CN111130124A - 晶闸管投切电容器电路支路及其控制方法和制作方法 - Google Patents

晶闸管投切电容器电路支路及其控制方法和制作方法 Download PDF

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CN111130124A CN202010004371.2A CN202010004371A CN111130124A CN 111130124 A CN111130124 A CN 111130124A CN 202010004371 A CN202010004371 A CN 202010004371A CN 111130124 A CN111130124 A CN 111130124A
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Abstract

本申请涉及一种晶闸管投切电容器电路支路、其及其控制方法和制作方法，所述辅电容C2和所述主电容C1分别连接于所述电抗器L的一端。所述开关装置一端连接在所述辅电容C2的一端，所述开关装置的另一端连接在所述电抗器L的一端。因此，当电网中谐波的时变时通过断开和连通所述开关装置，可以使所述辅电容C2接入或者脱离所述晶闸管投切电容器电路支路，从而能够改变所述晶闸管投切电容器电路支路的串联电抗率。使得所述晶闸管投切电容器电路支路的串联电抗率与使用环境谐波次数相适应，从而能够保证电容器和系统的安全。

Description

晶闸管投切电容器电路支路及其控制方法和制作方法
技术领域
本申请涉及电气领域，特别是涉及晶闸管投切电容器电路支路及其控制方法和制作方法。
背景技术
晶闸管投切电容器(TSC装置)广泛应用于低压系统，而低压系统接入负荷具有负荷类型复杂、运行状态多变等特点，并且随着电力电子技术的快速发展，电力电子装置广泛渗入，非线性运行负荷不可避免地向电网注入谐波，使电网的电能质量下降，对电网造成污染，并且随着电网运行复杂程度的增加，并网系统范围、电量的增加以及电网本身运行状态的多变性，使得电网中谐波具有时变特性，即包括电网谐波运行频次及发射量随着时间的延续而发生变化。
电网中谐波的时变特性，不利于电网中TSC装置的安全有效运行。请参见图1，TSC装置是电力系统中常用的无功功率补偿装置，以晶闸管作为执行元件，通过跟踪检测负荷的无功电流或无功功率，对多级电容器组进行分组投切。为了限制并联电容器组中的合闸涌流，抑制高次谐波，TSC装置主电路中通常串联一定电抗率的电抗器，以保证TSC装置安全运行，电抗率的选取需要考虑多方面的因素，TSC装置电抗率的选取随着使用环境谐波次数的不同而有所不同，需要考虑一定的谐波裕度，当流过大量高次谐波时，铁芯电抗器很容易发生磁饱和，电抗率下降，进而放大高次谐波，引起系统谐振。当流过补偿电容器的谐波电流增大，对电容器的安全稳定运行造成威胁，通常一套TSC装置仅匹配一种串联电抗率，与上述电网运行谐波的时变特性相违背。
综合考虑电网谐波实际运行情况以及TSC装置投切运行特点，目前国内电容器配置的电抗器电抗率主要有<0.5％、4.5％、6％和12％，综合考虑电抗器本身固有的制造成本较高、固化程度高的特点，在谐波时变电网系统中很难充分发挥其抑制谐波的作用，严重情况下，若谐波次数发生变化，很可能发生新的谐波次数处与系统发生并联谐振，造成电容器过电压或过电流，危害电容器组和系统安全。针对此问题，现有技术有在电抗器上加装抽头，实现电抗率的改变的技术方案，但此方案仍存在经济性和可靠性问题。
因此在谐波时变场景下，单一电抗率的TSC装置不能够满足复杂运行环境下安全运行的要求。
发明内容
基于此，有必要针对单一电抗率的TSC装置不能够满足复杂运行环境下安全运行的要求的问题，提供一种晶闸管投切电容器电路支路及其控制方法和制作方法。
一种晶闸管投切电容器电路支路，包括：
电抗器；
辅电容和主电容，并联于所述电抗器的一端；以及
开关装置，连接于所述辅电容和所述电抗器之间。
一种晶闸管投切电容器电路的控制方法，包括：
监测流过所述晶闸管投切电容器电路支路的电流有效值Irms；
当所述电流有效值Irms大于预设值时，关闭所述开关装置，以连通所述电抗器和所述辅电容。
在一个实施例中，当所述晶闸管投切电容器电路支路的电流有效值Irms＞λIC,N时，关闭所述开关装置；
其中，λ为辅电容投切电流系数值，IC,N为主电容额定电流。
一种晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，包括：
S10,获取所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的无功需求QC；
S20，根据所述无功需求QC以及电容器投切组数N获得所述晶闸管投切电容器电路支路主电容C1安装容量QC,N；
S30，根据所述主电容C1的安装容量QC,N得到所述晶闸管投切电容器电路支路的辅电容C2安装容量Q′C,N；
S40，基于所述辅电容C2的额定电压的U′C,N以及所述安装容量Q′C,N，得到所述辅电容额定容抗X′C,N；
S50，将所述辅电容C2和所述主电容C1并联于电抗器L的一端，在所述辅电容C2和所述电抗器L之间连接开关装置k。
在一个实施例中，所述S20中，所述晶闸管投切电容器电路支路主电容C1安装容量
Figure BDA0002354690800000031
其中，N为电容器投切组数，β为电容安装容量选取系数。
在一个实施例中，在所述S50之前，还包括：
S41，计算所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L的感抗值XL。
在一个实施例中，所述S41包括：
S411，根据所述主电容的C1额定电压UC,N和主电容C1安装容量QC,N得到所述晶闸管投切电容器电路支路的主电容C1的额定容抗XC,N；
S412，根据所述主电容C1的额定容抗XC,N和所述闸管投切电容器电路支路的串联电抗率k1得到所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L的感抗值XL。
在一个实施例中，其特征在于，所述S412包括：
S4121，获取所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的谐波频率分布；
S4122，根据所述晶闸管投切电容器电路支路的并联谐振点和所述谐波频率分布，得到所述串联电抗率k1。
在一个实施例中，所述串联电抗率k1满足
Figure BDA0002354690800000041
其中，h1为串联电抗率k1条件下的谐振点hmin为电网最小谐波次数。
在一个实施例中，根据所述谐波频率分布获得所述电网最小谐波次数。
在一个实施例中，还包括计算在所述辅电容连入所述晶闸管投切电容器电路支路后串联电抗率k2的步骤。
本申请实施例提供的所述晶闸管投切电容器电路支路，所述辅电容C2和所述主电容C1分别连接于所述电抗器L的一端。所述开关装置一端连接在所述辅电容C2的一端，所述开关装置的另一端连接在所述电抗器L的一端。因此，当电网中谐波的时变时通过断开和连通所述开关装置，可以使所述辅电容C2接入或者脱离所述晶闸管投切电容器电路支路，从而能够改变所述晶闸管投切电容器电路支路的串联电抗率。使得所述晶闸管投切电容器电路支路的串联电抗率与使用环境谐波次数相适应，从而能够保证电容器和系统的安全。
附图说明
图1为电网系统示意图；
图2为本申请实施例提供的晶闸管投切电容器电路支路示意图；
图3为晶闸管投切电容器电路的控制方法的流程图；
图4为将角型等效为星型连接示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的晶闸管投切电容器电路支路、其及其控制方法和制作方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图2，本申请实施例提供一种晶闸管投切电容器电路支路10。所述晶闸管投切电容器电路支路包括电抗器L、辅电容C2、主电容C1和开关装置k。所述辅电容C2和主电容C1并联于所述电抗器L的一端。即所述辅电容C2和所述主电容C1分别连接于所述电抗器L的一端。所述开关装置连接于所述辅电容C2和所述电抗器L之间。即所述开关装置一端连接在所述辅电容C2的一端，所述开关装置的另一端连接在所述电抗器L的一端。关闭所述开关装置可以使得所述辅电容C2和所述电抗器连通。
本申请实施例提供的所述晶闸管投切电容器电路支路，所述辅电容C2和所述主电容C1分别连接于所述电抗器L的一端。所述开关装置一端连接在所述辅电容C2的一端，所述开关装置的另一端连接在所述电抗器L的一端。因此，当电网中谐波的时变时通过断开和连通所述开关装置，可以使所述辅电容C2接入或者脱离所述晶闸管投切电容器电路支路，从而能够改变所述晶闸管投切电容器电路支路的串联电抗率。使得所述晶闸管投切电容器电路支路的串联电抗率与使用环境谐波次数相适应，从而能够保证电容器和系统的安全。
请参见图3，本申请实施例还提供一种所述晶闸管投切电容器电路的控制方法。所述方法包括:
S1,监测流过所述晶闸管投切电容器电路支路的电流有效值Irms；
S2,当所述电流有效值Irms大于预设值时，关闭所述开关装置，以连通所述电抗器L和所述辅电容C2。当所述电抗器L和所述辅电容C2连通时，由于辅电容C2的投入，可以相对减小所述注入主电容C1的电流有效值Irms，从而能够保证电容器和系统的稳定和安全。
在一个实施例中，当所述晶闸管投切电容器电路支路的电流有效值Irms＞λIC,N时，关闭所述开关装置。其中，λ为辅电容C2投切电流系数值，IC,N为主电容C1额定电流。在一个实施例中，所述λ可以为1.56。
本申请实施例还提供一种晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，所述方法包括：
S10,获取所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的无功需求QC；
所述无功需求QC可以根据设备厂商或者现场测试得到的数据得到，同时也可以得到所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的谐波频率分布和大小。
S20，根据所述无功需求QC以及电容器投切组数N获得所述晶闸管投切电容器电路支路主电容C1安装容量QC,N；
在一个实施例中，在一个实施例中，所述S20中，所述晶闸管投切电容器电路支路主电容C1安装容量
Figure BDA0002354690800000071
其中，N为电容器投切组数，β为电容安装容量选取系数。
在一个实施例中，所述β的值为0.8。可以理解，每一个所述晶闸管投切电容器电路支路可以对应一个电容器投切组。所述晶闸管投切电容器电路支路的主电容C1安装容量QC,N可以综合考虑无功需求QC、电容器型号及无功变化规律进行选取，可采用8421原则进行电容器分组。
S30，根据所述主电容C1的安装容量QC,N得到所述晶闸管投切电容器电路支路的辅电容C2安装容量Q′C,N；
S40，基于所述辅电容C2的额定电压的U′C,N以及所述安装容量Q′C,N，得到所述辅电容额定容抗X′C,N；
可以所述开关装置k断开和闭合两种状态对应所述晶闸管投切电容器电路支路所串联的两种电抗率。令C2＝αC1，其中α为辅电容C2容量选取系数，α的取值为20％，则辅电容C2的安装容量：Q′C,N＝αQC,N。根据电容器型号对辅电容进行选型，请参见图4，将角型等效为星型连接时所述晶闸管投切电容器电路支路的辅电容C2额定容抗
Figure BDA0002354690800000072
单位为Ω：其中U′C,N为辅电容C2额定电压，单位：kV。
S50，将所述辅电容C2和所述主电容C1并联于电抗器L的一端，在所述辅电容C2和所述电抗器L之间连接开关装置k，从而得到所述晶闸管投切电容器电路支路。
在一个实施例中，在所述S50之前，还包括：
S41，计算所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L感抗值XL。
在一个实施例中，所述S41包括：
S411，根据所述主电容的C1额定电压UC,N和主电容C1安装容量QC,N得到所述晶闸管投切电容器电路支路的主电容C1的额定容抗XC,N；
Figure BDA0002354690800000081
其中UC,N为所述主电容C1的额定电压。QC,N为所述晶闸管投切电容器电路支路的电容器安装容量，单位：kvar。
S412，根据所述主电容C1的额定容抗XC,N和所述闸管投切电容器电路支路的串联电抗率k1得到所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L感抗值XL。
在一个实施例中，所述晶闸管投切电容器电路支路XL＝XC,N×k1，单位，Ω。
在一个实施例中，所述S412包括：
S4121，获取所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的谐波频率分布；
S4122，根据所述晶闸管投切电容器电路支路的并联谐振点和所述谐波频率分布，得到所述串联电抗率k1。
在一个实施例中，所述串联电抗率k1满足
Figure BDA0002354690800000082
其中，h1为串联电抗率k1条件下的谐振点hmin为电网最小谐波次数。所述电网最小谐波次数可以从所述谐波频率分布中获得。
在一个实施例中，还包括计算在所述辅电容C2连入所述晶闸管投切电容器电路支路后串联电抗率k2的步骤。其中，
Figure BDA0002354690800000083
为并联符号。
在一个实施例中，所述晶闸管投切电容器电路支路的额定电流
Figure BDA0002354690800000084
下面具体举例说明：
一晶闸管投切电容器电路接入0.4kV系统，变压器的额定容量为1000kVA，变比10kV/0.4kV，Uk％＝5％，TSC装置所接入点电网的无功需求QC＝300kvar；该低压系统TSC支路进线谐波电流特性如表1所示。
表1 TSC支路电网谐波(线电流)特性
h 1 5 7 11 13
I<sub>h</sub>(A) 480 160 40 56 40
本案例中晶闸管投切电容器电路分8组进行投切，
所述晶闸管投切电容器电路支路主电容安装容量为：
Figure BDA0002354690800000091
所述晶闸管投切电容器电路支路的电容器安装容量QC,N＝30kvar，串联电抗率k1＝6％，谐振点为：
Figure BDA0002354690800000092
所述晶闸管投切电容器电路支路的电容器的额定电流IC,N为：
Figure BDA0002354690800000093
将角型等效为星型连接时所述晶闸管投切电容器电路支路电容器额定容抗XC,N为：
Figure BDA0002354690800000094
计算所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L的感抗值XL，单位，Ω：
XL＝XC,N×k1＝5.3×6％＝0.318Ω
α取值20％，辅电容安装容量Q′C,N＝αQC,N＝6kvar，根据常用电容器型号选择容量为5kvar的电容器。
将角型等效为星型连接时所述晶闸管投切电容器电路支路的辅电容额定容抗X′C,N为：
Figure BDA0002354690800000101
单位，Ω；
计算所述辅电容投入情况下串联电抗率k2。
Figure BDA0002354690800000102
表1谐波运行条件下，注入所述晶闸管投切电容器电路支路的谐波电流特性如表2所示。
表2注入单条TSC支路谐波电流(线电流)特性
h 1 5 7 11 13
I<sub>h</sub>′(A) 60 20 10 7 5
所述晶闸管投切电容器电路的电抗率设置为k1＝6％，注入所述晶闸管投切电容器电路支路的电流为64.61A(方均根值计算)，无需所述辅电容投入，对应的谐振点为
Figure BDA0002354690800000103
由于谐波电流的时变特性，注入所述晶闸管投切电容器电路支路的谐波电流发生变化，当流过单条TSC支路的电流有效值大于67.5A时，开关K闭合，所述辅电容投入，所述串联电抗率变为7％，对应的谐振点为
Figure BDA0002354690800000104
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种晶闸管投切电容器电路支路，其特征在于，包括：
电抗器L；
辅电容C2和主电容C1，并联于所述电抗器L的一端；以及
开关装置K，连接于所述辅电容C2和所述电抗器L之间。
2.一种权利要求1所述的晶闸管投切电容器电路支路的控制方法，其特征在于，包括：
监测流过所述晶闸管投切电容器电路支路的电流有效值Irms；
当所述电流有效值Irms大于预设值时，关闭所述开关装置，以连通所述电抗器L和所述辅电容C2。
3.如权利要求2所述的晶闸管投切电容器电路支路的控制方法，其特征在于，当所述晶闸管投切电容器电路支路的电流有效值Irms>λIC,N时，关闭所述开关装置；
其中，λ为辅电容投切电流系数值，IC,N为主电容额定电流。
4.一种晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，包括：
S10,获取所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的无功需求QC；
S20，根据所述无功需求QC以及电容器投切组数N获得所述晶闸管投切电容器电路支路主电容C1安装容量QC,N；
S30，根据所述主电容C1的安装容量QC,N得到所述晶闸管投切电容器电路支路的辅电容C2安装容量Q′C,N；
S40，基于所述辅电容C2的额定电压的U′C,N以及所述安装容量Q′C,N，得到所述辅电容额定容抗X′C,N；
S50，将所述辅电容C2和所述主电容C1并联于电抗器L的一端，在所述辅电容C2和所述电抗器L之间连接开关装置k。
5.如权利要求4所述的晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，所述S20中，所述晶闸管投切电容器电路支路主电容C1安装容量
Figure FDA0002354690790000021
其中，N为电容器投切组数，β为电容安装容量选取系数。
6.如权利要求4所述的晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，在所述S50之前，还包括：
S41，计算所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L的感抗值XL。
7.如权利要求5所述的晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，所述S41包括：
S411，根据所述主电容的C1额定电压UC,N和主电容C1安装容量QC,N得到所述晶闸管投切电容器电路支路的主电容C1的额定容抗XC,N；
S412，根据所述主电容C1的额定容抗XC,N和所述闸管投切电容器电路支路的串联电抗率k1得到所述晶闸管投切电容器电路支路的电抗器L的感抗值XL。
8.如权利要求7所述的晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，所述S412包括：
S4121，获取所述晶闸管投切电容器电路支路接入点电网的谐波频率分布；
S4122，根据所述晶闸管投切电容器电路支路的并联谐振点和所述谐波频率分布，得到所述串联电抗率k1。
9.如权利要求8所述的晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，所述串联电抗率k1满足
Figure FDA0002354690790000022
其中，h1为串联电抗率k1条件下的谐振点，hmin为电网最小谐波次数。
10.如权利要求9所述的晶闸管投切电容器电路支路的制作方法，其特征在于，根据所述谐波频率分布获得所述电网最小谐波次数。
11.如权利要求4所述的晶闸管投切电容器电路的制作方法，其特征在于，还包括计算在所述辅电容连入所述晶闸管投切电容器电路支路后串联电抗率k2的步骤。
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