CN104319790A - 一种6脉动tct式可控并联电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种6脉动TCT式可控并联电抗器，所述电抗器的一次侧绕组星形联结，并联在电力系统中；二次侧绕组的控制绕组星形联结，每相绕组的出线侧连接反并联的晶闸管阀组构成回路，通过控制晶闸管的触发角就能提供连续变化的无功功率，晶闸管阀组并联旁路断路器，用于故障或系统运行稳定情况下闭合，承担负荷电流；二次侧绕组的补偿绕组三角形联结，连接滤波单元，减少流入系统的谐波电流，提高电能质量。与现有技术相比，本发明提供的一种6脉动TCT式可控并联电抗器，能够作为动态无功补偿装置安装在超/特高压交流长线路中间的开关站、风电集中送出系统和直流输电系统的变电站，起到无功电压控制的作用。

Description

一种6脉动TCT式可控并联电抗器

技术领域

本发明涉及一种可控并联电抗器，具体涉及一种6脉动TCT式可控并联电抗器。

背景技术

可控并联电抗器是解决超/特高压输电系统中无功电压控制和限制过电压对并联电抗器不同需求之间矛盾的关键技术手段之一。根据技术路线不同，可控并联电抗器可分为变压器型可控并联电抗器和磁控型可控并联电抗器两大类。变压器型可控并联电抗器按照低压侧晶闸管阀调节方式不同，包括分级调节式可控并联电抗器和晶闸管控制变压器(ThyristorControlled Transformer，简称TCT)式可控并联电抗器。

目前分级调节式和磁控型可控并联电抗器均已有超高压电网的工程应用，分级调节式可控并联电抗器原理简单，响应速度快，但应用于超/特高压输电系统，考虑到成本等因素，其分级容量不宜设置过多，因此更适合应用于潮流变化剧烈但具有季节性或日负荷特性特点的超/特高压输电系统；磁控型可控并联电抗器可实现输出容量连续、平滑调节，但响应速度相对较慢；TCT式可控并联电抗器兼具分级调节式响应速度快和磁控型容量平滑调节的优点，既可作为线路并联电抗器解决无功补偿和过电压抑制间的矛盾，又可作为母线并联电抗器控制系统无功电压，在风电大规模集中接入的超/特高压交流输电系统中应用独具优势，在潮流变化剧烈但具有季节性特点的水电集中外送交流输电系统也有应用前景。因此需要提供一种适合安装在超/特高压交流长线路中间的开关站，作为动态无功补偿装置代替SVC起到无功电压控制作用的TCT式可控并联电抗器。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种6脉动TCT式可控并联电抗器，所述电抗器的一次侧绕组为星形联结的三相绕组，并联在电力系统中；所述二次侧绕组包括控制绕组和补偿绕组；所述控制绕组为星形联结的三相绕组，每相绕组的出线侧连接晶闸管阀组；所述补偿绕组为三角形联结的三相绕组，每相绕组的出线侧连接滤波单元；

通过调节晶闸管阀组触发延迟角的大小，改变所述电抗器的输出容量；所述接滤波单元，用于滤除控制绕组连接的晶闸管阀组工作中产生的谐波电流。

优选的，所述晶闸管阀组包括反向并联的两个晶闸管；所述晶闸管的触发延迟角可控范围为90°≤α≤180°；

所述晶闸管阀组的控制方式包括三相控制和分相控制；

所述三相控制为同时调整三相绕组中晶闸管阀组的触发延迟角的大小，以改变所述电抗器的输出容量；所述分相控制为单独调整三相绕组的任一相中晶闸管阀组的触发延迟角，以改变所述电抗器的输出容量；

优选的，所述晶闸管阀组的两端并联一个旁路断路器；当所述晶闸管阀组发生故障时触发所述旁路断路器闭合，将晶闸管阀组中的电流转移到旁路断路器上，防止损坏晶闸管阀组；

当电力系统发生单相接地故障的暂态过程中触发旁路断路器闭合，防止故障相电压跌落导致晶闸管阀组无法正常触发，并将所述电抗器的输出容量调节到最大值，抑制潜供电流和过电压；

优选的，所述电抗器并联在稳定运行的电力系统中时，闭合所述旁路断路器，晶闸管阀组不通过工作电流从而降低电抗器的运行损耗；

优选的，所述滤波单元包括并联电容器组、无源滤波器和有源滤波器；

所述并联电容器组和无源滤波器，滤除所述控制绕组输出的谐波电流，向所述电抗器提供无功补偿，以减少所述电抗器输出的谐波分量，扩大所述电抗器的输出容量范围；

所述有源滤波器，滤除所述控制绕组输出的谐波电流，以减少所述电抗器输出的谐波分量；

优选的，所述一次侧绕组和二次侧绕组中每相绕组的首端连接避雷器后接地，用于在过电压情况下保护绕组和晶闸管阀组；

优选的，所述一次侧绕组的三相中性点直接接地或者连接电抗器后接地；所述控制绕组的三相中性点直接接地。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，TCT式可控并联电抗器晶闸管阀工作过程会有谐波电流产生，在两绕组本体基础上，增加了第三个绕组-补偿绕组，连接并联电容器组或滤波器，能够减少电抗器输出的谐波分量，提高容量调节范围；

2、本发明技术方案中，控制绕组的每相绕组连接晶闸管阀组，可以三相控制也可以分相控制，三相绕组互不干扰，控制方式独立灵活；

3、本发明技术方案中，晶闸管阀组的两端并联有旁路断路器，可以在系统发生故障、晶闸管需要检修或出现过电压时闭合旁路断路器；对于有规律的风电集中送出系统或直流输电系统，可以在输送负荷稳定时，闭合旁路断路器，断路器承担长期电流，减少晶闸管阀和冷却系统的损耗；

4、本发明提供的一种6脉动TCT式可控并联电抗器，兼具分级调节式可控并联电抗器响应速度快和磁饱和式可控并联电抗器容量平滑调节的优点，在风电大规模集中接入的超/特高压交流输电系统中应用独具优势，在潮流变化剧烈但具有季节性特点的水电集中外送交流输电系统也有应用前景；本发明提供的TCT式可控并联电抗器的调节特性与SVC相似，特别适合安装在超/特高压交流长线路中间的开关站，作为动态无功补偿装置代替SVC起到无功电压控制的作用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：6脉动TCT式可控并联电抗器结构图；

图2：本发明实施例中6脉动TCT式可控并联电抗器结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

TCT式可控并联电抗器并联于电力系统，通过控制晶闸管的触发角度实现电抗器的在线调节，可实现输出容量连续、平滑调节，且采用了电力电子器件，响应速度快，既可作为母线并联电抗器，也可作为线路并联电抗器，实现超/特高压输电系统无功电压控制，解决无功补偿和过电压抑制之间的矛盾。

由于如图1所示的现有6脉动TCT式可控并联电抗器的工作过程中会产生5、7、……、6k±1次谐波，如果不采取措施对其加以限制，会给电力系统带来危害，甚至无法投入运行。

如图1中，一次侧的三相绕组采用三角形联结，二次侧绕组为三相四线星形结构。晶闸管触发延迟角的可控范围为90°≤α≤180°。二次侧三相绕组中性点连接在一起，每相独立，三相电流之间互差120°。

二次侧绕组中电流波形半波对称，电流中不含偶次谐波和直流分量，3、5、7等次谐波电流都被传递到一次侧。一次侧绕组三角形连接，3次及3的整数次谐波在绕组内部形成环流，因此，流入系统的5、7次谐波电流比较大，总谐波畸变率达到6％以上。对于三相四线星形结构连接的TCT式可控并联电抗器来说，治理谐波的方法主要是在一次侧并联滤波器。但是滤波器与系统等值阻抗相并联，其参数易受外界因素的影响而发生变化，可能会导致滤波器偏离谐振状态，滤波效果变差并容易出现谐振过电压、电网谐波放大等不良影响。

因此，TCT式可控并联电抗器可应用的前提是其所注入系统的谐波必须小于国家谐波标准。本发明提供的一种6脉动TCT式可控并联电抗器，有效限制了TCT式可控并联电抗器工作注入系统的谐波含量，减少对系统的谐波污染、损耗和噪声。

一、如图2所示，本实施例中6脉动TCT式可控并联电抗器包括一次侧绕组和二次侧绕组；一次侧绕组并联在电力系统中，二次侧绕组调整电抗器的输出容量。

1、一次侧绕组：

一次侧绕组为星形联结的三相绕组，包括A相绕组、B相绕组和C相绕组；三相中性点直接接地或者连接电抗值较小的电抗器后接地。

同时，每相绕组的首端连接避雷器后接地，用于在过电压情况下保护绕组。

2、二次侧绕组：

包括控制绕组和补偿绕组；控制绕组为星形联结的三相绕组，每相绕组的出线侧连接晶闸管阀组；补偿绕组为三角形联结的三相绕组。

(1)控制绕组

控制绕组与反并联的晶闸管阀组构成回路，通过控制晶闸管的触发角的大小就能提供连续变化的无功功率，以改变电抗器的输出容量；控制绕组的三相中性点直接接地；

同时，每相绕组的首端连接避雷器后接地，用于在过电压故障时情况下保护绕组和晶闸管阀组。

①：晶闸管阀组

晶闸管阀组包括反向并联的两个晶闸管；晶闸管的触发延迟角可控范围为90°≤α≤180°；

晶闸管阀组的控制方式包括三相控制和分相控制；

三相控制：指的是同时调整三相绕组中晶闸管阀组的触发延迟角的大小，以改变电抗器的输出容量；

分相控制：指的是单独调整三相绕组的任一相中晶闸管阀组的触发延迟角，以改变电抗器的输出容量。

本实施例中晶闸管采用水冷却的方式散热。

②：旁路断路器

晶闸管阀组的两端并联一个旁路断路器；

A、当晶闸管阀组发生故障时触发旁路断路器闭合，将晶闸管阀组中的电流转移到旁路断路器上，防止损坏晶闸管阀组，同时可以防止故障扩大；

B、当TCT式可控并联电抗器作为线路可控并联电抗器使用时，电力系统发生单相接地故障的暂态过程中，触发旁路断路器闭合，防止故障相电压跌落导致晶闸管阀组无法正常触发，将电抗器的输出容量调节到最大值，抑制潜供电流和过电压；

C、电抗器投入在稳定运行的电力系统中，当不需要容量调节时，可以闭合旁路断路器，晶闸管阀组不工作从而降低电抗器的运行损耗。

(2)补偿绕组

补偿绕组的出线侧连接滤波单元，用于滤除控制绕组连接的晶闸管阀工作时产生的谐波电流。

接滤波单元包括并联电容器组、无源滤波器和有源滤波器；技术人员依据实际工况选用并联电容器组、无源滤波器和有源滤波器中的任意一种。

并联电容器组或无源滤波器用于滤除控制绕组输出的谐波电流，以减少电抗器输出的谐波分量，同时也可向电抗器提供无功补偿，从而扩大电抗器的输出容量范围；

有源滤波器，仅滤除控制绕组输出的谐波电流，以减少电抗器输出的谐波分量。

3、本发明提供的6脉动TCT式可控并联电抗器在其稳态控制过程中，通过改变晶闸管阀组的触发角，实现电抗器输出容量的平滑调节，三绕组结构的TCT式可控并联电抗器与双绕组结构的相似，在没有滤波器投入运行时，会产生5、7、……、6k±1次谐波电流，电流总谐波畸变率达到6％以上，但是基于各绕组安匝平衡原理，通过连接在补偿绕组出线的滤波支路，有效降低了注入一次侧绕组中电流的谐波含量，减少了谐波电流在一次绕组的损耗和发热。

二、本发明提供的6脉动TCT式可控并联电抗器的工作过程为：

6脉动TCT式可控并联电抗器通过改变晶闸管阀的触发角，实现输出容量的平滑调节。基于本体各绕组安匝平衡原理，通过连接在补偿绕组出线的滤波支路，有效降低了注入网侧绕组中电流的谐波含量；当晶闸管阀组出现故障时，保护流程动作，合旁路断路器，旁路阀组。

在系统发生故障时，调节晶闸管阀触发角，同时触发旁路断路器的闭合，使6脉动TCT式可控并联电抗器容量迅速调节至最大，抑制潜供电流和过电压，提高重合闸成功率。系统暂态过程结束后，6脉动TCT式可控并联电抗器回复到稳态控制过程。

由于具有快速平滑调节无功功率的特点，该6脉动TCT式可控并联电抗器可作为可控并联电抗器或SVC应用：

(1)作为可控并联电抗器时，适用于超/特高压输电长线路的中间开关站，特别是新能源大规模集中接入；

(2)作为SVC应用时，在超/特高压输电长线路中间开关站以及直流输电送端、受端交流变电站，提升交流输电系统的输送能力，改善直流输电送、受端电网电压稳定性，缩短直流输电换相失败的恢复时间。在超/特高压输电长线路中间开关站等安装TCR型SVC需要额外装设变压器的场合可用该6脉动TCT式可控并联电抗器替代TCR型SVC。

(3)将6脉动TCT式可控并联电抗器应用在风电集中送出系统或直流系统时：

根据目前西北风电集中送出系统的统计，风电系统每年约投入1600～1700小时，该段时间内系统电压会随风电送出容量而波动，可调节晶闸管的触发角度调节6脉动TCT式可控并联电抗器的输出容量，从而稳定系统电压；其余时间发电机运行稳定，输电线路输送容量变化不大，6脉动TCT式可控并联电抗器可闭合晶闸管阀的旁路断路器，作为固定并联电抗器使用。

在直流系统稳定运行时，6脉动TCT式可控并联电抗器也可以作为固定并联电抗器使用。作为固定并联电抗器使用时，不需要调节容量，因此晶闸管阀不工作，晶闸管阀中不通过电流，有效降低了6脉动TCT式可控并联电抗器运行中的损耗。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种6脉动TCT式可控并联电抗器，其特征在于，所述电抗器的一次侧绕组为星形联结的三相绕组，并联在电力系统中；所述二次侧绕组包括控制绕组和补偿绕组；所述控制绕组为星形联结的三相绕组，每相绕组的出线侧连接晶闸管阀组；所述补偿绕组为三角形联结的三相绕组，每相绕组的出线侧连接滤波单元；

通过调节晶闸管阀组触发延迟角的大小，改变所述电抗器的输出容量；所述接滤波单元，用于滤除控制绕组连接的晶闸管阀组工作中产生的谐波电流。

2.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，所述晶闸管阀组包括反向并联的两个晶闸管；所述晶闸管的触发延迟角可控范围为90°≤α≤180°；

所述晶闸管阀组的控制方式包括三相控制和分相控制；

所述三相控制为同时调整三相绕组中晶闸管阀组的触发延迟角的大小，以改变所述电抗器的输出容量；所述分相控制为单独调整三相绕组的任一相中晶闸管阀组的触发延迟角，以改变所述电抗器的输出容量。

3.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，所述晶闸管阀组的两端并联一个旁路断路器；当所述晶闸管阀组发生故障时触发所述旁路断路器闭合，将晶闸管阀组中的电流转移到旁路断路器上，防止损坏晶闸管阀组；

当电力系统发生单相接地故障的暂态过程中触发旁路断路器闭合，防止故障相电压跌落导致晶闸管阀组无法正常触发，并将所述电抗器的输出容量调节到最大值，抑制潜供电流和过电压。

4.如权利要求3所述的电抗器，其特征在于，所述电抗器并联在稳定运行的电力系统中时，闭合所述旁路断路器，晶闸管阀组不通过工作电流从而降低电抗器的运行损耗。

5.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，所述滤波单元包括并联电容器组、无源滤波器和有源滤波器；

所述并联电容器组和无源滤波器，滤除所述控制绕组输出的谐波电流，向所述电抗器提供无功补偿，以减少所述电抗器输出的谐波分量，扩大所述电抗器的输出容量范围；

所述有源滤波器，滤除所述控制绕组输出的谐波电流，以减少所述电抗器输出的谐波分量。

6.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，所述一次侧绕组和二次侧绕组中每相绕组的首端连接避雷器后接地，用于在过电压情况下保护绕组和晶闸管阀组。

7.如权利要求1所述的电抗器，其特征在于，所述一次侧绕组的三相中性点直接接地或者连接电抗器后接地；所述控制绕组的三相中性点直接接地。