CN1118121C

CN1118121C - 补偿设备及采用补偿设备的输电系统

Info

Publication number: CN1118121C
Application number: CN98122535A
Authority: CN
Inventors: 冈山秀夫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2003-08-13
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: JP3720601B2; JPH11299105A; CN1232310A; US6075349A; EP0951126B1; EP0951126A1; DE69840996D1

Abstract

一种补偿器设备，它与输电线串联连接，并且包括至少一个具有无变压器无功串联补偿器的补偿器单元，所述补偿器单元包括一个交流开关，与其串联补偿器的输出端连接。本发明还涉及这样的补偿设备，它包括多个补偿器单元，以其输出端串联连接，以及一个连续操作控制装置，以有选择地控制其串联补偿器。应用按照本发明的这样补偿设备，特别能用交流开关来防止无变压器无功串联补偿器过电流，并且能使补偿设备的主要元件小而紧凑。

Description

补偿设备及采用补偿设备的输电系统

技术领域

本发明涉及一种补偿设备及一种采用这样的补偿设备的输电系统。特别是，本发明涉及这样的补偿设备，它们包括无变压器无功串联补偿器。

背景技术

补偿设备典型地用于输电系统，以便提高输电容量，并使输电更稳定。通常输电线具有断路器。当断路器断开或闭合时，则产生过电流和过电压。特别是在具有大功率和长输电线的输电系统中，这样的过电压和过电流则由于输电线的寄生电感和寄生电容而产生。而且，它们会引起与输电线连接的补偿设备和交流电力系统的损坏。

本发明特别涉及怎样能有效地保护补偿设备免于这些过电流和过电压的问题。

近年来已采用了几种不同例子的补偿设备，以提供更稳定和更高效的输电系统。这样的输电系统称为灵活交流输电系统(FACTS)。适用于补偿设备的半导体设备的例子是像控制极关断可控硅整流器(所谓GTO)和控制极换向关断可控硅整流器(所谓GCT)那样的自消弧半导体。它们已用于电力变换器，即换流器，并且注视到它们的应用在未来将会更广泛，以便实现更稳定的输电系统。

有一种补偿设备，它包括将用于FACTS设备的无变压器无功串联补偿器(所谓TL-RSC)。

图9表示一个输电系统，它包括两个交流电力系统1a、1b，它们通过输电线2a、2b及设置在交流电力系统1b与输电线2b之间的断路器4相互连接。在输电线2a、2b之间设置一个补偿设备3(包括补偿器单元CU)，以提高输电容量，并使输电更稳定。补偿设备3，CU可以包括一个无变压器无功串联补偿器TL-RSC。如图9所示，TL-RSC 3与输电线2a、2b串联连接，输电线2a、2b与交流电力系统1a、1b连接。

图10表示一种如从现有技术参考文献已知的无变压器无功串联补偿器TL-RSC3(“Transformerless Reactive Series Compensators withVo1tage Source Inverters”，Proceedings of the Power ConversionConference(PCC)，Nagaoka 1997，PP.197-202)。在图10中，5a至5d表示自消弧半导体，6a至6d表示与各自消弧半导体5a至5d反并联连接的续流二极管，7表示由自消弧半导体5a至5d和续流二极管6a至6d组成的单相换流器，8表示换流器的直流电容器，9a、9b表示滤波电抗器，10表示滤波电容器，以及11表示滤波电路。自消弧半导体5a与续流二极管6a分开。然而，近年来开发了在同一组装设备中集成自消弧半导体5a和续流二极管6a两种功能的反向导电自消弧半导体。当应用反向导电自消弧半导体时，图10中的续流二极管6a至6d不必要。

如图10所示，单相换流器7不用任何变压器而与输电线2a、2b串联且间接连接。亦即，换流器7通过串联插入线路2a、2b中的滤波电路11，与输电线2a、2b连接。滤波电路11主要抑制因脉冲宽度调制(所谓PWM)控制操作单相换流器7所产生的输电系统的谐波畸变。滤波电抗器9a、9b的分开布置不是必需的，并且有可能只用它们中的一个。

TL-RSC3已被提议用于新的FACTS系统，但是迄今还没实现。如下所述，为了实现这一点，特别对于个别元件的尺寸和重量来说，以及对于当断开/闭合断路器4时所出现的过电流和过电压来说，TL-RSC 3的起动和关闭操作及/或其他特殊操作是有待解决的非常重要的问题。

首先，应该考虑一种情况，即两个交流电力系统1a、1b与输电线2a、2b连接。这里，假定输电线2a、2b意指数量级为400kV-500km这样的长距离和高电压输电线。如周知，输电线2a、2b至少由图11所示的等效电路来描述。该等效电路由分布式恒定电路15来表示，其由内电阻12a、12b，内电感13a、13b和寄生电容14组成。一般地，寄生电容14主要存在于输电线2a、2b与地GND之间。输电线2a、2b由几个分布式恒定电路15自由地划分。

当输电线2a、2b由断路器4连接时，则大大超过标称电流的过电流流过输电线2a、2b。输电线2a、2b的这种扰动是由内电感13a、13b和寄生电容14所产生的谐振现象的结果。如果在两个交流电力系统1a、1b之间有大相位差，则扰动被放大。

过电流问题可以仅用图10所示的元件部分地消除。在TL-RSC3与输电线2a、2b串联连接的情况下，过电流可能流过单相换流器7，或它可能对滤波电容器10充电。如果允许前种情况，则自消弧半导体5a至5d必须断开，即吸收过电流，因为单相换流器7必须保护直流电容器8免于因过电流而充电到过电压。因此，大电流容量自消弧半导体5a至5d是必要的。另一方面，如果允许后种情况而不用自消弧半导体5a至5d的断开操作，则过电流替换地对滤波电容器10充电。单相换流器7可以操作为单相二极管整流器，以便过充电电压对直流电容器8充电。如果过电压必须抑制，则必须增加滤波电容器10和直流电容器8两者的电容，这样结果使元件尺寸大。因此，在这种现有技术TL-RSC中，大尺寸元件对解决过电流/过电压问题来说是必要的。

此外，上述现有技术参考文献叙述说，常规应用建议当采用由几个串联连接的级联TL-RSC单元CU1至CU3组成的多TL-RSC16时，能实现较大的可补偿容量。各TL-RSC单元CU1至CU3具有如图10所示相同的布置。这里，在单相换流器7中当TL-RSC单元CU1至CU3中的一个有故障时，则出现另一个问题。多TL-RSC16不应容易地停止操作，因为它不仅要补偿输电系统，而且还要基本上把电力从一侧交流电力系统1a(1b)输送到另一侧。因此，图12所示的多TL-RSC16必须具有连续操作功能。这就要求即使单相换流器7有故障，它也不要完全停止操作，因为所有TL-RSC单元CU1至CU3与输电线2a、2b串联连接，并且有故障的单相换流器7必须继续通过线电流。因此，必须有一种解决办法，通过使有故障的单相换流器7的输出端短路，以使所有自消弧半导体5a至5d保持接通状态。

如上所述，在常规TL-RSC 3能应用于输电系统之前，某些方面有待考虑。

首先，必须有较大容量自消弧半导体5a至5d，以允许过电流通过单相换流器7。

其次，必须有较大电容的滤波电容器10和/或直流电容器8，以允许大过电流流过滤波电容器10。这些先决条件要求较大尺寸和较昂贵的元件。因此，它们使TL-RSC3本身尺寸较大且较为昂贵。

第三，即使TL-RSC单元CU1、CU2、CU3内的单相换流器7有故障，多TL-RSC16也必须具有连续操作功能。然而，由于常规多TL-RSC17要求单相换流器7即使故障也继续通过线电流，所以有这样故障的单相换流器7不必与输电线2a、2b分开。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种补偿设备及一种采用这样的补偿设备的输电系统，其中在无变压器无功串联补偿器中不必有大尺寸元件，以便处理其中的过电流和过电压。

这个目的由一种补偿设备来解决，该补偿设备至少包括一个具有无变压器无功串联补偿器的补偿器单元，其特征在于，所述串联补偿器包括一个与串联补偿器的输出端连接的单相换流器和一个滤波电路，所述单相换流器通过所述滤波电路与所述输出端连接，其中所述补偿器单元还包括：一个交流开关，与其串联补偿器的输出端并联连接。

此外，这个目的由一种输电系统来解决，该输电系统包括两个交流电力系统，它们通过输电线和插入输电线中的断路器相互连接，其中所述输电系统采用一个或多个如上所述的补偿设备。

按照本发明，一个可控交流开关与无变压器串联无功补偿设备并联连接，并且该交流开关的开合状态可以控制。如果在发出起动指令或关闭指令之后正确地选择控制交流开关的定时，则这个控制能够使过电流不流过单相换流器，而流过与无变压器无功串联补偿器的输出端连接的交流开关。按照本发明的新型TL-RSC的优点在于，由于能把流过输电线的过电流从单相换流器旁通到交流开关，所以能减小单相换流器的额定电流。因此，实现更小且更紧凑的TL-RSC。

优选地，所述至少一个补偿器单元包括一个交流开关控制装置，以在发出起动指令之后，大致在流过输电线的线电流过零时断开交流开关。优点在于，由于交流开关在线电流过零时断开(断开状态)，所以在线电流从交流开关换向到单相换流器之后，无变压器无功串联补偿器平滑地起动操作。

此外优选地，交流开关控制装置在发出关闭指令之后，大致在输出端之间的交流开关电压过零时接通交流开关(闭合状态)。优点在于，由于交流开关在交流开关电压过零时接通，所以在线电流从单相换流器换向到交流开关之后，无变压器无功串联补偿器平滑地停止操作。按照上述两个实施例的优点还在于，由于可能用交流开关实现平滑起动和关闭操作，而没有过剩电流和电压反应，所以能减小主要元件的额定电流和/或额定电压。因此，实现这样更小、更紧凑和更便宜的补偿设备。

优选地，交流开关由反并联连接的可控硅整流器组成。优点在于，交流开关在线电流过零时自动地(即非控制方式)断开。优点还在于，由于交流开关由可控硅整流器组成，所以能省去电流检测器。因此，实现更便宜的TL-RSC。特别是，当交流开关由光触发可控硅整流器组成时，还能省去用于门电路的巨大绝缘变压器。因此，实现更小、更紧凑和更便宜的TL-RSC。

优选地，补偿设备包括几个输出端串联连接的补偿器单元，以及一个连接到所述补偿器单元中的每个单元上用来有选择地控制个别补偿器单元的相应无变压器无功串联补偿器的控制装置。由于在这样的串联连接中，各补偿器单元包括一个与无变压器无功串联补偿器并联连接的交流开关，所以优点在于，即使单相换流器中的一个有故障，补偿设备也能继续保持操作。在这种情况下，交流开关可以由控制装置接通，以便由交流开关旁通有故障的单相换流器的线电流。因此，有故障的单相换流器的交流开关可以优选地由控制装置选择接通。优点因此在于，即使某些TL-RSC单元有故障，由于连续操作控制器控制备有交流开关的各TL-RSC单元，所以多TL-RSC能无间断地继续操作。在修复故障TL-RSC单元之后，所修复的TL-RSC又能重新控制线电流。因此，实现更可靠的多TL-RSC。

优选地，在上述串联连接的补偿器单元中，各补偿器单元包括一个故障检测装置，用来检测相应串联补偿器的故障或正常操作，并对控制装置发送对应的故障检测信号。优点在于，控制装置现在能检测有多个单相换流器或串联补偿器有故障，并能对应地操作它们的交流开关。

优选地，在串联连接的补偿器单元中，单相换流器包括一个直流电容器，并且连续操作控制装置包括一个直流电压指令调节器，用来设置所述直流电容器的电压指令。优点在于，直流电压指令调节器能按照故障条件调节直流电容器上的电压指令，例如，直流电压指令调节器可以按照故障无变压器无功串联补偿器单元的个数来设置直流电容器的电压指令。

为了实现直流电容器电压的控制，直流电压指令调节器优选地包括一个故障单元计数器，一个直流电压指令补偿器和一个加法器。一个直流电压控制装置主要按照故障补偿器单元的个数来调节单相换流器的直流电容器两端之间的直流电压。直流电容器的调节电压可以与故障补偿器单元的个数成正比。优点还在于，即使某些TL-RSC有故障，由于直流电压控制装置调节直流电容器的电压，所以多TL-RSC能继续操作而不减小可补偿容量。因此，实现更可靠的多TL-RSC。

优选地，为了调节电流的大致过零和电压的大致过零，补偿器单元可以各包括一个电流检测器和一个电压检测器。

本发明的其他有利实施例和改进列于从属权利要求中。在下文，将参考其实施例及参考附图叙述本发明。

附图说明

图1a表示按照本发明的补偿器设备；

图1b表示按照本发明的控制交流开关的控制器；

图1c表示按照本发明的补偿器单元的完整电路图；

图2表示由自消弧半导体和二极管组成的交流开关的实施例；

图3表示按照本发明的补偿器单元的起动和关闭操作过程的原理；

图4表示图1c补偿器单元的起动操作的详细情况；

图5表示图1c补偿器单元的关闭操作的详细情况；

图6表示按照本发明由可控硅整流器组成的交流开关的实施例；

图7a表示按照本发明的几个串联连接的补偿器单元；

图7b表示图7a补偿器设备的详细情况；

图8表示包括直流电压指令调节器的控制装置的方块图；

图9表示按照现有技术的补偿器设备的应用；

图10表示按照现有技术的无变压器无功串联补偿器的布置；

图11表示输电线的等效电路；以及

图12表示由几个串联连接的补偿器单元组成的常规补偿设备的布置。

具体实施方式

在下文，参考实施例及参考附图，叙述本发明人目前所发觉的本发明的最好方式。首先，参考图1a、图1b和图1c，说明本发明的原理。

在图1a中，与输电线2a、2b串联连接的补偿设备至少包括一个补偿器单元CU。如参考图10已讨论那样，这个补偿器单元包括一个无变压器无功串联补偿器3。按照本发明，补偿器单元包括一个交流开关18。交流开关18的第一和第二端18a、18b与无变压器无功串联补偿器3的输出端3a、3b连接。在交流电力系统1b与补偿器单元CU之间的断路器用标号4表示。虽然在图1a中未示出，但是在实际应用中，例如在输电线的送端和受端，可以与输电线串联连接几个断路器。按照本发明，交流开关18可以是一个可控开关或一个自控开关。开关18与无变压器无功串联补偿器(在下文也称为TL-RSC)并联连接，并且它具有起动和关闭操作过程，以便无过电流流过TL-RSC中的单相换流器7。主要是交流开关大致在流过输电线的线电流过零时断开。此外，如参考图4和图5将作进一步叙述那样(图4：断开操作；图5：接通操作)，交流开关18大致在输出端3a、3b之间的交流开关电压过零时接通。

图1b表示如图1a相同的布置，然而在图1b中，交流开关不是自控开关，而是交流开关通过一个交流开关控制装置21输出的开关信号SW来控制。控制装置21从一个外部控制器接收起动指令或关闭指令22。图3表示图1b中电路操作的原理时间图。应该注意，准备交流开关控制装置21是任选的，并且在交流开关为自控开关情况下可以省去。

如图3所见，在时段0到tzc期间，交流开关最初保持在接通状态，即交流开关闭合并与端3a、3b连接。然后发出一个起动指令，并且在检测到线电流I_L过零时(在闭合断路器4之后)，交流开关18的状态变为断开状态，即非导电状态。这可以由交流开关18的自控方式，或刚好在线电流I_L过零时由交流开关控制器21发送开关信号SW的受控方式来完成。在时间t＞tzc时，线电流通过单相换流器。

在要求关闭操作的条件下，交流开关18的状态在t＞tzv时，刚好在检测到端3a、3b之间的电压过零时，变为导电状态(接通)。同样，这可以由交流开关18的自控方式，或由交流开关控制装置21发送适当的开关信号SW来完成。

对于图1a、图1b所示的本发明TL-RSC，如图3所述的起动和关闭操作以这样方式允许过电流在适当定时通过无变压器无功串联补偿器3，以便TL-RSC3的滤波电路11的电容器10不过度充电。

(第一实施例)

图1c表示TL-RSC3的一个实施例，它为图1a、图1b一般所示的补偿器单元CU的一部分。补偿器单元CU包括TL-TSC3，控制器21，交流开关18和滤波电路11。另外，在补偿器单元CU的这个实施例中，设有分别检测线电流I_L和交流开关电压V_SW的电流检测器19和电压检测器20。在图1c实施例中，交流开关是由控制装置21响应检测电流I_L和检测电压V_SW而输出的开关信号SW所触发的可控开关。TL-RSC的布置与参考图10所表示和讨论的布置对应。

如图1c实施例所见，交流开关与和滤波电容器10并联的TL-RSC3的输出端3a、3b连接。如所说明，19表示线电流的电流检测器，20表示交流开关18电压的电压检测器，以及21表示交流开关控制器。22表示把起动和关闭指令从上部控制器(在图1a、图1b、图1c中未示出)传送到交流开关控制器21的信号传输线。

图1c所示的TL-RSC3的起动和关闭操作过程由图3来说明。这里，假定单相换流器7的直流电容器8由一个图1c中未示出的预充电电路预先充电到标称电压。

参考图3和图4，叙述起动操作过程。在起动之前，通过信号传输线对交流开关控制器21提供关闭指令22。于是，交流开关控制器21对交流开关18发送一个接通信号。在断路器4闭合之后，线电流开始流过输电线2a、2b。线电流包含图11所示的内电感13a、13b和寄生电容14所引起的过电流。过电流不流过单相换流器7，而流过交流开关18。在过电流可比较地衰减之后，通过信号传输线对交流开关控制器21提供TL-RSC3的起动指令22。其后，交流开关控制器21开始根据电流检测器19来检测线电流I_L的过零。在检测到过零的同时，交流开关控制器21对交流开关18发送一个断开信号。于是，优选地单相换流器7的输出电压被设置为零。

这种情况通过使TL-RSC3的输出端3a、3b短路，以便使自消弧半导体5a和5c(或替换地5b和5d)同时接通而成为可能。当交流开关18断开时，线电流I_L从交流开关18换向到单相换流器7。最后，单相换流器7能按照图1c中未示出的TL-RSC 3的线电流I_L控制器来控制线电流。

这里，对交流开关18为什么在线电流I_L过零时断开(即成为其断开状态)的理由进行讨论。一般地，电感电流不仅连续而且不间断。对内电感13a、13b情况亦相同。如果交流开关18在线电流I_L不为零时断开，则流过输电线2a、2b的线电流必须通过滤波电抗器9a、9b变为流向单相换流器7。然而，流向单相换流器7的电流由滤波电抗器9a、9b所限制，滤波电抗器按照高di/dt反应产生高感应电动势。同时，为了保持电流连续，线电流对滤波电容器10充电。这些因用电流充电而引起的电压表示单相换流器7的输入电压。因此，为了使电压反应最小，必须在线电流过零时断开交流开关18，因为只有在那时才将不会有附加充电，并且因此无附加电压输入单相换流器7。

然而，通常在实际应用中，因为电流检测器19的输出或多或少地包含噪声，所以太难以发现线电流的精确过零。因此，通过设置一个阈值电位来发现接近零条件，从线电流I_L具有旁路以保持连续性的观点来看，优选地在交流开关18断开之前，使单相换流器7的输出端7a、7b短路。

参考图3和图5，叙述关闭操作过程。通过信号传输线对交流开关控制器21提供TL-RSC3的关闭指令22。其后，交流开关控制器21开始根据电压检测器22来检测交流开关18电压的过零。在检测到过零的同时，交流开关控制器21对交流开关18发送接通信号SW。于是，优选地使单相换流器7的输出电压设置为零。按照使TL-RSC3的输出端3a、3b短路，以便使自消弧半导体5a和5c(或替换地5b和5d)同时接通，这种情况成为可能。当交流开关18接通时，线电流I_L从单相换流器7换向到交流开关18。滤波电抗器9a、9b内的残余能量通过单相换流器7和交流开关18循环而被消耗。最后，单相换流器7能与输电线2a、2b分开。于是断路器4能在任何期望的时候断开。

参考图5，具体讨论为什么交流开关应该在交流开关18电压过零时接通的理由。如果交流开关18在电压不为零时接通，则必定使滤波电容器10短路，并且大放电电流从滤波电容器10流向交流开关18。放电电流通过增加交流开关18两端之间的外加电压而被放大，这样意味对交流开关18有附加电流反应。因此，为了使电流反应最小，交流开关18必须在外加电压过零时接通。然而通常在实际应用中，因为电压检测器20的输出或多或少地包含噪声，所以太难以发现外加电压的精确过零。因此，优选地通过设置一个阈值电位来发现接近零条件。从预先减小外加电压的观点来看，优选地在交流开关18接通之前，使单相换流器7的输出端7a、7b短路。

图4表示起动操作，而图5表示关闭操作。从各图上部开始，第一波形是线电流波形I_L，第二波形是交流开关18电流波形I_SW，第三波形是单相换流器7电流波形I_INV，以及第四波形是交流开关18电压波形。如图4所示，在起动时，交流开关18在线电流I_L过零时断开(断开状态)，并且线电流从交流开关18换向到单相换流器7。于是，在单相换流器7电流波形中不存在过电流，并且在交流开关18电压波形中不存在过电压。此外如图5所示，在关闭时，交流开关18在交流开关18电压V_SW过零时接通。于是，在交流开关18电流波形I_SW中不存在过电流。因此，本发明的这个实施例能实现TL-RSC3的平滑起动和关闭。

(第二实施例)

图2表示由自消弧半导体23a、23b组成的交流开关18的一个实施例。一般地，大容量自消弧半导体无高反向电压阻塞特性。然而，在交流开关18两端之间外加高交流电压。如图2所示，一方面，因为有与自消弧半导体23a、23b串联连接的辅助二极管24a、24b，所以交流开关18能有高反向电压阻塞特性。另一方面，交流电流应该通过交流开关18。于是，如图2所示，一个由自消弧半导体23a和辅助二极管24a组成的串联连接块与另一个由自消弧半导体23b和辅助二极管24b组成的块反并联连接，以便能使交流电流通过。

(第三实施例)

如图2所示，在交流开关18由自消弧半导体23a、23b和辅助二极管24a、24b组成的情况下，电流检测器19和电压检测器20是必要的。

但是按照本发明的补偿器单元CU的另一个实施例不要求电流检测器19。图6表示由两个反并联连接的可控硅整流器25a、25b组成的交流开关18的实施例。一般地，可控硅整流器能选择接通时间，但是它不能选择断开时间。如果在可控硅整流器传导电流时消去可控硅整流器的接通信号，则可控硅整流器在传导电流等于零时自动地断开。当交流开关控制器21消去接通信号时，则由于可控硅整流器的断开特性，图6中的交流开关18在线电流I_L过零时自动地断开。于是，在TL-RSC3备有图6所示的交流开关18情况下，不再必需电流检测器19。这就是以上称为的自控交流开关。

另外，优选地可控硅整流器25a、25b的这些实施例不是电触发可控硅整流器，而是光触发可控硅整流器。理由是，在正常操作期间，TL-RSC3必须相对地电势GND浮置，并且可控硅整流器25a、25b的门电路亦必须与地电势绝缘。一方面，如果使用电触发可控硅整流器，则必需巨大的绝缘变压器，以使门电路与地电势绝缘。另一方面，如果使用光触发可控硅整流器，则能省去绝缘变压器。

(第四实施例)

图7a表示按照本发明的补偿器设备的另一个实施例，它包括多个按照本发明的补偿器单元CU1、CU2、CU3。控制装置27通过对相应控制装置21a、21b、21c发送一个选择指令信号22a、22b、22c，有选择地控制补偿器单元CU1、CU2、CU3。各补偿器单元CU1、CU2、CU3包括一个故障检测装置FDM，用来检测相应串联补偿器(TL-RSC)26a、26b、26c的正常操作的故障。各串联补偿器26a、26b、26c具有一个交流开关18a、18b、18c，如图1c一般所示并联连接。

一般地，在图7a中，控制装置27对一个其故障检测装置FDM已发出故障检测信号FS的补偿器单元，例如CU1的交流开关控制装置21发送一个关闭指令22a，于是所述交流开关控制装置21接通相应的交流开关，然后使相应的单相换流器7与输出端3a、3b分开。

图7b表示一个补偿器设备17的更具体的电路图，该补偿器设备17由包括多个串联补偿器26a、26b、26c的几个补偿器单元CU1、CU2、CU3组成。设置三个相同补偿器单元CU1、CU2、CU3的理由如下。即TLS-RSC3必须有比较大的可补偿容量。然而，自消弧半导体5a至5d的额定电压和额定电流有限制。因此，为了达到期望的可补偿容量，优选地本发明补偿器设备17由几个如图7b所示串联连接的补偿器单元CU1、CU2、CU3组成。在该说明例中，连续操作控制器27接收各补偿器单元CU1、CU2、CU3的状态，并对各补偿器单元CU1、CU2、CU3输出起动或关闭指令22，而为机械开关的开关28aa、28ba通过滤波电路11a，使换流器7a与输出端3a、3b连接或断开。当然，上述起动和关闭操作过程同样无需改变就可适用于各补偿器单元CU1、CU2、CU3。

有两种怎样使交流开关18与多TL-RSC17连接的可能实施例。它们中的一个实施例是在多TL-RSC17两端之间仅共连一个交流开关18。另一个实施例是对各补偿器单元CU1、CU2、CU3连接一个交流开关18，如图7b所示。以下讨论按照图7a、图7b(意指后一个实施例)的多TL-RSC17的连续操作。

因为其与输电线2a、2b串联连接，所以多TL-RSC17必须尽可能无间断地连续操作。即使TL-RSC26a至26c中的某些有故障，多TL-RSC17也应该继续操作。这里，假定TL-RSC26a在正常操作期间有故障。在故障之前，线电流I_L流过单相换流器7a-7b-7c。

当故障发生时，单相换流器7a的故障检测装置FDM对连续操作控制器27发送一个故障信号FS，并且连续操作控制器27对TL-RSC26a内的交流开关控制器21a提供关闭指令22a。按照关闭指令22a，如参考图3所讨论，在交流开关18a电压过零时由交流开关控制器21a接通交流开关18a。于是，流过单相换流器7a的线电流I_L换向到交流开关18a，并且线电流I_L流过CU1的交流开关18a及流过CU2、CU3的单相换流器7b-7c。因此，线电流I_L仍能由TL-RSC 26b、26c来控制，并且多TL-RSC17亦能继续控制线电流I_L。

此外，在流过单相换流器7a的全部电流由交流开关18a旁通之后，通过控制开关28aa、28ba，能使单相换流器7a与输电线2a、2b分开，并且能对它进行修复。在修复之后，单相换流器7a能与输电线2a、2b重新连接(当然那时通过执行如图3和图4所示的起动序列)。因此，当冗余设计应用于TL-RSC26a至26c时，多TL-RSC17能以较高可靠性连续操作。

(第五实施例)

当单相换流器7a由交流开关18a与输电线2a、2b分开时，多TL-RSC的可补偿容量减小。在这种情况下，线电流控制器(图7a、图7b中未示出)可以执行控制，以便提高单相换流器7b、7c的输出电压。然而，输出电压与直流电容器8b、8c的电压成正比。通常电压由图7a、图7b中未示出的直流电压控制器保持恒定，以便绝对限制可补偿容量。

按照本发明的新型多TL-RSC17的另一个实施例实现可补偿容量不减小。图8表示直流电压指令调节器29的一个实施例，它在控制装置27中对补偿器单元CU1、CU2、CU3分别设置。30表示一个对有故障的TL-RSC26(即26a、26b、26c)的个数进行计数的故障单元计数器。计数器30能根据故障检测装置FDM的FS信号进行计数。31表示直流电压指令补偿器，32表示加法器，以及33表示控制直流电容器8a至8c(见图7b)的电压的直流电压控制器。

这里，Vdc表示TL-RSC单元26a至26c中无任何故障的直流电压指令。Vdc由控制装置27中的恒定电压源发出。在无任何故障情况下，加法器32的输出为Vdc，并且直流电压指令调节器29的直流电压指令为Vdc。在n个TL-RSC单元中的x个单元有故障情况下，所述直流电压指令补偿器输出电压x·Vdc/(n-x)，其中x是故障串联补偿器的个数，n是串联补偿器总数，Vdc是预定直流电压指令，加法器32将输出变为Vdc+x·Vdc/(n-x)。输出由直流电压指令调节器29的新指令来替代。按照新指令，稳定TL-RSC26内的直流电容器8的电压由直流电压控制器33提高，以便补偿有故障的TL-RSC26的输出电压。因此，即使某些TL-RSC26有故障，多TL-RSC17也能继续操作而不减小可补偿容量。

这里，假定x意指故障TL-RSC单元26的个数。然而，如图7a、图7b所示的这样多个布置通常用一个冗余来设计。于是，适用于x的最大个数限于1。

(第六实施例)

图2和图6仅说明本发明的交流开关18的基本实施例。在实际应用中，可以优选地使用附加保护电路。某些常规保护是有用的。例如，可以用阳极电抗器来限制交流开关18接通时的di/dt，用缓冲电路来限制交流开关18断开时的dV/dt。与直流电容器8的电压成正比，可以想得到，可控硅整流器25由一些串联连接的可控硅整流器，即可控硅整流阀组成。直流电压指令补偿器31可以备有一个输出最大值的限制器和/或一个输出上升的限制器。

本发明不限于上述实施例，这些实施例是目前发现的本发明的最好方式，并且它们仅用作本发明原理的一般说明。如附加权利要求所限定，在本发明的范围内，还可以用其他以上未作叙述的实施例来实现按照本发明的补偿设备。特别是，补偿设备能包括由权利要求的各个单项特征的组合所形成的特征。

Claims

1.一种补偿设备，至少包括一个具有无变压器无功串联补偿器的补偿器单元，其特征在于，

所述串联补偿器包括一个与串联补偿器的输出端连接的单相换流器和一个滤波电路，所述单相换流器通过所述滤波电路与所述输出端连接，其中所述补偿器单元还包括：

一个交流开关，与其串联补偿器的输出端并联连接。

2.一种按照权利要求1的补偿设备，其中所述补偿器单元还包括：

一个交流开关控制装置，以在流过所述交流开关的线电流过零时断开所述交流开关。

3.一种按照权利要求1的补偿设备，其中所述补偿器单元还包括：

一个交流开关控制装置，以在所述输出端之间的交流开关电压过零时接通所述交流开关。

4.一种按照权利要求1的补偿设备，其中所述交流开关包括：

至少两个反并联连接的可控硅整流器，

5.一种按照权利要求1的补偿设备，其中：

多个补偿器单元与所述串联补偿器的输出端串联连接，并且该设备还包括：

一个连续操作控制装置，连接到所述补偿器单元中的每个单元上用于有选择地控制其串联补偿器。

6.一种按照权利要求5的补偿设备，其中所述补偿器单元包括：

一个故障检测装置，以检测一个相应串联补偿器的正常操作的故障，并对所述连续操作控制装置发送一个故障检测信号。

7.一种按照权利要求6的补偿设备，其中所述补偿器单元还包括：

一个交流开关控制装置，以在所述输出端之间的交流开关电压过零时接通所述交流开关，

所述连续操作控制装置对其故障检测装置已发出故障检测信号的补偿器单元的交流开关控制装置发送一个关闭指令，于是所述交流开关控制装置接通相应交流开关，然后通过断开在所述单相换流器与所述输出端之间设置的开关，使相应单相换流器与输出端分开。

8.一种按照权利要求5的补偿设备，其中所述单相换流器包括一个直流电容器，

所述连续操作控制装置包括一个直流电压指令调节器装置，以设置所述直流电容器的电压。

9.一种按照权利要求8的补偿设备，其中所述补偿器单元包括：

一个故障检测装置，以检测一个相应串联补偿器的正常操作的故障，并对所述连续操作控制装置发送一个故障检测信号，

所述直流电压指令调节器装置包括一个故障计数器，以根据相应故障检测信号对已故障的串联补偿器的个数计数，其中所述直流电压指令调节器装置对应于故障补偿器的个数，设置所述直流电容器两端之间的直流电压。

10.一种按照权利要求9的补偿设备，其中所述直流电压指令调节器装置还包括：

一个直流电压指令补偿器装置，以接收由所述故障计数器计数的故障串联补偿器的个数作为输入，并输出与故障串联补偿器的个数相对应的直流电压补偿指令；以及

一个加法器，以把一个预置直流电压指令与所述直流电压补偿指令相加，并对一个直流电压控制装置输出按照故障个数补偿的直流电压指令。

11.一种按照权利要求10的补偿设备，其中所述直流电压指令补偿器装置输出一个输出电压x.Vdc/(n-x)，其中x是故障串联补偿器的个数，n是串联补偿器的总数，Vdc是预定直流电压指令，

所述加法器意为把所述输出电压与所述预定直流电压指令相加。

12.一种按照权利要求2的补偿设备，其中所述补偿器单元包括：

一个电流检测器装置，与所述交流开关控制装置连接，并检测流向输出端的线电流。

13.一种按照权利要求3的补偿设备，其中所述补偿器单元包括：

一个电压检测器装置，与所述交流开关控制装置连接，并检测输出端之间的电压。

14.一种按照权利要求1的补偿设备，其中所述滤波电路包括：

一个电容器，串联连接在所述输出端之间；以及

两个电抗器，分别连接在一个相应输出端与所述单相换流器之间，

其中所述交流开关与所述滤波电路的所述电容器并联连接。

15.一种按照权利要求1的补偿设备，其中所述单相换流器包括：

多个自消弧半导体二极管；以及

多个续流二极管。

16.一种输电系统，包括：

两个交流电力系统，通过输电线相互连接；以及

一个或多个按照权利要求1至15中一个或多个的补偿设备，插入所述输电线之中。

17.一种按照权利要求16的输电系统，其中该系统还包括：

至少一个断路器，插入输电线之中。