CN104578103A - 一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，包括至少一条与直流母线连接的励磁支路；励磁支路包括依次连接的交流电源端子、励磁变压器、切换单元和励磁整流器；励磁整流器接入直流母线后与电抗器的控制绕组连接；切换单元，用于调整励磁变压器与励磁整流器的连接方式，以切换励磁电路的正常工作模式和快速调节模式。与现有技术相比，本发明提供的一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，有效减小励磁变压器和励磁系统的整体容量，适应于快速、频繁调节的电力系统或工业用户。

Description

一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路

技术领域

本发明涉及一种电抗器励磁电路，具体涉及一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路。

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调节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。可控并联电抗器不仅能随着线路传输容量的变化而自动调节自身的容量，而且当线路轻载时，一旦发生暂态过程，它会迅速将容量调节至最大值，限制故障引起的工频过电压，提高系统的暂态稳定性。同时，对于系统的各种震荡也可起到一定的抑制作用，在一定程度上提高了系统的动态稳定性。其工作原理为：在系统正常的情况下，通过调节可控并联电抗器的容量可以达到无功和电压调节的目的，在系统暂态(如接地故障)时，配合合适的中性点小电抗，可以抑制工频过电压和潜供电流，提高重合闸成功率，保证系统的安全稳定运行，可控并联电抗器的这些作用可有效提高电网的运行效益，其还具有提高线路输送能力、提升电网稳定水平、减少电网损耗等作用。现今，在特高压输电中，可控并联电抗器的作用将更加明显。

磁控型可控并联电抗器是在工程中应用的可控并联电抗器主要类型之一，主要包括磁控型可控并联电抗器本体(magnetically controlled shunt reactor，MCSR)、励磁系统、控制系统等部分。通过改变直流励磁电流的大小，改变电抗器铁心的磁饱和程度，可连续平稳调整其电抗值，从而连续平稳调节系统无功。一般情况下磁控型可控并联电抗器正常工作时的调节速度较慢，快速励磁电路可以将正常工作时磁控型可控并联电抗器容量调节的速度大大提高，满足电力系统对快速静态无功调节的需求。配置快速励磁的磁控型的可控并联电抗器作用如下：

(1)在电网正常运行时，磁控型可控并联电抗器容量可根据线路所传输的功率自动平滑调节，以稳定其电压水平。此外，在线路传输大功率时，若出现末端三相跳闸甩负荷的情况处于接近空载状态，可控电抗器可通过快速励磁系统迅速将电抗器容量调整到所需值，以限制工频过电压。

(2)由于磁控型可控并联电抗器的补偿作用使得空载线路的工频电压得以抑制，从而降低了系统的操作过电压水平。由于磁控型可控并联电抗器具备较强的过电压和过负荷能力，可有效限制线路计划性合闸、重合闸、故障解列等的操作过电压。

(3)根据线路带载情况，磁控型可控并联电抗器可快速灵活平滑调节自身无功出力，是输电电网理想的无功补偿设备。

(4)在采用单向重合闸的线路中，可降低线路单向接地时的潜供电流，可以提高单向重合闸的成功率。

(5)对电网运行中负荷的冲击和波动，可以起到无功功率动态平衡和电压波动的动态抑制，减少开关的操作，从而减少开关设备的维护和保养，节省运行和维护费用，并延长设备的使用寿命。

(6)可以根据线路的荷载连续平滑调节自身的容量，能够提高线路输电能力，提高系统的电压质量、降低系统网损。并可省去低压无功补偿设备，从而简化了系统、减少了投资，也避免了相应设备投切产生的对电网的冲击和操作过电压对系统设备寿命的影响，提高了电网的安全性。

(7)如采用快速调节，在系统发生扰动时，可以根据母线电压或线路功率调节其无功容量，通过抑制电压振荡来抑制系统的功率振荡。

综上，需要提供一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，以满足超高压及特高压电网交流电网的应用需求。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，所述电路包括至少一条与直流母线连接的励磁支路；所述励磁支路包括依次连接的交流电源端子、励磁变压器、切换单元和励磁整流器；所述励磁整流器接入直流母线后与所述电抗器的控制绕组连接；

所述切换单元，用于调整所述励磁变压器与励磁整流器的连接方式，以切换所述磁控型可控并联电抗器励磁电路的正常工作模式和快速调节模式。

优选的，所述交流电源端子与所述电抗器的辅助绕组连接，以获取励磁电路工作的交流电能；

优选的，所述交流电源端子直接与外部电源连接；

优选的，所述励磁变压器包括第一变压器、第二变压器和第三变压器；每条励磁支路的励磁变压器采用所述第一变压器、第二变压器和第三变压器中的任一种；

优选的，所述第一变压器包括一个高压绕组，以及两个低压绕组；一个低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于正常工作模式时的绕组，另一个低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于快速调节模式时的绕组；

所述第二变压器包括一个高压绕组，以及一个低压绕组；所述低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于正常工作模式时的绕组；

所述第三变压器包括一个高压绕组，以及一个低压绕组；所述低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于快速调节模式时的绕组；

优选的，所述励磁变压器的配置方式包括：

配置方式一：所述电路包括至少一个第一变压器；

配置方式二：所述电路包括至少一个第二变压器和一个第三变压器；

配置方式三：所述电路包括至少一个第一变压器和一个第二变压器，以及

配置方式四：所述电路包括至少一个第一变压器和一个第三变压器；

优选的，所述切换单元包括第一切换单元和第二切换单元；

所述第一切换单元包括用于切断和接通电气连接的电气开关A、电气开关B和电气开关C；所述电气开关A连接于第一变压器的一个低压绕组与励磁整流器之间，所述电气开关B连接于所述第一变压器的另一个低压绕组与励磁整流器之间，所述电气开关C的一端连接于电气开关A与励磁整流器之间，另一端连接于电气开关B与励磁整流器之间；

所述第二切换单元包括连接于所述励磁变压器和励磁整流器之间的导线；

优选的，将所述切换单元中的电气开关均替换为联板；所述电气开关采用断路器、隔离开关、接触器、负荷开关和固态开关中的任一种；

优选的，所述励磁变压器与切换单元的连接方式包括：

第一变压器与第一切换单元相连；

第二变压器与第二切换单元相连，以及

第三变压器与第二切换单元相连；

优选的，当所述励磁变压器中用于正常工作的低压绕组通过切换单元与励磁整流器连接时，所述电路工作于为正常工作模式；当所述励磁变压器中用于快速调节的低压绕组通过切换单元与励磁整流器连接时，所述电路工作于为快速调节模式。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，包括正常工作模式和快速调节功能模式，将正常运行和快速调节在两个励磁变压器绕组上实现，有效减小励磁变压器和励磁系统的整体容量；

2、本发明提供的一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，交流电源接入形式、励磁变压器绕组配置形式、切换单元形式有多种，可灵活组合，适应不同场合、不同可靠性要求，便于得到最优配置和最优性价比；

3、随着电力系统能源结构多样化，风电、光伏等新能源大规模接入，直流输电、柔性交流输电等大量电力电子设备应用，冲击、波动性工业负荷大量增加，电力系统特别是输电通道无功波动频繁，无功电压控制困难，对磁控型可控并联电抗器的调节速度和工作灵活性要求很高。本发明提供的一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路适合于频繁调节，例如西北750kV输电通道和特高压输电系统，另外也适用于对调节速度要求高的工业用户，有较好的工程实用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路示意图A；

图2：本发明实施例中一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路示意图B；

图3：本发明实施例中一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路示意图C；

图4：磁控型可控并联电抗器的结构示意图；

图5：本发明实施例中切换单元结构示意图A；

图6：本发明实施例中切换单元结构示意图B；

图7：本发明实施例中切换单元结构示意图C；

图8：本发明实施例中切换单元结构示意图D；

图9：本发明实施例中切换单元结构示意图E；

图10：本发明实施例中切换单元结构示意图F；

图11：本发明实施例中切换单元结构示意图G。

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。

磁控型可控并联电抗器是通过改变铁芯的饱和程度来实现电抗值调节的并联电抗器，包括磁控型可控并联电抗器本体、励磁系统、滤波器和控制保护系统等部分。如图4所示，电抗器本体包含网侧绕组、控制绕组，根据情况也可能会配置有辅助绕组。其中，滤波器可以依据不同工况要求添加或不添加。

①：电抗器本体的网侧绕组是与电网直接相连的绕组；

②：电抗器本体的控制绕组是与可控并联电抗器调节控制装置连接的绕组，通过改变流过该绕组的电流来实现可控并联电抗器阻抗调节；

③：电抗器本体辅助绕组是具备连接滤波器或者为调节控制装置提供电源等辅助功能的绕组。

励磁系统的输入可以连接辅助绕组，或连接其它外部电源；励磁系统的输出连接控制绕组。

本发明提供的一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，即励磁系统的电路，当正常运行时，切换到励磁变压器正常工作时的低压绕组运行，容量平滑调节，速度满足系统稳态调节的要求，对系统无冲击；当系统发生暂态故障、开关投退或其它暂态过程时，切换到励磁变压器快速调节时的低压绕组运行，实现容量的快速阶跃调节，从而有效抑制工频过电压、操作过电压，配合中性点电抗器限制潜供电流，抑制系统震荡。

如图1-图3所示，本实施例中该励磁电路包括至少一条与直流母线连接的励磁支路；励磁支路包括依次连接的交流电源端子、励磁变压器、切换单元和励磁整流器；励磁整流器接入直流母线后与电抗器的控制绕组连接。

一、励磁变压器

1、励磁变压器包括第一变压器、第二变压器和第三变压器；每条励磁支路的励磁变压器采用上述第一变压器、第二变压器和第三变压器中的任一种。

其中，第一变压器包括设置在一个高压绕组，以及两个低压绕组，其中一个低压绕组用于正常工作，另一个低压绕组用于快速调节；即一个低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于正常工作模式时的低压绕组，如图1-图3所示；另一个低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于快速调节模式时的低压绕组，如图1-图3所示；

第二变压器包括一个高压绕组，以及一个低压绕组，该低压绕组用于正常工作，即为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于正常工作模式时的绕组；

第三变压器包括一个高压绕组，以及一个低压绕组，该低压绕组用于快速调节，即为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于快速调节模式时的绕组；

2、本实施例中励磁变压器的配置方式包括：

方式一：励磁电路包括至少一个第一变压器，如图1所示；

方式二：励磁包括至少一个第二变压器和一个第三变压器，如图2所示；

方式三：励磁包括至少一个第一变压器和第二变压器，如图3所示；

方式四：励磁包括至少一个第一变压器和第三变压器。

即本电路中至少应含有一个励磁变压器的用于正常工作的低压绕组和一个励磁变压器的用于快速调节的低压绕组。

二、切换单元

1、切换单元，用于调整励磁变压器与励磁整流器的连接方式，以切换电抗器的正常工作模式和快速调节模式。当励磁变压器正常工作的低压绕组通过切换单元与励磁整流器连接时，励磁电路工作于为正常工作模式；当励磁变压器快速调节的低压绕组通过切换单元与励磁整流器连接时，励磁电路工作于为快速调节模式。

2、切换单元包括第一切换单元和第二切换单元；

第一切换单元包括电气开关A、电气开关B和电气开关C；电气开关A和电气开关B分别连接于励磁变压器和励磁整流器之间，电气开关C的一端连接于电气开关A与励磁整流器之间，另一端连接于电气开关B与励磁整流器之间；电气开关采用断路器、隔离开关、接触器、负荷开关、固态开关中的任一种。如图5所示，D11、D12和D13分别为断路器A、断路器B和断路器C，如图6所示，D21、D22和D23分别为隔离开关A、隔离开关B和隔离开关C，如图7所示，D31、D32和D33分别为接触器A、接触器B和接触器C，如图8所示，D41、D42和D43分别为负荷开关A、负荷开关B和负荷开关C，如图9所示，D51、D52和D53分别为固态开关A、固态开关B和固态开关C；

第二切换单元包括连接于励磁变压器和励磁整流器之间的导线D7，如图11所示。

本实施例中切换单元中的电气开关均替换为联板。其中，图10示出了将电气开关替换为联板的第一切换单元，D61、D62和D63均为联板。

3、励磁变压器与切换单元的连接方式包括：

①：第一变压器与第一切换单元相连，如图1和图3所示；

②：第二变压器与第二切换单元相连，如图2和3所示；

③：第三变压器与第二切换单元相连，如图2所示。

三、交流电源端子

用于给励磁电路供电，包括两种连接方式：

①：与电抗器的辅助绕组连接，通过自取能形式获取励磁电路工作的交流电能；

②：直接与外部电源连接，通过外取能形式以获取励磁电路工作的交流电能。

四、本实施例中磁控型可控并联电抗器励磁电路的工作过程为：

1、当励磁变压器同时具有正常工作的低压绕组和快速调节的低压绕组时，

如图1所示，断开切换单元中的D13，合上切换单元中的D11、D12，励磁变压器正常工作的低压绕组和快速调节的低压绕组分别连接励磁整流器，调节正常工作的低压绕组和快速调节的低压绕组连接的励磁整流器就可以实现正常工作和快速调节之间的切换。

2、当励磁变压器只具有正常工作的低压绕组或只具有快速调节的低压绕组时，

如图2所示，1#励磁变压器只有用于正常工作的低压绕组，2#励磁变压器只有用于快速调节的低压绕组，这时切换单元为直联的导线，调节正常工作的低压绕组和快速调节的低压绕组连接的励磁整流器就可以实现正常工作和励磁之间的切换。

3、情况1和情况2的组合形式的工作过程：

如图3所示，1#励磁变压器和2#励磁变压器同时具有用于正常工作和快速调节的低压绕组，3#励磁变压器只具有用于正常工作的低压绕组，此时调节正常工作的低压绕组和快速调节的低压绕组连接的励磁整流器也相应组合进行，实现正常工作和励磁之间的切换。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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 (10)

1.一种具备快速调节功能的磁控型可控并联电抗器励磁电路，其特征在于，所述电路包括至少一条与直流母线连接的励磁支路；所述励磁支路包括依次连接的交流电源端子、励磁变压器、切换单元和励磁整流器；所述励磁整流器接入直流母线后与所述电抗器的控制绕组连接；

所述切换单元，用于调整所述励磁变压器与励磁整流器的连接方式，以切换所述磁控型可控并联电抗器励磁电路的正常工作模式和快速调节模式。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述交流电源端子与所述电抗器的辅助绕组连接，以获取励磁电路工作的交流电能。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述交流电源端子直接与外部电源连接。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述励磁变压器包括第一变压器、第二变压器和第三变压器；每条励磁支路的励磁变压器采用所述第一变压器、第二变压器和第三变压器中的任一种。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一变压器包括一个高压绕组，以及两个低压绕组；一个低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于正常工作模式时的绕组，另一个低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于快速调节模式时的绕组；

所述第二变压器包括一个高压绕组，以及一个低压绕组；所述低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于正常工作模式时的绕组；

所述第三变压器包括一个高压绕组，以及一个低压绕组；所述低压绕组为磁控型可控并联电抗器励磁电路处于快速调节模式时的绕组。

6.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述励磁变压器的配置方式包括：

配置方式一：所述电路包括至少一个第一变压器；

配置方式二：所述电路包括至少一个第二变压器和一个第三变压器；

配置方式三：所述电路包括至少一个第一变压器和一个第二变压器，以及

配置方式四：所述电路包括至少一个第一变压器和一个第三变压器。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述切换单元包括第一切换单元和第二切换单元；

所述第一切换单元包括用于切断和接通电气连接的电气开关A、电气开关B和电气开关C；所述电气开关A连接于第一变压器的一个低压绕组与励磁整流器之间，所述电气开关B连接于所述第一变压器的另一个低压绕组与励磁整流器之间，所述电气开关C的一端连接于电气开关A与励磁整流器之间，另一端连接于电气开关B与励磁整流器之间；

所述第二切换单元包括连接于所述励磁变压器和励磁整流器之间的导线。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，将所述切换单元中的电气开关均替换为联板；所述电气开关采用断路器、隔离开关、接触器、负荷开关和固态开关中的任一种。

9.如权利要求4或7所述的电路，其特征在于，所述励磁变压器与切换单元的连接方式包括：

第一变压器与第一切换单元相连；

第二变压器与第二切换单元相连，以及

第三变压器与第二切换单元相连。

10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述励磁变压器中用于正常工作的低压绕组通过切换单元与励磁整流器连接时，所述电路工作于为正常工作模式；当所述励磁变压器中用于快速调节的低压绕组通过切换单元与励磁整流器连接时，所述电路工作于为快速调节模式。