CN105977972A - 一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，包括换流器、耦合变压器、感性偏移型模块和/或容性偏移型模块；感性偏移型模块与换流器顺次连接后与耦合变压器的一侧绕组并联，耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接；容性偏移型模块与换流器顺次连接后与耦合变压器的一侧绕组并联，耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接；感性偏移型模块包括电抗器单元，容性偏移型模块包括串联的电容器单元和第一开关。与现有技术相比，本发明提供的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，可以用于输电线路或者配电线路中，进行容性或者感性调节，提高线路输送容量，提高系统稳定水平，控制线路潮流，增强系统阻尼，降低成本。

Description

一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置。
背景技术
在输电线路上常采用串联补偿装置来提高系统的稳定输送容量，改善线路电气参数。在长距离输电线路中，可以使用串联电容器来抵消线路电感的影响。由于串联电容器与线路电感串联在一起电流相同，电容器的电压滞后电流90度，电感的电压超前电流90度，因此电容电压就与电感电压正好反向可以互相抵消。从而缩短等效电气距离，提高电网的输电能力和电压稳定性。
利用串联电容器进行线路补偿的方法称为固定串补，具有控制简单，经济性好的特点，但是补偿容量不能灵活调节，参数的不匹配可能引起系统振荡。常规可控串联补偿器是由电抗器、电容器和半控开关器件组成，可以实现串入容抗的控制，但存在绝缘要求高，造价高的问题。静止同步串联补偿器(SSSC)是应用全控器件构成的同步电压源控制器，它主要由换流器、控制器和系统接入设备组成，对于输电系统，由于线路电流等级比较高，SSSC装置通常是通过串联变压器接入到系统中。SSSC向线路串联注入补偿电压，直流侧采用电容器组作为电压支撑元件。SSSC等效为一同步交流电源，当SSSC注入的可控电压与线路电抗上的压降相位相反或相同，可起到类似串联电容或电感的作用。SSSC容性补偿时，线路有功功率随注入电压幅值的增加而增加；感性补偿时有功功率随注入电压幅值增加而减小。因此SSSC可等效为能快速控制线路功率的容性、感性双向可变阻抗，有着优良的控制性能。国外已投运的的可转换静止补偿器(Convertible Static Compensator，CSC)通过开关操作，能够实现SSSC模式运行，因此可以认为国外已有工程实例。纽约电力公司和美国电科院，西门子公司合作，于2004年6月在纽约州Marcy变电站投运了一套CSC装置(345kV，200MVA)，可实现两套容量各为100MVA的SSSC运行模式。
传统电容器、电抗器作为线路串联补偿，灵活性和动作速度都不能满足精确调节的要求；传统可控串补对绝缘要求高，经济性一般；常规静止同步串联补偿器控制功能灵活而卓越，但其在电力系统中推广使用不具备容量和价格优势。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置。
本发明的技术方案是：
所述静止同步串联补偿装置包括换流器、耦合变压器、感性偏移型模块和/或容性偏移型模块；
所述感性偏移型模块与所述换流器顺次连接后与所述耦合变压器的一侧绕组并联，所述耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接，所述的另一侧绕组上并联有第二开关；
所述容性偏移型模块与所述换流器顺次连接后与所述耦合变压器的一侧绕组并联，所述耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接，所述的另一侧绕组上并联有第二开关；
所述感性偏移型模块包括电抗器单元，所述容性偏移型模块包括串联的电容器单元和第一开关。
本发明提供的进一步优选实施例为：
所述电容器单元包括一个电容器或串联的多个电容器；所述电容器包括自动投切开关，所述自动投切开关用于当所述输电线路需要接入所述电容器时断开，不需要接入所述电容器时闭合。
本发明提供的进一步优选实施例为：
所述第一开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中的任一种开关；所述第一开关用于控制所述电抗器单元的投入和退出；
所述第二开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中的任一种开关或并联的任两种开关；所述第二开关用于控制所述耦合变压器的投入和退出。
本发明提供的进一步优选实施例为：所述第一开关和第二开关包括所述电力电子开关时，所述电力电子开关为晶闸管双向开关，该晶闸管双向开关包括反向并联的晶闸管；
所述第一开关的晶闸管双向开关，还用于通过改变其晶闸管的触发角，调整所述电抗器单元的等效阻抗。
本发明提供的进一步优选实施例为：所述第一开关包括的电力电子开关为晶闸管双向开关时，断开第二开关，改变所述晶闸管双向开关中晶闸管的触发角，从而对所述输电线路进行容性补偿或者感性补偿：
当改变所述晶闸管双向开关中晶闸管的触发角后，所述电抗器单元的等效电抗小于所述电容器单元的等效容抗，则所述静止同步串联补偿装置工作在容性补偿模式，对所述输电线路进行容性补偿；
当改变所述晶闸管双向开关中晶闸管的触发角后，所述电抗器单元的等效电抗大于所述电容器单元的等效容抗，则所述静止同步串联补偿装置工作在感性补偿模式，对所述输电线路进行感性补偿。
本发明提供的进一步优选实施例为：所述换流器包括两电平换流器、三电平换流器、二极管钳位型换流器、飞跨电容型换流器、模块化多电平换流器和H桥级联型多电平换流器中的任一种或多种换流器。
与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，可以用于输电线路或者配电线路中，进行容性或者感性调节，提高线路输送容量，提高系统稳定水平，控制线路潮流，增强系统阻尼，解决了现有静止同步串联补偿装置不能连续大范围快速调节的问题，降低了静止同步串联补偿装置成本；
2、本发明提供的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，降低了电抗器和电容器的绝缘等级，提高动态响应性能；同时可以减少电压源换流器的容量。
3、本发明提供的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，电抗器单元可以通过自动投切开关实现电容容量的调节，电抗器单元并联的晶闸管双向开关可以连续调节电抗，从而实现对等效容抗的分级和连续调节，侧重于稳态控制；换流器可以提供连续快速的双向调节能力，侧重于动态控制。
附图说明
图1：本发明实施例中一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置结构示意图；
图2：本发明实施例中另一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置结构示意图；
图3：本发明实施例中电抗器单元与电容器单元的连接示意图；
图4：本发明实施例中换利器的等效阻抗范围示意图；
图5：本发明实施例中一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置的补偿范围示意图；
其中，101：电抗器单元；102：电容器单元；103：换流器；104：耦合变压器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中静止同步串联补偿装置包括换流器、耦合变压器、感性偏移型模块和/或容性偏移型模块。其中，
感性偏移型模块与所述换流器顺次连接后与耦合变压器的一侧绕组并联，耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接，的另一侧绕组上并联有第二开关。容性偏移型模块与换流器顺次连接后与耦合变压器的一侧绕组并联，耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接，的另一侧绕组上并联有第二开关。
感性偏移型模块包括电抗器单元，容性偏移型模块包括串联的电容器单元和第一开关。
下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置进行说明。
图1为本发明实施例中一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置结构示意图，如图所示，本实施例中串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置包括：
电抗器单元101、电容器单元102、换流器103和耦合变压器104。其中，
电抗器单元101与第一开关串联后与电容器单元102并联。
电抗器单元101、第一开关和换流器103顺次连接后与耦合变压器104的一侧绕组并联，耦合变压器104的另一侧绕组与输电线路连接，该另一侧绕组上并联有第二开关。
本发明实施例中电容器单元102包括一个电容器或串联的多个电容器。同时每个电容器包括自动投切开关，用于当输电线路需要接入电容器时断开，不需要接入电容器时闭合。
本发明实施例中第一开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中的任一种开关，该第一开关用于控制电抗器单元的投入和退出。当电力电子开关为晶闸管双向开关，其包括反向并联的晶闸管，还可以通过改变其晶闸管的触发角，调整电抗器单元101的等效阻抗，从而对输电线路进行容性补偿或者感性补偿：
实施例一：当改变晶闸管双向开关中晶闸管的触发角后，电抗器单元101的等效电抗小于电容器单元102的等效容抗，则静止同步串联补偿装置工作在容性补偿模式，对输电线路进行容性补偿。
实施例二：当改变晶闸管双向开关中晶闸管的触发角后，电抗器单元101的等效电抗大于电容器单元102的等效容抗，则静止同步串联补偿装置工作在感性补偿模式，对输电线路进行感性补偿。
本发明实施例中第二开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中的任一种开关或并联的任两种开关，该第二开关用于控制耦合变压器的投入和退出。其中，并联的两种开关可以是断路器与隔离开关并联，断路器与电力电子开关并联，隔离开关与电力电子开关并联。
本发明实施例中换流器103包括两电平换流器、三电平换流器、二极管钳位型换流器、飞跨电容型换流器、模块化多电平换流器和H桥级联型多电平换流器中的任一种或多种换流器。
图2为本发明实施例中优选的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置结构示意图，如图所示，本实施例中电抗器单元101包括一个电抗器L，电容器单元102包括一个电容器C，换流器103为换流器VSC，耦合变压器104为耦合变压器Tse。电抗器L与第一开关串联，电容器C并联在电抗器L与第一开关组成的支路两端，电抗器L、第一开关和电容器C组成的混联支路与换流器VSC串联后并联在耦合变压器Tse的一侧绕组两端，耦合变压器Tse的另一侧绕组连接于系统1和系统2之间的输电线路中，该绕组两端并联有第二开关。
图3为本发明实施例中优选的电抗器单元101与电容器单元102的连接示意图，如图所示，本实施例中电抗器单元101包括一个电抗器，电容器单元包括一个电容器，第一开关为晶闸管双向开关。电抗器与晶闸管双向开关串联后再与电容器并联，避雷器MOV和机械开关S分别与电容器并联。其中，机械开关S用于在电抗器单元101或者电容器单元102发生故障时旁路电抗器单元101和电容器单元102.
图4为本发明实施例中换流器的等效阻抗范围示意图，如图所示，本实施例中换流器103通过调节输出电压与流过输电线路的电流幅值、相角关系，可以得到换流器103在直流侧无储能环节时的等效阻抗范围为[-Xinv，+Xinv]，若设定容性补偿为正向补偿，则容性补偿的等效阻抗范围为[0，+Xinv]，感性补偿的等效阻抗范围为[-Xinv，0]。
图5为本发明实施例中串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置的补偿范围示意图，如图所示，该串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置包括容性补偿模式和感性补偿模式：
一、容性补偿模式
本实施例中设定电容器单元102的容抗为Xc，换流器103在直流侧无储能环节时的等效阻抗范围为[-Xinv，+Xinv]，且容性补偿为正向补偿，则容性补偿模式下串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置在装置侧的补偿范围为[Xc-Xinv，Xc+Xinv]。
本实施例中第一开关的晶闸管触发角尅连续调节，还可以调节换流器103串入的阻抗，换流器103具有更快的响应速度，可用于增强系统阻尼，进一步提高系统的动态响应能力。通过投入不同的电抗器容量，可以得到容抗Xc，，使得该串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置在分级调节的同时实现动态调节，具有更大的动态调节范围。
二、感性补偿模式
本实施例中设定电抗器的容抗为XL，换流器103在直流侧无储能环节时的等效阻抗范围为[-Xinv，+Xinv]，且容性补偿为正向补偿，则感性补偿模式下串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置在装置侧的补偿范围为[XL-Xinv，XL+Xinv]。
本实施例中若输电线路出线故障，为了降低输电线路的短路电流，减少避雷器吸收的能量，则控制第一开关中晶闸管全部导通，同时也可以快速调节换流器103串入的阻抗值，提高系统的动态响应能力。当实现容性补偿模式向感性补偿模式的动态调节时，串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置在装置侧的补偿范围为[-XL-Xinv，Xc+Xinv]。
下面对本发明实施例优选的串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置的工作过程进行说明：
1、串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置未接入系统
串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置接入系统之前，第二开关闭合，换流器103和第一开关的晶闸管双向开关闭锁，串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置处于旁路状态，不对系统的运行状态造成任何影响。
2、串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置接入系统
串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置根据上层调度指令和实际运行工况确定需要补偿的阻抗值。在长距离输电线路的电抗较大时，需要运行在容性补偿模式，补偿输电线路的电抗，降低传输损耗。当输电线路由于短路故障或者负载增加、并行线路跳闸等原因导致过载，需要运行在感性阻抗补偿模式，限制电流幅值。通过调节第一开关中晶闸管双向开关的晶闸管触发角，使得串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置工作在容性补偿模式或者感性补偿模式，同时根据系统阻尼调节的组要控制换流器103的运行，提高系统动态响应。
本发明实施例中串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置在系统故障或装置故障时的保护措施主要包括：
1、在系统侧发生故障时，例如线路发生单相接地故障或者线路过流时，为保护串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，需要将第二开关闭合，退出换流器103的运行。
2、在换流器103内部发生故障时，需要将换流器103的开关器件触发脉冲闭锁，并将第二开关闭合，退出换流器103的运行，此时电抗器单元101和电容器单元103仍可以进行容性补偿或者感性补偿。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。同时，本发明濒危标注用于保护电容器、耦合变压器、换流器及其开关装置的避雷器、间隙等设备，不表示装置设计制造和工程实际实施时，不存在这些设备。实际工程实施时，会有许多本实施例附图中并未标注的隔离刀闸、断路器、电流测量设备、电压测量设备，不表示工程实际实施时，不存在这些设备。
本发明实施例中串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，可以用于输电线路或者配电线路中，进行容性或者感性调节，提高线路输送容量，提高系统稳定水平，控制线路潮流，增强系统阻尼，解决了现有静止同步串联补偿装置不能连续大范围快速调节的问题，降低了静止同步串联补偿装置成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，其特征在于，所述静止同步串联补偿装置包括换流器、耦合变压器、感性偏移型模块和/或容性偏移型模块；
所述感性偏移型模块与所述换流器顺次连接后与所述耦合变压器的一侧绕组并联，所述耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接，所述的另一侧绕组上并联有第二开关；
所述容性偏移型模块与所述换流器顺次连接后与所述耦合变压器的一侧绕组并联，所述耦合变压器的另一侧绕组与输电线路连接，所述的另一侧绕组上并联有第二开关；
所述感性偏移型模块包括电抗器单元，所述容性偏移型模块包括串联的电容器单元和第一开关。
2.如权利要求1所述的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，其特征在于，
所述电容器单元包括一个电容器或串联的多个电容器；所述电容器包括自动投切开关，所述自动投切开关用于当所述输电线路需要接入所述电容器时断开，不需要接入所述电容器时闭合。
3.如权利要求1所述的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，其特征在于，
所述第一开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中的任一种开关；所述第一开关用于控制所述电抗器单元的投入和退出；
所述第二开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中的任一种开关或并联的任两种开关；所述第二开关用于控制所述耦合变压器的投入和退出。
4.如权利要求3所述的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，其特征在于，所述第一开关和第二开关包括所述电力电子开关时，所述电力电子开关为晶闸管双向开关，该晶闸管双向开关包括反向并联的晶闸管；
所述第一开关的晶闸管双向开关，还用于通过改变其晶闸管的触发角，调整所述电抗器单元的等效阻抗。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，其特征在于，所述第一开关包括的电力电子开关为晶闸管双向开关时，断开第二开关，改变所述晶闸管双向开关中晶闸管的触发角，从而对所述输电线路进行容性补偿或者感性补偿：
当改变所述晶闸管双向开关中晶闸管的触发角后，所述电抗器单元的等效电抗小于所述电容器单元的等效容抗，则所述静止同步串联补偿装置工作在容性补偿模式，对所述输电线路进行容性补偿；
当改变所述晶闸管双向开关中晶闸管的触发角后，所述电抗器单元的等效电抗大于所述电容器单元的等效容抗，则所述静止同步串联补偿装置工作在感性补偿模式，对所述输电线路进行感性补偿。
6.如权利要求1所述的一种串补与换流器结合的静止同步串联补偿装置，其特征在于，所述换流器包括两电平换流器、三电平换流器、二极管钳位型换流器、飞跨电容型换流器、模块化多电平换流器和H桥级联型多电平换流器中的任一种或多种换流器。
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