CN104124694A - 一种适用于多条线路的可变换静止补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，对于N条线路，包含至少一个并联变压器、N个换流器、一个倒闸回路和至少N个串联变压器，每个串联变压器的至少一侧并联至少一个旁路开关。所述换流器的交流侧通过倒闸回路连接至少一个并联变压器,再接入交流系统；同时，每个换流器的交流侧经过倒闸回路连接至少一个串联变压器，串联变压器串联接入对应的线路；换流器的直流侧通过转换开关连接至直流母线或者相互连接。此结构能够实现多种运行方式，可以同时或者分别的实现线路潮流和系统交流电压控制，具有很好的灵活性和经济性。

Description

一种适用于多条线路的可变换静止补偿器

技术领域

本发明涉及一种柔性交流输电技术，具体涉及一种适用于多条线路的可变换静止补偿器。

背景技术

随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂度。由于环境限制、负荷需求增长、用户对电力系统供电的可靠性与经济性的要求日益严格、建设输电线的投资费用增加等原因，出现由地区电力系统发展为大区间联网的现代电力系统的趋势日益明朗。我国能源分布不均与负荷中心之间的不协调导致远距离输电与大电网的形成，出现系统振荡、系统稳定控制、交直流混合电网协调、潮流控制能力、电压崩溃与电压稳定等问题，这都要求提高输电系统的输电能力和调控能力。

静止同步补偿器STATCOM(Static Synchronous Compensator)和静止同步串联补偿器SSSC(Static Synchronous Series Compensator)是目前比较常见的提高系统输电能力和调控能力的设备。STATCOM设备与输电线路相并联，相当于一个连接点处向系统注入的电流源，通过改变该电流源输出电流的幅值和相位，可以快速改变与系统的无功交换，与传统的无功补偿装置相比，其可靠性更高、调节速度快等优点。SSSC的原理是在所串联的线路上注入一个大小和线路电流无关而且相位和线路电流相位垂直的电压，改变该电压大小就相当于改变线路的有效阻抗，从而可以控制系统潮流。

统一潮流控制器UPFC(Unified Power Flow Controller)由两个完全相同的电压源换流器通过直流公共端连接，可以看作是一台静止同步补偿器(STATCOM)和一台静止同步串联补偿器(SSSC)并联构成，结合了两者的优点，仅通过改变控制规律，就能分别或同时并快速地实现并联补偿、串联补偿和移相等不同的控制功能，提高电力系统的性能。可变换静止补偿器CSC(ConvertibleStatic Compensator)在UPFC的基础上演变出来，通过模式控制开关的切换，能对两条线路同时或者分别实现并联补偿控制和串联补偿控制，灵活应对系统不同运行工况，具有广阔的应用前景。

目前可变换静止补偿器CSC已有一工程运行实例，但其换流器均接至高压线路、成本较高，且系统接线复杂。对于更多线路需要潮流控制和电压控制的情况，需要更灵活的串、并联补偿控制方式，且系统接线简洁、投资成本低。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种适用于多条线路的可变换静止补偿器,可以分别或者同时控制多条线路的潮流以及控制交流系统电压，且系统接线简单、投资成本低，具有很好的经济性、灵活性和可靠性。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：

对于N条线路，所述可变换静止补偿器包含至少一个并联变压器、N个换流器、一个倒闸回路和至少N个串联变压器；每个串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；所述换流器的交流侧经过倒闸回路连接至少一个串联变压器，所述串联变压器串联接入线路；所述换流器的交流侧经过倒闸回路与至少一个并联变压器连接后，再接入交流系统；所述换流器的直流侧通过转换开关连接至直流母线或者相互连接；其中N为自然数，且N大于等于2。

进一步地：所述的倒闸回路由至少一个转换开关构成，用于将换流器与并联侧交流系统连接或者退出连接，以及用于将换流器与串联变压器连接或者退出连接。

进一步地：所述的可变换静止补偿器还包含至少一个并联侧起动电路，相应地,所述的换流器经过倒闸回路后，连接至少一个所述并联侧起动电路，起动电路再与至少一个并联变压器连接。

进一步地：所述旁路开关为旁路断路器或者快速旁路开关。

进一步地：至少一组所述旁路断路器并联在所述串联变压器线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器的接入或者退出线路。

进一步地：至少一组所述快速旁路开关并联在所述串联变压器阀侧的绕组两端，用于故障时将所述换流器快速旁路，与输电线路隔离。

进一步地：所述转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。

进一步地：所述并联变压器接入的交流系统为连接输电线路的母线，或者其它交流母线，或者部分连接至输电线路的母线、部分连接至其它交流母线。

进一步地：所述并联侧起动电路包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。

进一步地：所述快速旁路开关为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。

进一步地：所述换流器为电压源型换流器，包括但不限于两电平结构、变压器多重化结构或者模块化多电平结构。

进一步地：所述串联变压器为单相或者三相变压器，所述串联变压器的线路侧绕组分相串入线路。

进一步地：所述的可变换静止补偿器通过倒闸回路的操作，可实现多种运行方式，包括但不限于：静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式、统一潮流控制器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。

采用上述方案后，本发明可以提高多回线路安装静止补偿器的经济性和灵活性。由于负荷季节性变化的特点，电网潮流会间歇性存在较多的问题，在这段时期，可以运行在多回线路静止同步串联补偿器方式，优化线路潮流；在某些线路不需要潮流控制时，则可以运行在静止同步补偿器方式或者统一潮流控制器方式，提高系统的无功储备。该装置在不同的电网工况或者不同的系统运行方式时，可以灵活的控制，优化电网特性，控制效果和多回线路均安装UPFC相当，但其成本相对较低，具有很好的经济性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的适用于多条线路的可变换静止补偿器的单相等效结构图；

图2是本发明另一个实施例的适用于多条线路的可变换静止补偿器的单相等效结构图；

图3是本发明一个实施例的并联变压器接入的交流系统是连接输电线路的母线的结构图；

图4是本发明一个实施例的以转换开关构成倒闸回路的结构图；

图5是本发明以转换开关构成倒闸回路的另一个实施例的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明提出一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其一个较优实施例如图1所示。图中，1为并联变压器，2为倒闸回路，3为电压源换流器，4为转换开关及直流母线，5、6为串联变压器，7为串联变压器阀侧绕组并联的快速旁路开关，8、9为串联变压器线路侧绕组并联的旁路断路器，10为输电线路的值等电抗。

对于N条线路，所述可变换静止补偿器包含至少一个并联变压器1、N个换流器3、一个倒闸回路2和至少N个串联变压器5、6；每个串联变压器5、6的至少一侧并联至少一个旁路断路器8、9、或者至少一组快速旁路开关7、或者两者均并联；所述静止同步补偿器的换流器3的交流侧经过倒闸回路2连接至少一个串联变压器6、7，再串联接入线路；同时，所述换流器3的交流侧经过倒闸回路2与至少一个并联变压器1连接后，再接入交流系统；所述换流器3的直流侧通过转换开关连接至直流母线4或者相互连接。需要说明的是，所述串联变压器5、6的至少一侧并联至少一组旁路开关，旁路开关可以是旁路断路器或者快速旁路开关。串联变压器5、6可以在一侧同时并联旁路断路器和/或快速旁路开关，也可以在串联变压器的两侧分别并联旁路断路器和/或快速旁路开关。

前述的倒闸回路2可以由转换开关实现，用于将换流器3与并联侧交流系统连接或者退出连接，以及用于将换流器3与串联变压器5、6连接或者退出连接。如图4所示的实施例，通过倒闸回路包含的转换开关的倒闸操作，换流器3可以连接至并联侧交流系统，也可以连接至输电线路。如图5所示的实施例，换流器3可以连接至多个不同的交流系统。

另外本发明还提供另一个实施例如图2所示，采用多个并联变压器和多个并联侧起动电路的结构图；11为并联侧起动电路，相应地,所述的换流器3经过倒闸回路2后，连接至少一个所述并联侧起动电路11，起动电路11再与至少一个并联变压器1连接。所述并联侧起动电路11包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。

前述的静止补偿器的串联变压器旁路断路器8、9，包括至少一组并联在所述串联变压器5、6线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器5、6的接入或者退出线路。

前述的静止同步补偿器的串联变压器快速旁路开关7，包括至少一组并联在变压器5、6阀侧的绕组的两端，用于故障时将换流器3快速旁路，与线路隔离。所述的快速旁路开关7为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。

前述静止同步补偿器的倒闸回路2的转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。

前述静止同步补偿器的并联变压器1接入的交流系统为连接输电线路的母线，例如图3所示的实施例；或者接入其它交流母线，如图1所示的实施例。

前述静止同步补偿器的换流器3可以为两电平结构、变压器多重化结构、模块化多电平结构或者其它拓扑结构的电压源型换流器。

前述静止同步补偿器的串联变压器5、6为单相或者三相变压器，所述串联变压器5、6的线路侧绕组分相串入线路。

需要说明的是,本发明中的各元件，如电抗器、电阻、开关等，大多是指等效元件；也就是说，电路结构中的等效元件既可以是单个的元件，也可以是多个同样的元件级联(串联、并联等)而成。对于本发明实施例中的任何等效元件，能够实现同样功能的任何等效电路应当都涵盖在本发明实施例的保护范围之内。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：

对于N条线路，所述可变换静止补偿器包含至少一个并联变压器、N个换流器、一个倒闸回路和至少N个串联变压器；每个串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；所述换流器的交流侧经过倒闸回路连接至少一个串联变压器，所述串联变压器串联接入线路；所述换流器的交流侧经过倒闸回路与至少一个并联变压器连接后，再接入交流系统；所述换流器的直流侧通过转换开关连接至直流母线或者相互连接；其中N为自然数，且N大于等于2。

2.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述的倒闸回路由至少一个转换开关构成，用于将换流器与并联侧交流系统连接或者退出连接，以及用于将换流器与串联变压器连接或者退出连接。

3.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述的静止同步补偿器还包含至少一个并联侧起动电路，相应地,所述的换流器经过倒闸回路后，连接至少一个所述并联侧起动电路，起动电路再与至少一个并联变压器连接。

4.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述旁路开关为旁路断路器或者快速旁路开关。

5.如权利要求4所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：至少一组所述旁路断路器并联在所述串联变压器线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器的接入或者退出线路。

6.如权利要求4所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：至少一组所述快速旁路开关并联在所述串联变压器阀侧的绕组两端，用于故障时将所述换流器快速旁路，与输电线路隔离。

7.如权利要求1或2所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。

8.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述并联变压器接入的交流系统为连接输电线路的母线，或者其它交流母线，或者部分连接至输电线路的母线、部分连接至其它交流母线。

9.如权利要求3所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述并联侧起动电路包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。

10.如权利要求4所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述快速旁路开关为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。

11.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述换流器为电压源型换流器，包括但不限于两电平结构、变压器多重化结构或者模块化多电平结构。

12.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述串联变压器为单相或者三相变压器，所述串联变压器的线路侧绕组分相串入线路。

13.如权利要求1所述的一种适用于多条线路的可变换静止补偿器，其特征在于：所述的可变换静止补偿器通过倒闸回路的操作，实现多种运行方式，包括但不限于：静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式、统一潮流控制器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。