耦合器C3之间的负载电抗器12，即，其配置于所述负载11和所述分离式电抗器8之间。图2所示设备中，所述负载线LL因而包括分离式电抗器8和所述负载电抗器12，当闭合耦合器C2和C3时，所述负载电抗器12与所述负载11串联，而所述分离式电抗器8与一并联结构串联，所述并联结构中，所述负载补偿装置10与负载11和负载电抗器12的串联结构相并联。所述分离式电抗器8的感应系数和所述负载电抗器12的感应系数可以为例如0.1-30mH。所述分离式电抗器8的感应系数和/或所述负载电抗器12可以是恒定的或可调的。
应用所述负载电抗器12的作用在于，通过将外阻抗可能地划分为至少两个不同的部分阻抗，以使所述负载11和所述公共耦合点PCC之间的阻抗具有达到最优的可能性。可以相对基本自由地选取所述分离式电抗器8和所述负载电抗器12，以使所述电网及相关组件形成的系统达到最佳运行状态，但是，根据一个实施例，所述分离式电抗器8和所述负载电抗器12的电感可以取相同值。
根据一个实施例，所述负载电抗器12连接至所述负载11。可以提供这样一个实施例，如果所述负载11为电弧炉或包括变压器或串联电感器在内的其他负载，那么，所述负载电抗器12提供的电感可以通过一个独立组件或作为既有的变压器或串联电感器包括在所述负载11中。
图1和图2所示的例子中，所述设备仅包括一个分离式电抗器8和一个负载电抗器12，但是实践中，如果必要的话，所述设备可以包括一个或多个分离式电抗器8和一个或多个负载电抗器12。
所述系统组件的实际位置可以以多种方式进行变化。典型地，所述稳压器7、所述负载补偿装置10和所述分离式电抗器8位于发电站，而所述负载11可以位于离所述发电站很远的地点。为了使所述分离式电抗器8和所述负载补偿装置10的组合可以有效运行，实际对应的物理组件可以相对很近，以使电网的干扰不会对所述分离式电抗器8和所述负载补偿装置10的共同运行造成很大的影响。相应地，所述负载电抗器12，在物理上可以位于所述发电站或所述负载处。典型地，在工业厂房区域，所述发电站和所述实际负载的物理距离少于1或2KM，大多数情况下小于300M。
对于熟悉本领域的技术人员而言，随着技术的发展，所述发明构思可以用各种方法实施。本发明及其实施例并不局限于说明书中描述的特定例子，可以在权利要求的范围内变动。

Claims (14)

1.一种应用于电网的用于负载补偿的设备，所述设备包括至少一个稳压器(7)和至少一根负载线(LL)，所述负载线包括至少一个负载补偿装置(10)、至少一个负载(11)和至少一个分离式电抗器(8)，其中，在所述设备中：
所述分离式电抗器(8)与所述负载补偿装置(10)串联，
所述负载线(LL)与所述稳压器(7)并联，以使所述分离式电抗器(8)配置于所述稳压器(7)和所述负载补偿装置(10)之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
在所述负载线(LL)上，所述负载补偿装置(10)与所述负载(11)并联，所述分离式电抗器(8)与所述负载补偿装置(10)和所述负载(11)的并联结构串联。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述负载线(LL)中包括至少一个分离式电抗器(8)和至少一个负载电抗器(12)，其中，所述负载电抗器(12)与所述负载(11)串联，以及，所述分离式电抗器(8)与负载补偿装置(10)的并联结构串联，并与负载(11)和负载电抗器(12)的串联结构串联。
4.根据上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述稳压器(7)为静态同步补偿装置(STATCOM)，以及，所述负载补偿装置(10)为静态同步补偿装置(STATCOM)或静态无功补偿装置(SVC)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的设备，其特征在于，所述稳压器(7)为静态无功补偿装置(SVC)，以及，所述负载补偿装置(10)为静态无功补偿装置(SVC)。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述静态无功补偿装置包括至少一个晶闸管控制电抗器、至少一个晶闸管投切电容器和/或至少一个机械投切滤波电容器。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述静态无功补偿装置包括至少一个晶闸管控制电抗器和至少一个晶闸管投切电容器和/或至少一个机械投切滤波电容器。
8.根据上述权利要求任一项所述的设备，其特征在于，所述负载(11)为电弧炉。
9.一种应用于电网的负载补偿的方法，所述电网包括至少一个稳压器(7)和至少一根负载线(LL)，所述负载线包括至少一个负载补偿装置(10)、至少一个负载(11)和至少一个分离式电抗器，所述方法包括：
由至少一个稳压器(7)补偿至少部分所述电网中电压的变动；
由至少一个负载补偿装置(10)补偿至少部分由连接到电网的负载(11)引起的负荷波动；以及，
通过将所述负载线(LL)上的所述负载补偿装置(10)耦合至与其串联的至少一个分离式电抗器(8)，以及通过将所述稳压器(7)耦合至与其并联的负载线(LL)，使所述分离式电抗器(8)配置于所述稳压器(7)和所述负载补偿装置(10)之间，以减少所述稳压器(7)与所述负载补偿装置(10)间的相互干扰。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
将所述负载线(LL)上的负载补偿装置(10)并联至所述负载(11)，以及，
将所述负载线(LL)上的分离式电抗器(8)串联至所述负载补偿装置(10)和所述负载(11)的并联结构。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，
所述负载线(LL)包括至少一个负载补偿装置(10)、至少一个分离式电抗器(8)和至少一个负载电抗器(12)，并且，通过以下方式进行连接：
将所述负载线(LL)上的所述负载电抗器(12)串联至所述负载(11)，
将所述负载线(LL)上的所述负载补偿装置(10)并联至所述负载(11)与所述负载电抗器(12)的串联结构上，以及，
将所述负载线(LL)上的分离式电抗器(8)串联至一并联结构上，该并联结构中，所述负载补偿装置(10)并联至所述负载(11)与所述负载电抗器(12)的串联结构上。
12.根据权利要求9至11任一项所述的方法，其特征在于，所述稳压器(7)为静态同步补偿装置(STATCOM)，以及，所述负载补偿装置(10)为静态同步补偿装置(STATCOM)或静态无功补偿装置(SVC)。
13.根据权利要求9至11任一项所述的方法，其特征在于，所述稳压器(7)为静态无功补偿装置(SVC)，以及，所述负载补偿装置(10)为静态无功补偿装置(SVC)。
14.根据权利要求9至13任一项所述的方法，其特征在于，所述负载(11)为电弧炉。
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