CN1042079C - 电力系统补偿设备和电力变换设备 - Google Patents

Abstract

一种电力系统补偿设备，包括电力变换器单元和开关控制装置，前者与电力系统的传输线串联地工作，后者用来控制非电力系统侧的交链电压。开关控制装置至少控制电力系统基频的相位。电力变换器包括一静态电力变换器变压器，在次级绕组中有相位差。静态电力变换器单元工作于非PWM方式或固定脉冲宽度比方式。开关比减至最小。因为与电力传输线串联工作的电压受到控制，因此可对系统的电抗电压进行直接补偿和对线路电流进行直接控制。

Description

电力系统补偿设备和电力变换设备

本发明涉及电力系统补偿设备和电力变换设备，特别涉及采用静态电力变换器的电力系统补偿设备和电力变换设备。

图3是已知的静态电力系统补偿设备的结构的一个例子。如图3所示，该设备包括传输系统1、接收系统2、母线或汇流线3a和3b、传输线TL30、主变压器4、用于电力变换器的变压器(多变压器(multi-transformer))5、变压器5的初级和次级绕组5a和5b，以及诸如逆变器等变换器装置。变换器装置包括每相的变换器6a、6b和6c以及交链电容器7。标号8表示控制变换器6用的脉冲宽度调制(PWM)控制装置。PWM控制装置8由PWM控制单元8a、用以控制有功电流I_P和无功电流I_q的电流控制单元8b，以及用以计算有功电流I_p和无功电流I_q的运算单元8c。设备还包括用以拾取和检测交链电压V_LINK的电压拾取装置9、用以控制交链电压V_LINK的交链电压控制单元10；用以拾取和检测线路电流IL并将它输出至运算单元8c的电流拾取装置11；用于拾取并检测交流电压V_TL的交流电压拾取装置22；由整流器和其它元件构成、用于拾取及输出交流电压V_TL幅值或绝对值的绝对值拾取装置23；以及用于控制由绝对值拾取装置23输出的幅度V_ac或无功功率Q的控制单元28。

在图3中，变换器6是PWM逆变器，它由PWM控制单元8a提供的PWM控制信号控制。PWM控制单元8a由一PWM调制器构成，该调制器根据三相瞬时电压指令波形V_u，v，w(调制波)产生PWM控制信号。瞬时电压指令波形V_u，v，w作为电流控制单元8b的输出而给出，该电流控制单元控制有功电流I_P和无功电流I_q。电流控制单元8b从控制单元28接收一无功电流指令I^* _q，该控制单元控制线路电压V_ac或无功功率Q。电流控制单元8b还从交链电压控制单元10接收一有功电流指令I^* _p，该控制单元控制交链电压V_LINK。在这种已知的静态电力系统补偿设备中，用于电力变换器的变压器5没有相移变压功能，因此，变压器5在次级绕组5b中独立地并且按不同的定时给出PWM电压。

在已知的补偿设备中，由于有有功电流I_P的输入和输出，因而，有功功率P受到控制，从而使直流交链电压V_LINK恒定。在V_LINK恒定的条件下，变换器6的交流输出电压、无功电流I_q和无功功率Q通过PWM技术(脉冲宽度调制技术)受到控制。即，由改变PWM中调制波的幅度(或瞬时波形的大小)进行控制。这增加了变换器6的开关频率，引起开关损耗和缓冲器损耗(snubber loss)增加，由此降低了设备的效率。如果用一大功率的控制极可关断(GTO)变换器作为变换器6，则增加开关频率需要恢复缓冲器能量。这使得设备的设计变得复杂了，由此降低了设备的可靠性。当把一脉宽调制电压加至变压器5时，使得变压器损耗增加。除开关损耗和缓冲器损耗外，变压器损耗更使效率降低。

在已知的补偿设备中，变压器5不是相移型变压器。因此，如果希望在PWM逆变器(它构成了变换器6)中有PWM相移，以降低谐波的大小时，在基波电压中出现相位差。由于同相电流流经串联连接的初级绕组5a，因此基波中的相位差引起功率不平衡。这引起变换器6直流交链侧的电流不平衡。结果不能作串联连接。

初级绕组5a可以做成多绕组变压器型相移变压器。然而，在此情形下，如果在运用高电压的初级绕组侧进行相移，就使得具有绝缘困难的初级绕组的连接变得复杂了。即，初级绕组5a同时具有复杂的连接和绝缘困难。因此不能采用多变压器相移变压器。上述问题有待解决。因此从经济和可靠的观点来看，静态电力系统补偿设备尚有缺陷。

因此，本发明的一个目的是提供电力系统补偿设备和电力变换设备，它们不存在已知的电力系统补偿设备和电力变换设备中的上面讨论过的问题。

本发明的另一个目的是提供极为经济和高可靠性的电力系统补偿设备和电力变换设备。

考虑到上述目的，按照本发明第一方面的电力系统补偿设备包括：第一电力变换器装置，用于变换在电力系统中经电力传输线输送的电力，并产生相对于电力传输线以串联方式工作用的输出；以及第一控制装置，用于通过控制电力系统的基波相位来控制第一电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压。

按照本发明的第二方面，第一控制装置可相对于一参考矢量(该矢量对应于电力传输线的电流矢量)进行相位控制。

按照本发明的第三方面，电力系统补偿设备还可包括第一变压器装置，它位于电力传输线与电力变换器装置之间，并具有多个变压器用于与电力传输线串联工作，其中每个变压器在它的初级绕组和次级绕组之间有相位差。

按照本发明的第四方面，第一控制装置可包括：传感器部分，用于检测参考矢量的旋转角，该参考矢量根据电力传输线的线路电流，以电力系统的预定频率同步旋转；加/减部分，用以根据变压器的相位差，对于由传感器部分检测的旋转角的值进行加和减；矢量旋转部分，用于按加/减部分产生的角度来旋转一矢量；相位变换器部分，用于对矢量旋转部分的输出作相位变换，从而与第一变压器装置的相位数匹配；以及控制信号发生部分，用于响应于相位变换器部分的输出产生控制信号来控制第一电力变换器装置。

按照本发明的第五方面，电力系统补偿设备包括：第二电力变换器装置，用于变换在电力系统中经电力传输线输送的电力并产生相应于电力传输线以并联方式工作用的输出；以及第二控制装置，用于通过相应于参考矢量的相位(它相应于电力传输线的电压矢量)，控制电力系统的基波的相位，来控制第二电力变换器装置非电力系统侧的交链电压。

本发明也属于一种电力变换设备，包括：电力变换器装置，用于变换在电力系统内经电力传输线输送的功率；以及位于电力传输线和电力变换器装置之间，并具有多个用以在电力传输线上工作的变压器装置；其中，变压器装置包括一组多相(muti-phase)变压器，这些多相变压器具有一组初级绕组和一组次组绕组，这些初级绕组以每个相位为基础，  以相同的相电流串联连接，允许在相同的相位连接下流动，而这些次级绕组与各个初级绕组磁耦合；而电力变换器装置包括一组静态电力变换器，它们与一组次级绕组上设置相位差的次级绕组相连。

通过下面结合附图对本发明的较佳实施例的详细描述，可以使本发明变得更容易明了，其中：

图1是按照本发明实施例1的电力系统补偿设备的示意图；

图2是按照本发明实施例2的电力系统补偿设备的示意图；

图3是本人已知的电力系统补偿设备的示意图。

实施例1

图1是按照本发明实施例1的电力系统补偿设备结构的方框图。那些与结合图3的已知设备描述的等价部件将标以相同的标号并且不重复对它们的讨论。在图1中，与变换器一起用的多变压器35包括初级绕组35a和次级绕组35b。如图3的已知设备那样，初级绕组35a用多变压器35的绕组段在每相基础上作串联连接。在变换器侧(低压侧)的次级绕组35b上，有相位差。即，把次级绕组35b做成用于相移的相移变压器的形式。次级绕组35b做成三角形(delta)连接35bl和星形(Y形)连接35b2、35b3和35b4，它们分别有相差-30°、0°、-15°、+15°。标号36表示与每个次级绕组35b相连的电力变换器单元。

如上面所描述的，在本实施例中的多变压器35做成相移变压器的形式，它的次级绕组35b给出相位差。在每个电力变换器36上，电压相位差和电流相位差互相一致，如图1所示。因此，电力变换器单元36的功率因数和功率被均衡，由此在电力变换器单元36的直流交链侧电流被均衡。这允许把电力变换器单元36的直流交链侧直接连在一起，改善了直流系统电压。在本实施例中，采用了相移变压器设计。在次级绕组上，在静态变换器单元一侧(即绝缘容易确保的低压侧)被移相。由此可以作复杂的连接而绝缘要求不高，因而简化了制造工艺。

标号15表示开关控制装置15，它控制各个电力变换器单元36的开关次序(在三相系统中)。开关控制装置15具有一组比较器或一组编码运算装置12、一组2相/3相变换器装置13和一组矢量旋转装置14。每个部件的数目与相数一致。标出的4A是主变压器，如同图3中的主变压器4那样，它需要高电压绝缘。

现在讨论一组补偿器或编码运算装置12、一组2相/3相变换器装置13以及一组矢量旋转装置14的运作。

一组补偿器或编码运算装置12在每个单元的基础上，对每个电力变换器单元36进行运作，如下述方程(1)所示。 $S=\left[\begin{array}{c}{S}_u\\ S_v\\ S_w\end{array}\right]=\mathrm{sign}\left[\begin{array}{c}{V}_{3u}\\ V_{3v}\\ V_{3w}\end{array}\right]=\mathrm{sign}{V}_3---\left(1\right)$

一组2相/3相变换器装置13在每个单元的基础上，对每个电力变换器单元36进行运作，如下述方程(2)所示。 $V_3=\left[\begin{array}{c}{V}_{3u}\\ V_{3v}\\ V_{3w}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1,& 0\\ -1/2,& -\sqrt{3}/2\\ -1/2,& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{2\mathrm{\α}}\\ V_{2\mathrm{\β}}\end{array}\right]--\left(2\right)$

一组矢量旋转装置14在每个单元的基础上，对每个电力变换器单元36进行运作，如下述方程(3)所示。 $V_2=\left[\begin{array}{c}{V}_{2\mathrm{\α}}\\ V_{2\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ},& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ},& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{e}_d\\ e_q\end{array}\right]---\left(3\right)$

这里e＝〔e_d，e_q〕^T可以是任何一个任意的单元矢量，例如〔1，0〕^T。单位矢量乘以任意系数也是容许的。参考相位由矢量e确定。(符号〔〕^T代表转置矢量。)

在图1中，标号16a、16b、16c、16d和16e代表加/减装置，它们对矢量的旋转角以及相位进行相加和相减操作。21是旋转角传感器，用于检测参考矢量(单位矢量)e′，该矢量以交变系统的预定频率或参考矢量e′的旋转角θ_i同步旋转。旋转角θ_i可以这样用数字来处理。此外，旋转角θ_i可以由脉冲串(nθ_i)中脉冲的的数目来处理。在此情形下，矢量旋转装置14可以由计数器和正弦、余弦函数表构成。因为锁相环(PLL)或计算器可用作θ_i的旋转角检测装置，因此可以同时使用示于图1的数字处理旋转角的参考矢量运算方法。当把以同步角频旋转的参考矢量e′作为参考矢量e馈至一组矢量旋转装置14时，相位加/减装置16e不需要由旋转角传感器装置21检测的旋转角θ_i，这是因为参考矢量e′已经以旋转角θ_i旋转。如图1所示，旋转角传感器21由用以进行3相至2相变换的3相/2相变换器部件17、用以根据从3相/2相变换器部件17的2相输出确定绝对值(后面将描述)的绝对值运算单元18、用以将3相/2相变换器部件17的2相输出除以由绝对值运算单元18给出的绝对值的除法部件以及用于计算除法部件19输出的反三角值的反三角函数运算装置20。

现在讨论旋转角传感器装置21的运作。3相/2相变换器部件17利用由电流拾取装置11检测到的线路电流矢量I_L＝〔i_R，i_s，i_T〕^T进行运作，如下述方程所示。作为替换，模拟线路或相位变换器变压器可用作3相/2相变换器部件17。 $\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{\α}}\\ I_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2/3,& -1/3,& -1/3\\ 0,& -1/\sqrt{3},& 1/\sqrt{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_R\\ i_S\\ i_T\end{array}\right]--\left(4\right)$

绝对值运算单元18计算绝对值(I² _α+I² _β)^1/2。除法部件19把I_α和I_β用由绝对值运算单元18提供的绝对值来除，并输出单位矢量e′的分量cosθ_i和sinθ_i。旋转角θ_i由计算单位矢量e′的每个分量的反三角函数值确定。

基于旋转角θ_i，相位加/减单元16e把90°加至旋转角θ_i以确定电压相位θ_v，即产生一正交的电压矢量，它比由电流拾取装置拾取的线路电流矢量I_L超前90°。一组相位加/减装置16a-16d进行相加和相减操作以分别对电力变换器单元提供相位差(-30°、0°、-15°、+15°)，因而它们与多绕组变压器35的相位差相一致。其次，矢量旋转装置14以相应于每个电力变换器单元36的旋转角θ_i来旋转单位矢量〔1，0〕以得出矢量V2。另一方面，当把以同步角频旋转的参考矢量e′作为参考矢量e馈至矢量旋转装置14时，不把旋转角θ_i馈至相位加/减单元16e。θ_v由相位变化(90°)给出。即，一组矢量旋转装置14由电力变换器单元36的相位改变(60°、75°、90°、105°)旋转已旋转了电角度θ_i的参考矢量e′。

结果，3相信号V₃包含了在每个电力变换器单元36中每相的基波，而开关信号S包含了相应于每个电力变换器单元36的每相的基波的开关信号。开关信号S控制每个电力变换器36的开关元件(未示出)。当相位数目或电力变换器单元36的臂数改变时，相位变换器装置13的方程(2)也改变，从而方程(2)调节了相位和所需的相位数。电力变换器单元的数目也可能改变。

在本实施例中，电力变换器单元36的输出端通过主变压器4A与电力系统的传输线(TL)30相串联。馈至串联连接的传输线(TL)30的电压将被控制。至少不进行具有可变脉冲宽度的PWM(脉冲宽度调制)，因此电压需分别调节。至此，在本实施例中提供了电压控制装置27。电压控制装置27响应可变电压指令V^*去控制交链电压V_LINK。电压控制装置27包括补偿器部件27和调节器部件26，前者用于将电压指令V^*与交链电压V_LINK作比较，而后者由具有特有传递函数G_c的比例积分微分(PID)控制装置构成。

非PWM或固定脉冲宽度比的电力变换器单元36的交流电压只正比于直流交链电压V_LINK。直流交链电压V_LINK被交链电压拾取装置9拾取，该装置将以反馈方式被控制。把可变电压指令V^*(绝对值)馈至电压控制装置27。补偿器部件27把电压指令V^*与交链电压V_LINK作比较。把比较的结果馈至具有特有传递函数G_C的调节器26，以获得相位改变指令Δθ^*，该值对于所有的电力变换器单元36是共同的(作为替代，当旋转角传感器装置21以脉冲列输出脉冲时，则获得相应的脉冲计数(Δn))。把相位改变Δθ^*馈至相位加/减装置16a-16d(如有需要，至16e)，以对线路电流矢量I_L进行相位细调。

结果，在电力变换器单元36的交流输出侧产生了与线路电流矢量I_L同相的电压分量，以调节有功功率P和交流电流。换句话说，交流电流在电力变换器单元36的交流输出侧流动。交流电流藉电力变换器单元的开关功能同步整流，而成为直流电流，由此把直流电流按比例地调节至用SI_L函数表示的时间平均值。把直流电流向交链电容器7充电。结果，交链电压受到控制。此外，交流输出电压V_TL的幅度或绝对值受到控制。在此情形下，虽然交流输出电压V_TL的大多数电压矢量与电流矢量正交，但仍出现相应于电力变换器单元36中损耗的小的电压分量(与电流同相)。

因为交链电压V_LINK正比于交流电压V_TL，为了反馈交流电压V_TL或绝对值V_ac，可以用交流电压拾取装置24来拾取交流电压V_TL或正比于交流电压VTL的V′_TL的绝对值V_ac(例如，变换器变压器35的初级电压)。如在示于图3的已知设备中那样，交流电压拾取装置24可以用交流电压拾取装置22和具有整流器等绝对值拾取装置23构成。换一种做法，绝对值拾取装置23可以用2相/3相变换器装置17和绝对值运算装置18来替代。在此情形下，被拾取的电压从2相被相位变换为3相，然后再作绝对值计算。

在上面的实施例中，电力变换是非PWM系统。此外，当电力变换器单元36以最小脉冲计数(例如，3个脉冲或更少)的固定脉冲宽度比工作时，可由控制相位来控制电压。

电力变换器单元36用作第一电力变换器装置，该装置变换在电力系统中藉传输线(TL)30输送的电力，而它的输出通过主变压器4A与传输线30串联工作。开关控制装置15用作第一控制装置；该装置通过至少控制电力系统基波的相位，控制电力变换器装置非电力系统侧的交链电压(换一种做法，控制反映非电力系统侧的交链电压的电力系统侧交流电压或电力系统侧的交流电压的从属变量)。多绕组变压器35用作第一变压器装置，该装置位于电力变换器装置和传输线30之间，并由多个与传输线30串联工作的变压器构成。

传感器装置21有一传感器部分，该部分检测参考矢量的旋转角，该矢量根据电力系统线路电流，以电力系统的预定频率旋转。相位加/减装置16a-16e有一加/减部分，该部分相应于多个变压器的相位差对由传感器部分检测的旋转角的值进行相加和相减操作。矢量旋转装置14组有一矢量旋转部分，该部分按加/减部分提供的角度来旋转矢量。一组2相/3相变换器装置13有相位变换器部分，该部分根据变压器装置的相数，对矢量旋转部分的输出作相位变换，补偿器或编码运算装置12具有控制信号发生部分。该部分根据相位变换器装置的输出产生控制信号以控制电力变换器装置。

电力变换器单元36和多绕组变压器35还构成本发明的电力变换器装置。

在本实施例中，如上所述，电力系统补偿设备包括电力变换器36和控制装置15，电力变换器以串联方式与输送电力的传输线(TL)30一起工作，而控制装置控制电力变换器单元36的非电力系统侧的交链电压(V_LINK)(或电力系统的交流电压V_ac或反映非电力侧交链电压的从属变量)。控制装置15至少控制电力系统基波的相位。这样，允许电力变换器单元36或是工作于非PWM方式或是工作于具有最小脉冲数的固定脉冲宽度方式，而开关比最小。特别，在非PWM下，一个开关元件每周期作一次开关操作。因此，降低了开关损耗和缓冲器损耗，而提高了效率。采用矢量旋转技术，使相位相加或相减的操作完成了设备中的大部分的控制过程。这样，简化了控制。

于是，本实施例提供了性能改善和经济的设备。因为静态电力变换器单元36的输出电压是串联接入传输线的，因此在直接控制线路电流和直接补偿控制电抗电压方面，极为便利。因此，按照本发明的电力系统补偿设备在补偿控制和可靠性控制方面具有相当大的好处。

实施例2

图2示出本发明的实施例2。本实施例给出一种并联补偿方法，其中，主变压器4与传输线(TL)30并联连接。在本实施例中，交流电压拾取装置22置于旋转角装置21与传输线(TL)30之间，从而拾取线路的交流电压V_TL。本实施例结构的其余部分保持与实施例1的那些部分相同。与结合实施例1描述的那些部件等价的部件将采用相同的标号来表示，而不再重复对它们的说明。在本实施例中，电力变换器单元36用作第二电力变换器装置，该装置变换通过传输线(TL)30输送的电力，而电力变换器单元36的输出通过主变压器4与传输线30并联地工作。控制装置15用作第二控制装置，通过相应于电力传输线的电压矢量控制电力系统基波相位的办法来控制第二电力变换器装置非电力系统侧的交链电压。

在本实施例中，参考矢量e′或它的旋转角θ_i是用交流线路电压矢量V_TL或正比于V_TL的V′_TL(例如，变换器变压器35的初级电压)作参考而检测或计算的。每个电力变换器单元36的交流输出电压的相位相对于线路电压V_TL受到控制。令Δθ表示相位差。电力变换器单元36的有功功率P正比于sinΔθ。因此，电压控制装置27的输出Δθ^*控制有功功功率P，从而控制电力变换器单元36的直流电流。此外，交链电压V_LINK和电力变换器单元36的交流输出电压亦受控制。

因为进入电力变换器单元36的功率对应于损耗，因此Δθ的稳态值是临界的。即，在稳态下，电力变换器单元36的交流输出电压大体上与线路电压V_TL同相地工作。为改变电压，Δθ^*暂时地改变，从而改变有功功率P，并由此改变交链电压V_LINK和交流输出电压。大体上同相地控制交流输出电压，允许对无功电流I_q或无功功率Q进行控制。因而可用于电力系统的补偿控制和可靠性控制。

如果将另一个直流系统接至直流交链侧，则藉改变Δθ^*可控制有功功率P。在相移变压器方法中，如已描述的，功率和直流电流在电力变换器单元36之间平衡。通过相应于每个电力控制单元36精细地控制相位输入，可在个别的基础上或平衡的基础上控制直流电流和直流电压。因此允许直流交链侧串联连接。在个别的基础上或平衡的基础上，通过精细控制相应于电力控制单元36的相位输入，控制直流电流和直流电压的方法可用于实施例1。这样，相位和电压控制可在各别的基础上而不是在一组的基础上进行。

在本实施例中，静态电力变换器单元36是用诸如逆变器等直流交链型交流/直流变换器构成的。但本发明不局限于此。可以采用交流交链型(特别是高频交流交链型)静态电力变换器(循环换流器(cycloconverter)和矩阵变换器(matrix converter))。在此情形中，用交流电容器来代替交链电容器7，而受控制的是交流交链而不是直流交链V_LINK。此外，可采用诸如三相等多相。因为通过控制相位差Δθ和从属于Δθ^*的有功功率P，可以用上面的实施例中的控制方法。

在前面的实施例中，已经讨论了对藉响应于电压控制装置27控制相位而反馈的电压进行控制。可以将另一个从属于电压的变量设置为指令而对另一个从属变量进行反馈控制。例如，在图1的实施1中，可以通过反馈线路电流I_L或相应于I_L的I^* _L以及通过提供指令I′_L而使用线路电流控制装置。此外，可以使用对串联接入的无功功率的控制装置和用于控制被从属控制的变量(诸如有功和无功功率流)的控制装置。在实施例2中，可以使用对于有功电流I_P、无功电流I_q、有功功率P和无功功率Q的反馈控制装置。此外，可对从属于电压的线路有功电流和有功功率流进行控制，而使用对于这些从属变量的控制装置。此外，可以按从属控制关系使用这些装置。

如上面已描述的，按照本发明的第一方面，电力系统补偿设备包括电力变换器装置和控制装置，前者以串联方式与输送电力的电力传输线一起工作，后者用于控制电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压(V_LINK)(或者电力系统交流电压(V_ac)或反映非电力系统侧交链电压的它的从属变量)。控制装置至少控制电力系统基波的相位。从而允许作为电力变换器装置的静态电力变换器或是工作于非PWM方式，或是工作于固定脉冲宽度比方式，而它的开关比减至最小。降低了损耗和减小了运行费用。由于控制了与传输线串联工作的电压，可以对系统的电抗电压作直接补偿和对传输线电流和功率流作直接控制和稳定。从而获得改善的性能。

按照本发明的第二方面，控制装置对于与传输线电流矢量相应的参考矢量的相位进行相位控制。这样，对交链电压作适当控制。大大改善了电压控制性能和从属于电压控制性能的另一控制性能。

按照本发明的第三方面，由多个变压器构成，与传输线串联工作的变压器装置位于传输线与电力变换器之间，而每个变压器的初级线组和次级绕组之间有相位差。这种结构不仅减小了变换器装置中的输出电压谐波还减小了带有电抗的串联工作的电力传输系统中的电流谐波。

按照本发明的第四方面，包含矢量旋转部件的控制装置进行相位控制，其做法是允许加法器/减法器对矢量旋转部件的输入角进行相加或相减操作。因而简化了控制，而改善了操作的可靠性和经济性。

按照本发明的第五方面，电力系统补偿设备包括电力变换器装置和控制装置，前者以并联方式与传输线一起工作，后者用于控制电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压(V_LINK)(或者反映非电力系统侧的交链电压的电力系统交流电压(V_ac)或电力系统交流电压的从属变量)。控制装置至少控制电力系统的基波的相位。控制装置还对与传输线的电压矢量相应的参考矢量的相位进行相位控制。因此，并联补偿器的静态电力变换器或者以非PWM方式工作或者以固定脉冲宽度比方式工作。开关比减至最小，减小了设备中的损耗。操作更为经济。在并联型补偿器中，包含矢量旋转部件的控制装置进行相位控制，其做法是让加法器/减法器对矢量旋转部件的输入角进行相加或相减操作。由此简化了控制，而改善了运行的可靠性和经济性。

在本发明的电力变换设备中，静态电力变换器还包含相移变压器，在变换器侧它们的绕组上呈现相位差。由于相移要在容易确保绝缘性的绕组侧实现，所以要求复杂的接线。这种结构具有相移变压器的所有好处，并在非电力系统侧(交链侧)提供串联连接。因而可得到改善的性能。

Claims (5)

1.一种电力系统补偿设备，其特征在于包括：

电力变换器装置，用于对电力系统内通过电力传输线输送的电力进行变换，并产生对于所述电力传输线以串联方式工作的输出；以及

控制装置，用于通过控制所述电力系统的基波相位来控制所述电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压。

2.一种电力系统补偿设备，其特征在于包括：

电力变换器装置，用于对电力系统内通过电力传输线输送的电力进行变换，并产生对于所述电力传输线以串联方式工作的输出；

控制装置，用于通过控制与所述电力传输线的电流矢量相应的参考矢量来控制所述电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压；以及

控制装置，用于通过控制所述电力系统的基波相位来控制所述电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压，所述控制装置对于与所述电力传输线的电流矢量相应的参考矢量进行相位控制。

3.一种电力系统补偿设备，其特征在于包括：

电力变换器装置，用于对电力系统内通过电力传输线输送的电力进行变换，并产生对于所述电力传输线以串联方式工作的输出；

控制装置，用于通过控制所述电力系统的基波相位来控制所述电力变换器装置的非电力系统侧的交链电压；以及

变压器装置，位于所述电力传输线和所述电力变换器之间，具有多个变压器，用于与所述电力传输线串联工作，每个所述变压器在初级绕组和次级绕组之间具有相位差。

4.如权利要求3所述的电力系统补偿装置，其特征在于，所述控制装置包括：

传感器部分，用于检测所述参考矢量的旋转角，该矢量按照所述电力传输线的线路电流，以所述电力系统预定的频率同步旋转；

加/减部分，用以根据所述变压器的所述相位差，对由所述传感器部分检测得的所述旋转角进行相加和相减；

矢量旋转部分，用于使矢量旋转一个由所述加/减部分产生的角度；

相位变换器部分，用于对所述矢量旋转部分的输出作相位变换，从而与所述变压器装置的相数一致；以及

控制信号发生器部分，用于产生控制信号以响应于所述相位变换器部分的输出，控制所述电力变换器装置。

5.一种电力变换设备，包括：

电力变换器装置，用于对电力系统内通过电力传输线输送的电力进行变换，并产生一输出用来在所述电力传输线上工作；以及

变压器装置，位于所述电力传输线和所述电力变换器装置之间，并具有在所述电力传输线上工作的多个变压器，其特征在于，

所述变压器装置包括一组多相变压器，它们具有一组初级绕组和一组次级绕组，所述初级绕组在每相的基础上串联连接，允许在相同的相位连接上流过相同的相电流，而所述次级绕组与各自的所述初级绕组磁耦合；以及

所述电力变换器装置包括一组静态电力变换器，它们与所述一组次级绕组相连，在所述次级绕组中设置有相位差。

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