CN107565577B - 气体管切换的柔性交流电传输系统 - Google Patents

气体管切换的柔性交流电传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无功伏安补偿器电路(128)。所述无功伏安补偿器电路包括气体管开关(500；606，608)和电抗性阻抗(124)。气体管开关被配置成联接到传输线路(102，104，106；404，406，408)。传输线路被配置成在交流电线电压下将有功功率和无功功率输送至负载(108；402)。电抗性阻抗被配置成在交流电线电压下通过气体管开关联接到传输线路。电抗性阻抗被配置成改变配置成输送至负载的无功功率。

Description

气体管切换的柔性交流电传输系统
关于联邦出资研究和开发的声明
本发明按照美国能源部授予的DE-AR0000298号合同在政府支持下进行。美国政府在本发明中享有一定权利。
技术领域
本发明公开的领域大体上涉及柔性交流电传输系统(FACTS，flexiblealternating current transmission systems)，并且更具体地涉及气体管切换的FACTS和使用方法。
背景技术
许多已知的电负载包括有功分量和无功分量两者。例如且非限制地例如，电动马达为感应负载，其中感应线圈通电以使转子旋转。有功功率有利于做功的性能，例如，驱动电动马达上的机械负载，而无功功率由于传输的电压和传输的电流之间的相位差而有利于功率的存储。有功功率P通常用瓦特表示。无功功率Q通常用无功伏安(var，voltage-amperereactive)表示。视在功率是有功功率和无功功率的向量和，并可计算为电路的电压和电流的乘积。视在功率S相应地表示为伏安(VA)。
已知的功率传输系统将电能通过传输线路输送至电负载。输送的功率的质量通过功率因数来表征，功率因数被定义为有功功率与视在功率的比率，即，P∶S。对于纯电阻性负载，功率因数为一，即，1∶1。对于纯电抗性负载，功率因数为零，即，0∶1。低功率因数通常指示低效的功率传输，因为伴随的电抗性负载需求增加了视在功率以实现所需的有功功率，从而导致由电流水平增加引起的热损耗的增加。反之，在传输系统中过低的无功功率可降低变压器和传输线路的性能，从而导致较差的电压调整率、较低的电压崩溃裕度或较差的功率流。
一些已知的功率传输系统包括一个或多个var补偿器，以通过将附加的无功功率供应至系统而提高功率传输质量和效率，从而改善功率因数、电压调整率、电压稳定性和功率流。已知的var补偿器通常包括电感或电容，其通过一个或多个开关联接到传输线路。一些已知的var补偿器中的电感或电容包括固定的无源电容器或电感器。在其它已知的var补偿器中，电感或电容包括功率电子设备或固定的无源设备与功率电子器件的组合。当连接和通电时，电感作为无功电流源操作，而电容作为无功电压源操作。在高电压功率传输系统中，var补偿器通常利用多个串联的设备来实现所需效应。类似地，用于高电压功率传输系统的var补偿器通常需要变压器在传输线路和var补偿器的各种设备之间进行交接。因此，为给定的功率传输系统选择var补偿器通常包括高阻断电压、低传导损耗和低切换损耗的平衡。
发明内容
在一方面，提供了一种无功伏安补偿器电路，包括：气体管开关，其被配置成联接到传输线路，所述传输线路被配置成在交流电线电压下将有功功率和无功功率输送至负载；以及电抗性阻抗，其被配置成在所述交流电线电压下通过所述气体管开关联接到所述传输线路，所述电抗性阻抗被配置成改变配置成输送至所述负载的所述无功功率。
进一步地，所述气体管开关和所述电抗性阻抗被配置成与所述传输线路串联联接。
进一步地，所述气体管开关和所述电抗性阻抗被配置成相对于所述传输线路在分路电路中联接。
进一步地，所述气体管开关被配置成由控制器根据所述传输线路的测量线电压和测量电流中的至少一者来控制。
进一步地，所述气体管开关还被配置成以至少500赫兹的切换频率来控制。
进一步地，所述交流电线电压为至少100千伏。
进一步地，所述电抗性阻抗包括电感器，所述电感器被配置成产生在相位上滞后于所述交流电线电压的电流。
在另一方面，提供了一种无功伏安补偿器电路，包括：气体管切换网络，其被配置成联接在第一传输线路和电抗性阻抗之间，所述第一传输线路被配置成在交流电线电压下将有功功率和无功功率输送至负载，所述电抗性阻抗被配置成改变配置成输送至所述负载的所述无功功率，所述气体管切换网络包括至少一个气体管开关；以及控制器，其联接到所述气体管切换网络，所述控制器被配置成将所述至少一个气体管开关选择性地换向，以将所述电抗性阻抗联接到所述第一传输线路和将所述交流电线电压施加到所述电抗性阻抗。
进一步地，所述第一传输线路包括三个相位，并且所述电抗性阻抗包括三个电抗性阻抗，并且其中，所述气体管切换网络还包括三个气体管开关，所述三个气体管开关分别联接在所述第一传输线路的所述三个相位和所述三个电抗性阻抗之间。
进一步地，所述三个气体管开关被配置成将所述相应的电抗性阻抗选择性地联接到所述第一传输线路。
进一步地，所述控制器还被配置成根据所述第一传输线路的测量的交流电线电压和测量的交流电线电流将所述至少一个气体管开关选择性地换向。
进一步地，还包括：电压传感器，其联接到所述第一传输线路和所述控制器，所述电压传感器被配置成检测所述测量的交流电线电压；以及电流传感器，其联接到所述第一传输线路和所述控制器，所述电流传感器被配置成检测所述测量的交流电线电流。
进一步地，所述控制器还被配置成：计算在所述测量的交流电线电压和所述测量的交流电线电流之间的相位差；并且根据所述相位差选择性地调节所述气体管切换网络。
进一步地，所述气体管切换网络还联接在所述电抗性阻抗和第二传输线路之间，并且其中，所述控制器还被配置成调节所述气体管切换网络以将由所述电抗性阻抗生成的无功功率和所述传输线路上存在的有功功率传递至所述第二传输线路。
在又一方面，提供了一种柔性交流电传输系统，包括：传输线路，其联接在功率源和负载之间，所述传输线路被配置成在交流电线电压下将有功功率和无功功率输送至所述负载；气体管切换网络，其联接到所述传输线路，所述气体管切换网络包括多个气体管开关；制器，其联接到所述气体管切换网络，所述控制器被配置成根据测量的交流电线电压和测量的交流电线电流来调节所述多个气体管开关；以及电抗性阻抗，其被配置成在所述交流电线电压下通过所述气体管切换网络联接到所述传输线路，所述电抗性阻抗被配置成生成附加的无功功率。
进一步地，所述电抗性阻抗包括至少一个固定电容和至少一个固定电感。
进一步地，所述多个气体开关各自可操作用于在超过100千伏的电压下切换。
进一步地，所述控制器还被配置成：检测在所述传输线路上的电流谐波；并且调节所述气体管切换网络，使得所述附加的无功功率包括所述电流谐波的反相，从而抵消所述传输线路上的所述电流谐波。
进一步地，所述控制器还被配置成将所述多个气体管开关以至少500赫兹的切换频率换向。
进一步地，所述控制器还被配置成：调节所述多个气体管开关以生成所述附加的无功功率；并且随后调节所述多个气体管开关以根据所述传输线路的第二测量的交流电线电压和第二测量的交流电线电流来改变所述附加的无功功率。
附图说明
当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本发明公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有图中类似的标记表示类似的部件，在附图中：
图1是示例性柔性AC传输系统(FACTS)的框图；
图2是备选的FACTS的框图；
图3是另一个备选的FACTS的框图；
图4是又一个备选的FACTS的框图；
图5是用于在图1-4的FACTS中使用的示例性气体管开关的示意图；以及
图6是用于在图1-4的FACTS中使用的备选的气体管开关的示意图。
除非另外指明，本说明书所提供的附图用来示出本发明公开的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本发明公开的一个或多个实施例的各式各样的系统。因此，附图并不意图包括实施本说明书所公开的实施例所需的本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，引用了具有以下含义的多个术语。
单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文明确地另外指定。
“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情形可以发生或可以不发生，并且该描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
如在整个说明书和权利要求中所用的近似语言可用于修饰任何定量表示，这些定量表示可容许变化而不会导致其相关的基本功能变化。因此，由诸如“约”、“大约”和“基本上”的用语或多个用于修饰的值不限于指定的确切值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或可互换，这种范围是确定的且包括其中所含的全部子范围，除非上下文或语言作出其它表示。
一些实施例涉及使用一个或多个电子设备或计算设备。这样的设备通常包括处理器、处理设备或控制器，例如，通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)设备、和/或能够执行本说明书所述功能的任何其它电路或处理设备。本说明书所述方法可被编码为嵌入非限制性地包括存储设备和/或存储器设备的计算机可读介质内的可执行指令。当由处理设备执行时，这样的指令导致处理设备执行本说明书所述方法的至少一部分。以上示例仅为示例性的，并且因此不打算以任何方式限制术语处理器、处理设备和控制器的定义和/或含义。
在本说明书所述实施例中，存储器可包括但不限于诸如随机存取存储器(RAM)的计算机可读介质和诸如闪存的计算机可读非易失性介质。备选地，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁性光盘(MOD)和/或数字多用盘(DVD)。另外，在本说明书所述实施例中，附加的输入通道可以是但不限于与诸如鼠标和键盘的操作者接口相关联的计算机外围设备。备选地，也可以使用其它计算机外围设备，其可包括例如且非限制地例如扫描仪。而且，在示例性实施例中，附加的输出通道可包括但不限于操作者接口监视器。
本发明公开的实施例涉及柔性交流电传输系统(FACTS)。本说明书所述FACTS提供了气体管切换的补偿器，该补偿器改善了传输线路的功率因数、电压调整率、电压稳定性和功率流。气体管切换提供高的额定电压，这消除了对与补偿电路一致的变压器的需求。气体管切换提供低的切换损耗，从而有利于在高的切换频率下操作以改善对传输线路上的谐波的过滤。本说明书所述FACTS包括在传输线路和诸如电容器或电感器的电抗性阻抗之间的至少一个气体管开关。在本说明书所述一些FACTS中，气体管开关的网络提供完全可控的无功伏安(var)补偿，包括高频率的接通和断开能力、断开电流流的能力以及双向电压和电流阻断。
图1是示例性FACTS 100的框图。FACTS 100包括传输线路102、104和106，其将有功功率和无功功率输送至负载108。负载108包括消耗AC功率的任何电负载，包括例如且非限制地例如马达、照明、家用电器、放大器、变压器、AC/DC转换器、储能设备、螺线管、加热元件、医疗设备、工业设备和其它电子电路。出于描述FACTS 100的目的，负载108由有功负载部件和无功负载部件来表征。输送至负载108的功率由功率源110、112和114提供。功率源110、112和114包括任何合适的电功率源，包括例如且非限制地例如：DC功率源，例如，蓄电池和太阳能电池，结合一个或多个DC-AC功率变换设备；和AC功率源，例如，由风力涡轮机、蒸汽涡轮机和燃气涡轮机转动的发电机。功率源110、112和114分别将AC功率传输到传输线路102、104和106上。在某些实施例中，功率源110、112和114包括各种功率电子器件，以将生成的功率变换至传输线路102、104和106的线电压。这样的功率电子器件包括例如且非限制地例如变压器和功率变换器。
FACTS 100被配置为三相传输系统，其中由功率源110、112和114中的每一个生成的AC功率彼此异相。传输线路102、104和106中的每一个传导单个相位，通常称为相位A、B和C。在备选实施例中，FACTS 100包括适合将功率输送至负载108的任意多个相位。例如且非限制地例如，FACTS 100可包括单个相位。在其它实施例中，FACTS 100可包括六个相位。
由功率源110、112和114传输到传输线路102、104和106上的AC功率在线电压和线频率下传输。线电压涵盖了从几分之一伏至几十万伏的范围，视应用而定。高电压传输线路在超过10，000伏的线电压下操作。一些高电压传输线路在超过100，000伏的线电压下操作。由传输线路102、104和106传导的线电流范围直至几千安培。线频率变化，尽管不像线电压那样幅度大。例如，在美国，线频率通常为60赫兹。其它国家使用50赫兹的线频率。例如，在许多飞行器上，400赫兹的传输线路是通用的。
负载108汲取一些量的视在功率S，其用伏安(VA)来表示。视在功率是由负载108的有功部件汲取的用瓦特表示的有功功率P和由负载108的无功部件汲取的用var表示的无功功率Q的组合。FACTS 100包括传感器116、118和120，其被配置成测量传输线路102、104和106的相应的电压和电流。传感器116、118和120包括例如且非限制于电压传感器和电流传感器。FACTS 100还包括可通信地联接到传感器116、118和120的控制器122。控制器122从传感器116、118和120接收测量的电压和电流，并且确定通过传输线路102、104和106传递至负载108的有功功率P和无功功率Q的值。
FACTS 100包括电抗性阻抗124，其被配置成联接到传输线路102、104和106。电抗性阻抗124包括电感设备和电容设备中的至少一者。在某些实施例中，例如且非限制地例如，电抗性阻抗124包括一个或多个无源电容器、一个或多个无源电感器、或电容器和电感器的组合。
FACTS 100包括联接在电抗性阻抗124与传输线路102、104和106之间的气体管切换网络(gas tube switching network)126。气体管切换网络126包括一个或多个气体管开关，其将电抗性阻抗124联接到传输线路102、104和106中的至少一者。气体管切换网络126在传输线路102、104和106的线电压下操作，而没有用于将电抗性阻抗124的电压升压至线电压的变压器。
FACTS 100被配置成使得气体管切换网络126以分路配置联接电抗性阻抗(reactive impedance)124。在备选实施例中，气体管切换网络126将电抗性阻抗124与传输线路102、104和106串联联接。当连接时，电抗性阻抗124将补偿性无功功率Qcomp注入到传输线路102、104和106上。注入的无功功率改变传输线路102、104和106上的总无功功率Q。
例如且非限制地例如，当无功功率Q为电容性，即，线电流在相位上超前于线电压时，注入的无功功率Qcomp可增加或减小线电流和线电压之间的相位差。更具体而言，气体管切换网络126联接充当电压源的电抗性阻抗124的电容部件，以将线电流和线电压之间的相位差增加至有功功率P和无功功率Q的所需平衡。类似地，气体管切换网络126联接充当电流源的电抗性阻抗124的电感部件，以将线电流和线电压之间的相位差减小至有功功率P和无功功率Q的所需平衡。
反之，例如且非限制地例如，当无功功率Q为电感性，即，线电流在相位上滞后于线电压时，注入的无功功率Qcomp可或者增加或者减小线电流和线电压之间的相位差。更具体而言，气体管切换网络126联接充当电压源的电抗性阻抗124的电容部件，以将线电流和线电压之间的相位差减小至有功功率P和无功功率Q的所需平衡。类似地，气体管切换网络126联接充当电流源的电抗性阻抗124的电感部件，以将线电流和线电压之间的相位差增加至有功功率P和无功功率Q的所需平衡。
气体管切换网络126可通信地联接到控制器122。控制器122被配置成通过气体管切换网络126调节电抗性阻抗124到传输线路102、104和106的联接。控制器122根据使用传感器116、118和120测量的线电压和线电流来调节气体管切换网络126。例如且非限制地例如，控制器122根据测量的电压和电流确定传输线路102、104和106上的无功功率Q。控制器122接着确定带输送至负载108的无功功率Q和有功功率P的所需平衡。控制器122调节气体管切换网络126以联接合适的补偿性无功功率Qcomp，以改变传输线路102、104和106上的总无功功率Q。控制器122、电抗性阻抗124和气体管切换网络126一起形成var补偿器电路128。
控制器122进一步调节气体管切换网络126，以实时地保持有功功率P和无功功率Q的所需平衡。气体管切换网络126是完全可控的，从而有利于门控接通和断开能力。控制器122以超过200赫兹的切换频率操作气体管切换网络126的各个气体管开关。在某些实施例中，控制器122在2000赫兹下以较低的切换损耗操作气体管切换网络126。气体管切换网络126还能够以较低的传导损耗和双向电压和电流阻断来操作。气体管切换网络126还被配置成能够抵御瞬时浪涌故障电流。
图2是另一个示例性FACTS 200的框图。FACTS 200包括传输线路102、104和106、负载108、功率源110、112和114、以及var补偿器128。在FACTS 200中，var补偿器128包括电抗性阻抗124和气体管切换网络126。
电抗性阻抗124包括静态分路电容器202、204和206。电抗性阻抗124还包括静态分路电感器208、210和212。气体管切换网络126包括气体管开关214、216、218、220、222和224。气体管开关214、216、218、220、222和224中的每一个将分路电容器202、204和206或分路电感器208、210和212中的一个直接联接到传输线路102、104和106中的相应的传输线路。气体管开关214、216、218、220、222和224提供门控接通和门控断开能力。在备选实施例中，气体管开关214、216、218、220、222和224被配置在线换向电路中，但通常优选的是门控的。
图3是另一个示例性FACTS 300的框图。FACTS 300包括传输线路102、104和106、负载108、功率源110、112和114、以及var补偿器128。
在FACTS 300中，除了滤波器302和304之外，var补偿器128包括电抗性阻抗124和气体管切换网络126(图1中示出)。滤波器302和304有利于在传输线路102、104和106上独立于线电压和线电流而注入补偿性无功功率Qcomp。考虑到气体管切换网络126的高切换频率和所得到的改善的动态响应，var补偿器128注入谐波电流以补偿传输线路102、104和106上存在的电流谐波。这样的补偿有时被称为传输线路有功功率滤波。
电抗性阻抗124包括电容306和电感308。电容306和电感308被配置成通过气体管切换网络126联接到传输线路102、104和106。气体管切换网络126包括气体管开关310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330和332。气体管开关310、312、314、316、318和320形成用于将电容306联接到传输线路102、104和106的网络。同样，气体管开关322、324、326、328、330和332形成用于将电感308联接到传输线路102、104和106的网络。气体管开关310、312、314、316、318、320、322、324、326、328、330和332成对地布置，以用于隔离var补偿器128与传输线路102、104和106的相应连接。这样的对包括气体管开关310和312、314和316、318和320、322和324、326和328、以及330和332。
图4是另一个示例性FACTS 400的框图。FACTS 400包括传输线路102、104和106、负载108、功率源110、112和114、以及var补偿器128。FACTS 400还包括第二负载402，有功功率和无功功率通过传输线路404、406和408输送至该负载。通过传输线路404、406和408输送至负载402的有功和无功功率由功率源410、412和414生成。
在某些实施例中，传输线路102、104和106表示电网内的一个传输路径，传输线路404、406和408表示电网内的另一个传输路径。在这样的实施例中，功率源110、112、114、410、412和414同步。在备选实施例中，功率源110、112、114、410、412和414异步，并且FACTS400还包括一个或多个附加的变压器或功率电子器件，以将传输线路404、406和408联接到传输线路102、104和106。
电抗性阻抗124通过气体管切换网络126进一步联接到传输线路404、406和408。Var补偿器128包括滤波器416和418，电抗性阻抗124通过它们联接到传输线路102、104、106、404、406和408。滤波器416和418被配置成从在传输线路102、104和106和传输线路404、406和408上的功率流中除去不需要的谐波。气体管切换网络126包括气体管开关420、422、424、426、428、430、432、434、436、438、440和442。气体管切换网络126被配置成受控，以在传输线路102、104、106和传输线路404、406、408之间共享无功功率和有功功率，以便平衡FACTS 400内的有功和无功功率流，并且进一步调节传输线路电压。
图5和6是用于在FACTS 100、200、300和400(分别在图1-4中示出)中使用的示例性气体管开关500和600的示意图。气体管开关500包括阳极(Anode)520，其与阴极(cathode)522相对。阳极520和阴极522位于腔室524内并由放电间隙隔开。腔室524还包含占据放电间隙的可离子化气体526。当开关闭合时，可离子化气体526被离子化，产生从阳极520延伸至阴极522的高度导电的等离子体。在某些实施例中，气体管开关500包括保弧电极528，其在阴极522和保弧电极(keep-alive electrode)528之间保持弱等离子体，从而有利于形成高度导电的等离子体。保持高度导电的等离子体导致一些损耗，这被称为正向电压降(forward voltage drop)。当开关断开时，不导电的可离子化气体526使阳极520和切换电极530绝缘，这通过隔绝电压来表征。隔绝电压是开关的各种设计参数的函数，包括例如且非限制地例如电极材料、电极几何形状、放电间隙几何形状、可离子化气体526的性质、腔室524内的压力、以及开关的操作温度。气体管开关500的隔绝电压在例如且非限制地例如从10,000伏至300,000伏(含端值)的范围内。在备选实施例中，气体管开关500的隔绝电压可以超出300,000伏。
在气体管开关500中，当换向时，在阳极520和阴极522之间的电场使用切换电极530来控制。保弧电极528可选地用来在气体管开关断开时在保弧电极528和阴极522之间保持弱等离子体(weak plasma)，从而提高闭合过程的可重复性并减少抖动时间。当闭合时，切换电极530通电以引发在阳极520和切换电极530之间的可离子化气体526的离子化，从而产生从阳极520延伸至阴极522的高度导电的等离子体。当断开时，切换电极530通电以短暂地截断高度导电的等离子体的电流，从而有利于开关的断开。
气体管开关500的保弧电极528和切换电极530由控制器122使用控制线538来控制。在某些实施例中，控制线538参考阴极522。
控制器122在切换频率下操作气体管开关500。以赫兹计的切换频率量化气体管开关500每秒的换向次数。气体管开关500通过从断开向闭合或从闭合向断开的单次转变来换向。控制器122以在50赫兹和20，000赫兹之间(含端值)的切换频率操作。控制器122操作的切换频率还被确定为联接到阳极520和阴极522的设备或部件的函数。
在某些实施例中，气体管开关500与第二气体管开关以双向切换配置(图6中示出)结合。在某些实施例中，气体管开关500与串联联接或“叠置”(stacked)的一个或多个气体管开关结合。这样的叠置配置提供比单个气体管开关高的隔绝电压。例如，如果单个气体管开关具有100,000伏的隔绝电压，三个这样的气体管开关的叠堆产生300,000伏的总隔绝电压。同样，如果单个气体管开关具有100伏的正向电压降，三个开关的叠堆具有300伏的总正向电压降。
图6是用于在FACTS 100、200、300和400(分别在图1-4中示出)中使用的示例性双向气体管开关600的示意图。双向气体管开关600包括第一端子602和第二端子604。两个气体管开关606和608以反向并联布置联接在第一端子602和第二端子604之间。如结合气体管开关500(图5中示出)所示，气体管开关606和608中的每一个包括设置在腔室524中且由间隙隔开的阳极520和阴极522。腔室524充满可离子化气体526。气体管开关606和608使用控制线610和612来控制以使保弧电极528和切换电极530通电，从而实现双向操作。在某些实施例中，控制线612参考第一端子602，控制线610参考第二端子604。
上述FACTS提供了气体管切换的补偿器，该补偿器改善了传输线路的功率因数、电压调整率、电压稳定性和功率流。气体管切换提供高的额定电压，这消除了对与补偿电路一致的变压器的需求。气体管切换提供低的切换损耗，从而有利于在高的切换频率下操作以改善对传输线路上的谐波的过滤。本说明书所述FACTS包括在传输线路和诸如电容器或电感器的电抗性阻抗之间的至少一个气体管开关。在本说明书所述一些FACTS中，气体管开关的网络提供完全可控的无功伏安(var)补偿，包括接通和断开能力、以及双向电压和电流阻断。
本说明书所述方法、系统和装置的示例性技术效应包括下列中的至少一者：(a)增加var补偿器的操作电压；(b)通过取消用于将生成的var升压至AC线电压的变压器而简化var补偿器设计；(c)减少切换损耗；(d)增加可操作的切换频率；(e)减少传输线路上的谐波；(f)减少var补偿器内的导体损耗；(g)提供var补偿器的完全接通和断开能力；(h)提高FACTS的功率传输质量和效率；以及(i)改善FACTS的功率因数、电压调整率、电压稳定性和功率流。
用于FACTS的方法、系统和装置的示例性实施例不限于本说明书所述具体实施例，相反，系统的部件和/或方法的步骤可以相对于本说明书所述其它部件和/或步骤独立地和单独地使用。例如，所述方法也可与其它非常规的FACTS联合使用，并且不限于仅用本说明书所述系统和方法来实践。相反，示例性实施例可结合许多其它应用、设备和系统实施和使用，这些应用、设备和系统可能受益于增加的效率、减少的运营成本和减少的资本支出。
虽然本发明公开的各种实施例的具体特征可能在某些附图中示出而未在其它附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明公开的原理，附图的任何特征可以结合任何其它附图的任何特征被引用和/或要求保护。
本书面描述用示例来公开包括最佳模式的各实施例，并且还使本领域技术人员能实施各实施例，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明公开的可专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种无功伏安(var)补偿器电路(128)，包括：
串联联接在一起的多个气体管开关(500;606,608)，其被配置成联接到传输线路(102,104,106;404,406,408)，所述传输线路被配置成在交流电(AC)线电压下将有功功率和无功功率输送至负载(108;402)；
电抗性阻抗(124)，其被配置成在所述交流电线电压下通过所述气体管开关联接到所述传输线路，所述电抗性阻抗被配置成改变配置成输送至所述负载的所述无功功率；以及
滤波器(302;304)，其被配置成在所述传输线路(102,104,106)上独立于线电压和线电流而注入补偿性无功功率。
2.根据权利要求1所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述多个气体管开关中的至少一个(500;606,608)和所述电抗性阻抗(124)被配置成与所述传输线路(102,104,106;404,406,408)串联联接。
3.根据权利要求1所述的无功伏安补偿器电路（128），其中，所述多个气体管开关中的至少一个(500;606,608)和所述电抗性阻抗(124)被配置成相对于所述传输线路(102,104,106;404,406,408)在分路电路中联接。
4.根据权利要求1所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述多个气体管开关中的至少一个(500;606,608)被配置成由控制器(122)根据所述传输线路(102,104,106;404,406,408)的测量线电压和测量电流中的至少一者来控制。
5.根据权利要求4所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述多个气体管开关中的至少一个(500;606,608)还被配置成以至少500赫兹的切换频率来控制。
6.根据权利要求1所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述交流电线电压为至少100千伏。
7.根据权利要求1所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述电抗性阻抗(124)包括电感器(208,210,212;308)，所述电感器被配置成产生在相位上滞后于所述交流电线电压的电流。
8.一种无功伏安(var)补偿器电路(128)，包括：
气体管切换网络(126)，其被配置成联接在第一传输线路(102,104,106)和电抗性阻抗(124)之间，所述第一传输线路被配置成在交流电(AC)线电压下将有功功率和无功功率输送至负载(108)，所述电抗性阻抗被配置成改变配置成输送至所述负载的所述无功功率，所述气体管切换网络包括串联联接在一起的多个气体管开关(500;606,608)；
控制器(122)，其联接到所述气体管切换网络，所述控制器被配置成将所述多个气体管开关选择性地换向，以将所述电抗性阻抗联接到所述第一传输线路和将所述交流电线电压施加到所述电抗性阻抗；以及
滤波器(302;304)，其被配置成在所述传输线路(102,104,106)上独立于线电压和线电流而注入补偿性无功功率。
9.根据权利要求8所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述第一传输线路(102,104,106)包括三个相位，并且所述电抗性阻抗(124)包括三个电抗性阻抗(202,204,206,208,210,212)，并且其中，所述气体管切换网络(126)还包括三个气体管开关(214,216,218,220,222,224)，所述三个气体管开关分别联接在所述第一传输线路的所述三个相位和所述三个电抗性阻抗之间。
10.根据权利要求9所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述三个气体管开关(214,216,218,220,222,224)被配置成将所述相应的电抗性阻抗(202,204,206,208,210,212)选择性地联接到所述第一传输线路(102,104,106)。
11.根据权利要求8所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述控制器(122)还被配置成根据所述第一传输线路(102,104,106)的测量的交流电线电压和测量的交流电线电流将至少一个所述气体管开关(500;606,608)选择性地换向。
12.根据权利要求11所述的无功伏安补偿器电路(128)，还包括：
电压传感器(116,118,120)，其联接到所述第一传输线路(102,104,106)和所述控制器(122)，所述电压传感器被配置成检测所述测量的交流电线电压；以及
电流传感器(116,118,120)，其联接到所述第一传输线路和所述控制器，所述电流传感器被配置成检测所述测量的交流电线电流。
13.根据权利要求12所述的无功伏安补偿器电路(128)，其中，所述控制器(122)还被配置成：
计算在所述测量的交流电线电压和所述测量的交流电线电流之间的相位差；并且
根据所述相位差选择性地调节所述气体管切换网络(126)。
14.根据权利要求8所述的无功伏安补偿器电路(128），其中，所述气体管切换网络（126）还联接在所述电抗性阻抗（124）和第二传输线路（404，406，408）之间，并且其中，所述控制器（122）还被配置成调节所述气体管切换网络以将由所述电抗性阻抗生成的无功功率和所述传输线路（102，104，106）上存在的有功功率传递至所述第二传输线路。
15.一种柔性交流电(AC)传输系统(FACTS)（100；200；300；400），包括：
传输线路（102，104，106），其联接在功率源(110,112,114;410,412,414)和负载（108；402）之间，所述传输线路被配置成在交流电线电压下将有功功率和无功功率输送至所述负载；
气体管切换网络（126），其联接到所述传输线路，所述气体管切换网络包括串联联接在一起的多个气体管开关(214,216,218,220,222,224;310,312,314,316,318,320,322,324,326,328,330,332;420,422,424,426,428,430,432,434,436,438,440,442)；
控制器（122），其联接到所述气体管切换网络，所述控制器被配置成根据测量的交流电线电压和测量的交流电线电流来调节所述多个气体管开关；
电抗性阻抗（124），其被配置成在所述交流电线电压下通过所述气体管切换网络联接到所述传输线路，所述电抗性阻抗被配置成生成附加的无功功率；以及
滤波器(302;304)，其被配置成在所述传输线路(102,104,106)上独立于线电压和线电流而注入补偿性无功功率。
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