CN109193959A - 取能用电流互感器及使用其取能的静止同步串联补偿装置 - Google Patents

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康伟
石秋雨
曾洪涛
苏铁山
陈明庆
李芳义
靳艳娇
马美秀
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Abstract

本发明实施例提供一种取能用电流互感器及使用其取能的静止同步串联补偿装置，该取能用电流互感器包括：铁芯、主绕组电路、取能绕组电路、辅助绕组电路和微处理器，主绕组电路、取能绕组电路和辅助绕组电路分别绕在铁芯上，主绕组电路串联于静止同步串联补偿装置的主回路，根据静止同步串联补偿装置主回路中的电流产生感应电流，微处理器根据感应电流控制取能绕组电路为静止同步串联补偿装置的功率单元供电，并根据感应电流控制辅助绕组电路为负载供电。通过实施本发明，取能绕组电路和辅助绕组电路同时励磁，保证取能绕组输出电压稳定，且合理分配两绕组磁通，提高了绕组利用率。

Description

取能用电流互感器及使用其取能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，具体涉及一种取能用电流互感器及使用其取能的静止同步串联补偿装置。
背景技术
静止同步串联补偿装置(Static Synchonous Series Compensator，SSSC)是一种串联于电力线路的潮流调节控制装置。SSSC通过高压串联变压器接入高压输电线路，通过改变串联变压器两端电压实现线路潮流控制。SSSC主回路电流由线路电流、变压器参数共同决定。SSSC不同于并联型静止同步补偿器(简称Statcom)，SSSC工作于电流源模式，其电流大小取决于线路潮流。进而，SSSC功率单元直流电压建立需要经过PWM控制。因此，SSSC功率单元通常采用外送能方式。功率单元的外送能方式为传统换流阀取能方式，取能变压器绝缘设计难度大，且将大幅度降低换流阀体功率密度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种取能用电流互感器及使用其取能的静止同步串联补偿装置，以解决静止同步串联补偿装置中取能变压器绝缘设计难度大且降低换流阀体功率密度的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
本发明实施例提供一种取能用电流互感器，包括：铁芯、主绕组电路、取能绕组电路、辅助绕组电路和微处理器，所述主绕组电路、所述取能绕组电路和辅助绕组电路分别绕在铁芯上，所述主绕组电路串联于静止同步串联补偿装置的主回路，根据所述静止同步串联补偿装置主回路中的电流产生感应电流，所述微处理器根据所述感应电流控制所述取能绕组电路为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电，并根据所述感应电流控制所述辅助绕组电路为负载供电。
优选地，所述取能绕组电路连接所述静止同步串联补偿装置的功率单元，所述微处理器获取所述感应电流，判断所述感应电流分别与第一阈值、第二阈值的大小关系，当所述感应电流大于第一阈值时，所述微处理器控制所述取能绕组为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电；当所述感应电流大于第二阈值时，所述微处理器控制所述取能绕组为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电，同时，所述微处理器控制所述辅助绕组为负载供电。
优选地，所述取能绕组电路包括：取能绕组、整流电路、第一负载电路、输入电容、电源模块和输出电容，所述整流电路连接于所述取能绕组的两端，将所述取能绕组根据所述感应电流产生的交流电信号转变为直流电信号并输出；所述第一负载电路的一端、所述输入电容的一端、所述电源模块的一端和所述输出电容的一端连接所述整流电路的一端，所述第一负载电路的另一端、所述输入电容的另一端、所述电源模块的另一端和所述输出电容的另一端连接所述整流电路的另一端，所述静止同步串联补偿装置的功率单元并联于所述电源模块的两端；所述直流电信号为所述第一负载电路、所述输入电容供电，所述输入电容为所述电源模块和所述输出电容供电，所述电源模块为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电。
优选地，所述取能绕组电路还包括：第一开关和第二开关，所述第一开关连接于所述整流电路和所述第一负载电路之间，所述第二开关连接于所述整流电路和所述输入电容之间；所述微处理器获取所述输入电容中的电能，判断所述电能分别与第三阈值、第四阈值的大小关系；当所述输入电容中电能低于第三阈值时，所述微处理器控制所述第一开关打开，所述第二开关闭合，所述直流电信号为所述输入电容供电；当所述输入电容中电能高于第四阈值时，所述微处理器控制所述第一开关闭合，所述第二开关打开，所述直流电信号为所述第一负载电路供电，所述输入电容为所述电源模块和所述输出电容供电，所述电源模块为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电。
优选地，所述辅助绕组电路包括：辅助绕组和双向固态开关，所述负载为第二负载电路，所述双向固态开关连接于所述辅助绕组和所述第二负载电路之间，所述第二负载电路连接于辅助绕组的两端，当所述感应电流大于所述第一阈值小于所述第二阈值时，所述微处理器控制所述双向固态开关打开；当所述感应电流大于所述第二阈值时，所述微处理器控制所述双向固态开关关闭，所述辅助绕组根据所述感应电流产生电流信号为所述第二负载电路供电。
本发明实施例还提供一种静止同步串联补偿装置，包括：静止同步串联补偿装置及上述任意一项实施例所述的取能用电流互感器。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例中，该取能用电流互感器通过设计主绕组电路、取能绕组电路和辅助绕组电路共用一个铁芯，利用主绕组电路(一次侧绕组)获取静止同步串联补偿装置(Static Synchonous Series Compensator，SSSC)主回路中的电流产生感应电流，利用取能绕组电路(二次侧绕组)为SSSC中的功率单元供电，辅助绕组电路(二次侧绕组)用于消耗感应电流中多余的能量，两个二次侧绕组同时励磁，保证取能绕组输出电压稳定，且合理分配两绕组磁通，提高了绕组利用率，解决了SSSC中取能变压器绝缘设计难度大，且降低换流阀体功率密度的技术问题，为SSSC的工程应用提供坚实的技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中取能用电流互感器的结构原理图；
图2为本发明实施例中取能用电流互感器的取能绕组电路的结构原理图；
图3为本发明实施例中取能用电流互感器的辅助绕组电路的结构原理图。
附图标记说明：
1－铁芯；2－主绕组电路；3－取能绕组电路；4－辅助绕组电路；5－微处理器；6－静止同步串联补偿装置的主回路；7－静止同步串联补偿装置的功率单元；31－取能绕组；32－整流电路；33－第一负载电路；34－输入电容；35－电源模块；36－输出电容；41－辅助绕组；42－双向固态开关；43－第二负载电路。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种取能用电流互感器，如图1所示，包括：铁芯1、主绕组电路2、取能绕组电路3、辅助绕组电路4和微处理器5，主绕组电路2、取能绕组电路3和辅助绕组电路4分别绕在铁芯1上，主绕组电路2串联于静止同步串联补偿装置的主回路6，根据静止同步串联补偿装置的主回路6中的电流产生感应电流，微处理器5根据感应电流控制取能绕组电路3为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电，并根据感应电流控制辅助绕组电路4为负载供电。
本发明实施例中，该取能用电流互感器通过设计主绕组电路、取能绕组电路和辅助绕组电路共用一个铁芯，利用主绕组电路(一次侧绕组)获取静止同步串联补偿装置(Static Synchonous Series Compensator，SSSC)主回路中的电流产生感应电流，利用取能绕组电路(二次侧绕组)为SSSC中的功率单元供电，辅助绕组电路(二次侧绕组)用于消耗感应电流中多余的能量，两个二次侧绕组同时励磁，保证取能绕组输出电压稳定，且合理分配两绕组磁通，提高了绕组利用率，解决了SSSC中取能变压器绝缘设计难度大，且降低换流阀体功率密度的技术问题，为SSSC的工程应用提供坚实的技术支持。
本发明实施例中，取能绕组电路3连接静止同步串联补偿装置的功率单元7，微处理器5获取感应电流，判断感应电流分别与第一阈值、第二阈值的大小关系，当感应电流大于第一阈值时，微处理器5控制取能绕组电路3为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电；当感应电流大于第二阈值时，微处理器5控制取能绕组电路3为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电，同时，微处理器5控制辅助绕组电路4为负载供电。
本发明实施例中，第二阈值大于第一阈值，当感应电流足够大，即感应电流大于第二阈值时，微处理器5控制取能绕组电路3为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电，同时，微处理器5控制辅助绕组电路4为负载供电，两个二次侧绕组同时消耗感应电流，可以保证取能绕组电路3输出电压的稳定性，并且提高了感应电流的利用率，而当感应电流较小，即感应电流大于第一阈值小于第二阈值时，感应电流只能给取能绕组电路3提供能量，此时，微处理器5只控制取能绕组电路3为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电，保证了静止同步串联补偿装置的功率单元7的供电量。
在一较佳实施例中，如图2所示，取能绕组电路3包括：取能绕组31、整流电路32、第一负载电路33、输入电容34、电源模块35和输出电容36，整流电路32连接于取能绕组31的两端，将取能绕组31根据感应电流产生的交流电信号转变为直流电信号并输出；第一负载电路33的一端、输入电容34的一端、电源模块35的一端和输出电容36的一端连接整流电路32的一端，第一负载电路33的另一端、输入电容34的另一端、电源模块35的另一端和输出电容36的另一端所述整流电路32的另一端，静止同步串联补偿装置的功率单元7并联于电源模块35的两端；直流电信号为第一负载电路33、输入电容34供电，输入电容34为电源模块35和输出电容36供电，电源模块35为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电。
在一较佳实施例中，如图2所示，取能绕组电路3还包括：第一开关37和第二开关38，第一开关37连接于整流电路32和第一负载电路33之间，第二开关38连接于整流电路32和输入电容34之间；微处理器5获取输入电容34中的电能，判断电能分别与第三阈值、第四阈值的大小关系；当输入电容34中电能低于第三阈值时，微处理器5控制第一开关37打开，第二开关38闭合，直流电信号为输入电容34供电；当输入电容34中电能高于第四阈值时，微处理器5控制第一开关37闭合，第二开关38打开，直流电信号为第一负载电路33供电，输入电容34为电源模块35和输出电容36供电，电源模块35为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电。
本发明实施例中，第三阈值小于第四阈值，当输入电容34中电能较低不足以给电源模块35供电时，即当输入电容34中电能低于第三阈值时，微处理器5控制第一开关37打开，第二开关38闭合，直流电信号为输入电容34供电；当输入电容34中电能较高，即当输入电容34中电能高于第四阈值时，微处理器5控制第一开关37闭合，第二开关38打开，直流电信号为第一负载电路33供电，输入电容34为电源模块35和输出电容36供电，电源模块35为静止同步串联补偿装置的功率单元7供电，在取能绕组电路3中设置了电源模块35和第一负载电路33，利用电源模块35储能为功率单元7供电，保证了供电的稳定性，第一负载电路33用于在输入电容34中电能高于第四阈值时工作，提高了感应电流的利用率。
在一较佳实施例中，如图3所示，辅助绕组电路4包括：辅助绕组41和双向固态开关42，负载为第二负载电路43，双向固态开关42连接于辅助绕组41和第二负载电路43之间，第二负载电路43连接于辅助绕组41的两端，当感应电流大于第一阈值小于第二阈值时，微处理器控制5双向固态开关42打开；当感应电流大于第二阈值时，微处理器控制5双向固态开关42关闭，辅助绕组41根据感应电流产生电流信号为第二负载电路43供电。
本发明实施例中，主绕组电路2通过主绕组绕在铁芯1上，取能绕组电路3通过取能绕组绕31在铁芯1上，辅助绕组电路4通过辅助绕组41绕在铁芯1上，主绕组、取能绕组31和辅助绕组41的匝数根据公式(1)得到：
N1I1-N2I2-N3I3≈0公式(1)
其中，N1为主绕组匝数，N2为取能绕组匝数，N3为辅助绕组匝数，I1为主绕组中的感应电流，I2为取能绕组中的交流电，I3为辅助绕组中的交流电。
本发明实施例中，SSSC工作系统的电压不同时，取能绕组31和辅助绕组41中的交流电不同，以220kV系统SSSC为例，取能绕组31中交流电为5A，辅助绕组41中交流电为3A，其次，根据主绕组电流最大值以及CT铁芯的最大磁通密度确定主绕组匝数(保证当输入电流最大时，工作磁密为饱和磁密的50～60％左右并保证绕组损耗较低)，根据主绕组电流为最小值时，辅助绕组41磁场能量应大于额定容量，主绕组电流为最大时，辅助绕组41与取能绕组31的电流应小于额定电流确定辅助绕组41和取能绕组31的匝数，其中额定容量和额定电流均为已知量。
本发明实施例中，SSSC主回路中的电流较大且变化范围较宽，因此在取能绕组电路3和辅助绕组电路4中分别设置开关，当SSSC主回路中电流较大时，分别闭合第二开关和双向固态开关，使得取能绕组电路3和辅助绕组电路4同时工作，当SSSC主回路中电流减小时，打开双向固态开关，使得辅助绕组电路4处于开路状态，保证了取能绕组输出电压的稳定性，且合理分配两绕组磁通，提高了绕组利用率。
实施例2
本发明实施例还提供一种静止同步串联补偿装置，包括静止同步串联补偿装置及实施例1中的取能用电流互感器。
本发明实施例提供的静止同步串联补偿装置，使用实施例1中的取能用电流互感器的主绕组电路与静止同步串联补偿装置的主回路串联，产生感应电流，通过取能用电流互感器的取能绕组电路为静止同步串联补偿装置的功率单元供电，同时利用辅助绕组电路消耗感应电流中多余的能量，取能绕组和辅助绕组同时励磁，保证取能绕组输出电压稳定，且合理分配两绕组磁通，提高了绕组利用率，解决了SSSC中取能变压器绝缘设计难度大，且降低换流阀体功率密度的技术问题，为SSSC的工程应用提供坚实的技术支持。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种取能用电流互感器，其特征在于，包括：铁芯、主绕组电路、取能绕组电路、辅助绕组电路和微处理器，所述主绕组电路、所述取能绕组电路和辅助绕组电路分别绕在铁芯上，所述主绕组电路串联于静止同步串联补偿装置的主回路，根据所述静止同步串联补偿装置主回路中的电流产生感应电流，所述微处理器根据所述感应电流控制所述取能绕组电路为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电，并根据所述感应电流控制所述辅助绕组电路为负载供电。
2.如权利要求1所述的取能用电流互感器，其特征在于，所述取能绕组电路连接所述静止同步串联补偿装置的功率单元，所述微处理器获取所述感应电流，判断所述感应电流分别与第一阈值、第二阈值的大小关系，
当所述感应电流大于第一阈值时，所述微处理器控制所述取能绕组为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电；
当所述感应电流大于第二阈值时，所述微处理器控制所述取能绕组为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电，同时，所述微处理器控制所述辅助绕组为负载供电。
3.如权利要求2所述的取能用电流互感器，其特征在于，所述取能绕组电路包括：取能绕组、整流电路、第一负载电路、输入电容、电源模块和输出电容，
所述整流电路连接于所述取能绕组的两端，将所述取能绕组根据所述感应电流产生的交流电信号转变为直流电信号并输出；
所述第一负载电路的一端、所述输入电容的一端、所述电源模块的一端和所述输出电容的一端连接所述整流电路的一端，所述第一负载电路的另一端、所述输入电容的另一端、所述电源模块的另一端和所述输出电容的另一端连接所述整流电路的另一端，所述静止同步串联补偿装置的功率单元并联于所述电源模块的两端；
所述直流电信号为所述第一负载电路、所述输入电容供电，所述输入电容为所述电源模块和所述输出电容供电，所述电源模块为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电。
4.如权利要求3所述的取能用电流互感器，其特征在于，所述取能绕组电路还包括：第一开关和第二开关，
所述第一开关连接于所述整流电路和所述第一负载电路之间，所述第二开关连接于所述整流电路和所述输入电容之间；
所述微处理器获取所述输入电容中的电能，判断所述电能分别与第三阈值、第四阈值的大小关系；
当所述输入电容中电能低于第三阈值时，所述微处理器控制所述第一开关打开，所述第二开关闭合，所述直流电信号为所述输入电容供电；
当所述输入电容中电能高于第四阈值时，所述微处理器控制所述第一开关闭合，所述第二开关打开，所述直流电信号为所述第一负载电路供电，所述输入电容为所述电源模块和所述输出电容供电，所述电源模块为所述静止同步串联补偿装置的功率单元供电。
5.如权利要求2所述的取能用电流互感器，其特征在于，所述辅助绕组电路包括：辅助绕组和双向固态开关，所述负载为第二负载电路，所述双向固态开关连接于所述辅助绕组和所述第二负载电路之间，所述第二负载电路连接于辅助绕组的两端，
当所述感应电流大于所述第一阈值小于所述第二阈值时，所述微处理器控制所述双向固态开关打开；
当所述感应电流大于所述第二阈值时，所述微处理器控制所述双向固态开关关闭，所述辅助绕组根据所述感应电流产生电流信号为所述第二负载电路供电。
6.一种静止同步串联补偿装置，其特征在于，包括：静止同步串联补偿装置及如权利要求1－5中任一项所述的取能用电流互感器。
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