CN112204494B - 利用容性连接的附加绕组进行无功功率补偿的可磁控的扼流圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用容性连接的附加绕组进行无功功率补偿的可磁控的扼流圈。为了实现紧凑并且同时也可以提供容性无功功率的、具有两个可磁控的高压扼流圈(5、6)的全可变并联电抗器(FVSR)，提出了使用附加绕组(36)，附加绕组与高压扼流圈(5，6)感性地耦合，其中，附加绕组(36)与至少一个容性地起作用的部件(35，45)互连。

Description

利用容性连接的附加绕组进行无功功率补偿的可磁控的扼 流圈
技术领域
本发明涉及一种用于在具有至少一个相导体的高压电网中进行无功功率补偿的设备，该设备具有至少一个高压接头，该高压接头被设计为用于与相导体连接，其中，对于每个高压接头，第一和第二芯部段是闭合磁路的一部分；该设备还具有包围第一芯部段的第一高压绕组，和包围第二芯部段并且与第一高压绕组并联连接的第二高压绕组，以及至少一个饱和开关支路，其被设计为用于将芯部段饱和并且具有可控的功率半导体开关，并且还设置了用于控制功率半导体开关的控制器，其中，第一和第二高压绕组以其高压端与相关联的高压接头连接，并且在其低压侧可以与饱和开关支路连接。
背景技术
从EP 3 168 708 A1中已知这种设备。在那里公开了所谓的“全可变并联电抗器”(full variable shunt reactor，FVSR)，其是“磁控并联电抗器”(magneticallycontrolled shunt reactor，MCSR)的进一步发展。先前已知的设备具有两个彼此并联连接的高压绕组，其分别包围封闭的铁芯的一个芯柱，并且在其高压端与高压电网的相导体连接。高压绕组的低压侧可以借助晶体管开关，与适当地极化的转换器连接，或者直接与地接头连接。转换器被配置为用于在与其连接的高压绕组中产生直流电流。在此，调整直流电流，使得被绕组包围的芯柱被驱动到期望的饱和状态。在该饱和状态下，芯材料例如具有非常小的磁导率，由此绕组的磁阻增大，并且其电感减小。所述芯部段的饱和与极化有关，从而流过绕组的交流电流根据其极化，基本上仅流经两个高压绕组中的一个。因此，例如正的交流电流经由第一高压绕组流向地，而负的交流电流经由第二高压绕组流向地。如果仅经由一个高压绕组驱动电流，则可以对恰好没有交流电流流过的相应的另一个绕组施加直流电流，以使被该绕组包围的芯柱以期望的程度饱和。
此外，从DE 20 2013 004 706 U1和DE 10 2012 110 969中已知磁控扼流线圈。
已知设备具有如下缺点，即，其仅具有感性地起作用的部件，并且在需要时不能提供容性的无功功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到的类型的设备，该设备是紧凑的，并且可以同时提供容性的无功功率。
本发明通过附加绕组来解决上述技术问题，附加绕组与高压绕组感性地耦合，其中，附加绕组与至少一个容性地起作用的部件互连。
除了所谓的“全可变并联电抗器”(FVSR)所需要的部件之外，根据本发明的设备还具有附加绕组，附加绕组与FVSR的高压绕组中的至少一个感性地耦合。在此，附加绕组与容性地起作用的部件互连。术语“互连”意为，每个容性地起作用的部件直接或经由电气部件、例如开关单元与附加绕组中的至少一个电连接。因此，容性部件、例如电容器，或者配备有电容器的“柔性交流输电系统(Flexible AC Transmission System，FACTS)”部件、例如静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，STATCOM)，可能影响无功功率补偿的程度和方向。在此，控制单元可以控制FVSR的功率半导体开关，使得在无功功率补偿中几乎完全抑制高压绕组的感性效应，从而仅容性部件发挥其作用，并且对总体上容性的无功功率补偿做出贡献。与此不同，控制单元可以使得高压绕组的感性作用完全起作用，从而与容性部件的作用叠加，从而总体上进行感性的无功功率补偿。
然而，此外，在本发明的范围内，容性地起作用的部件也可以经由开关单元与附加绕组互连，其中，所述开关单元与单独的控制单元或与FVSR的控制单元连接，从而控制单元可以根据期望接入容性部件，或者将容性部件与附加绕组分离。
作为用于将容性地起作用的部件与附加绕组连接和断开的开关单元，优选考虑电子开关，通常是功率半导体开关，例如IGBT、GTO、晶闸管等。在这种情况下，开关单元优选包括相对于彼此以相反的方向连接的两个功率半导体开关，从而可以在两个方向上开关电流。
在本发明的范围内，互连和容性地起作用的部件的数量原则上是任意的。
然而，优选每个附加绕组具有两个子附加绕组，其中，每个高压绕组与一个子附加绕组感性地耦合，并且子附加绕组彼此串联或并联连接。根据该有利的扩展方案，高压绕组和子附加绕组例如彼此同心地布置，其中，它们包围相同的芯部段，例如一个芯柱。在此，高压绕组和子附加绕组被设计为空心圆柱体，其中，芯柱延伸通过内部的附加绕组，该内部的附加绕组被高压绕组包围。
根据本发明的一个优选的设计方案，容性地起作用的部件包括至少一个电容器。在此，术语“电容器”不仅应当理解为单个电容器，而且也应当理解为多个电容器的串联电路和/或并联电路，即也应当理解为电容器组。电容器可以布置在FVSR的罐体中。与此不同，电容器布置在自己的单独的壳体中，或者以空气绝缘的方式布置。
当附加绕组形成三角形连接时，产生进一步的优点。在本发明的这种设计方案中，适宜的是，对每个附加绕组并联连接一个电容器。如果每个附加绕组由两个串联连接的子附加绕组构成，则对子附加绕组的串联电路并联连接电容器。然而，与此不同，电容器同样也可以具有两个子电容器，其中，每个子电容器与一个子附加绕组并联连接。在将附加绕组或子附加绕组桥接的电容器支路中，优选布置开关单元，开关单元在其闭合位置负责将电容器与附加绕组并联连接，其中，开关单元在其中断位置抵消电容器的容性作用。
根据本发明的另一个设计方案，每个容性地起作用的部件又被实施为电容器，其中，附加绕组形成三角形连接，并且其中，两个附加绕组之间的电势点与电容器的一个极连接。在本发明的该实施方式中，又可以由子绕组构成的附加绕组也布置成三角形连接。两个附加绕组之间的电势点直接或通过开关单元与电容器的一个极连接。电容器在其远离附加绕组的一侧优选接地。与此不同，电容器在其远离附加绕组的一侧彼此连接，其中，它们形成所谓的电容器星形点。在本发明的范围内，电容器星形点可以接地。在一个不同的设计方案中，电容器星形点是悬浮的，因此是不接地的电容器星形点。
此外，在本发明的范围内，容性地起作用的部件可以相应地设计为电容器，其中，附加绕组形成星形连接，从而提供共同的附加绕组星形点。附加绕组分别在其远离星形点的一侧与电容器的一个极连接。与此不同，形成一个附加绕组星形点的附加绕组可以在其远离附加绕组星形点的一侧，通过电容器彼此连接。如前面所描述的，在将两个附加绕组彼此连接的电容器支路中，又可以布置开关单元。
根据本发明的另一个实施方式，附加绕组用作补偿绕组。其前提是，附加绕组形成三角形连接。利用三角形连接，确保对在FVSR运行中出现的电网频率的如下谐波进行抑制，这些谐波的阶数是奇数，并且可以被三整除。换言之，根据本发明的该实施方式，使用本来就需要的绕组，即补偿绕组，以低成本并且节省空间的方式，将容性部件集成到FVSR中。换言之，提供了一种低成本、节省空间并且有效的设备。补偿绕组例如对电网频率的三次、九次和十五次谐波振荡进行抑制。
根据本发明的一个不同的设计方案，容性地起作用的部件包括至少一个静止无功功率补偿器，静止无功功率补偿器对于每个高压接头，具有由双极子模块构成的串联电路，其中，每个子模块形成由功率半导体开关和电容器构成的全桥电路。这种无功功率补偿器也作为所谓的STATCOM已知。
在全桥电路的情况下，子模块具有第一串联电路支路和第二串联电路支路。两个串联电路支路相应地与子模块的电容器并联连接。在此，每个串联电路支路具有由功率半导体开关构成的串联电路。功率半导体开关之间的电势点分别与一个连接端子连接。换言之，第一串联电路支路的功率半导体开关之间的电势点与子模块的第一连接端子连接，并且第二串联电路支路的功率半导体开关之间的电势点与子模块的第二连接端子连接。现在，在子模块的串联电路中，第一子模块的第二连接端子又与第二子模块的第一连接端子连接。子模块的数量取决于相应地存在的要求。作为功率半导体开关，在此优选考虑可断开的功率半导体开关、特别是所谓的IGBT，对IGBT分别反向并联连接续流二极管。
根据一个与此相关的适宜的扩展方案，附加绕组形成三角形连接，其中，两个附加绕组之间的每个电势点与由双极子模块构成的串联电路连接。在此，也有利的是，附加绕组又具有两个子附加绕组，两个子附加绕组优选彼此串联连接。在此，每个子附加绕组又与高压绕组感性地耦合，其中，前面进行的描述在此相应地适用。在此，附加绕组也可以用作补偿绕组，用于对可以被三整除的电网频率的谐波进行抑制。
优选至少一个容性部件通过开关单元与至少一个附加绕组连接。如上面已经描述的，借助可以实施为电子或机械开关的开关单元，可以对容性部件的容性作用进行控制。如果开关单元实施为电子开关，则电子开关可以与已经存在的控制单元连接。此外，也可以通过自己的单独的控制器，来控制容性部件的电子开关或者机械开关。
根据本发明的一个优选的设计方案，根据本发明的设备具有罐体，高压绕组和闭合磁路布置在罐体中。罐体优选填充有绝缘流体，例如酯液或矿物油，绝缘流体一方面提供必要的绝缘，另一方面为在运行中处于高压的部件提供必要的冷却。在一个变型方案中，每个容性部件，例如每个电容器或每个静止无功功率补偿单元，布置在与FVSR的高压绕组相同的罐体中。
与此不同，容性部件布置在本来的FVSR的罐体的外部。换言之，单独布置容性地起作用的部件。在此，容性地起作用的部件可以布置在第二罐体中，该第二罐体同样填充有绝缘流体，例如气体或液体。在这种情况下，需要绝缘套管，以便在处于地电势的罐体或壳体，与将附加绕组与每个容性地起作用的部件连接的高压导体之间，提供必要的电绝缘。
附图说明
本发明的其它适宜的设计方案和优点，是下面参考附图的图示对本发明的实施例的描述的内容，其中，相同的附图标记指示相同地起作用的部件，并且其中，
图1以示意图示出了根据本发明的设备的一个实施例，
图2示出了根据图1的设备的饱和开关支路，
图3示出了根据本发明的设备的另一个实施例，
图4至图8示出了说明电容器作为容性地起作用的部件与附加绕组的互连的实施例，
图9示出了本发明的另一个实施例，以及
图10以示意图示出了本发明的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的设备1的实施例，设备1具有填充有绝缘流体的罐体2。作为绝缘流体，可以考虑矿物油，但是也可以考虑酯液或类似物。绝缘流体一方面为设备1的构件提供必要的耐压强度，设备1的这些构件相对于处于地电势的罐体2处于高压电势。此外，绝缘流体用于冷却在运行中产生热的部件。
在罐体2内布置有芯，芯由可磁化材料、在此是扁平的彼此紧靠的铁板构成，并且作为芯部段形成第一芯柱3和第二芯柱4。第一芯柱3被第一高压绕组5包围。第二芯柱4被第二高压绕组6包围。在图中未示出的磁轭用于形成闭合的磁路，磁轭从第一芯柱3的上端延伸至第二芯柱4的上端，并且从芯柱3的下端延伸至芯柱4的下端。在图1中示出了针对一相的缠绕的芯柱3和4。对于高压电网的另外两相，在罐体2中分别布置有两个另外的缠绕的芯柱(未示出)，其通过磁轭彼此连接。此外，设置有两个同样在图中未示出的回流柱，它们没有被绕组包围，并且在右侧和左侧平行于芯柱3或4延伸。换言之，在图1中描述的FVSR的单相实施中，设置有所谓的6/2芯。与此不同，根据本发明的设备1可以针对每一相具有罐体2。然后，在每个单相的罐体2中布置具有两个缠绕的芯柱3和3以及两个未缠绕的回流柱的2/2芯。
第一高压绕组5和第二高压绕组6分别具有高压端7，第一高压绕组5和第二高压绕组6利用高压端7与高压接头8连接。如果设备1布置在用绝缘流体填充的罐体中，则例如作为套管来实施高压接头8。套管穿过罐体壁，并且在其布置在罐体外部的自由端配备有室外接头。在图中未示出的室外接头用于连接空气绝缘导体。第一高压绕组5和第二高压绕组6在其低压端9处，分别与饱和开关支路10和11连接，其中，每个饱和开关支路10、11具有双极子模块12，双极子模块12利用第一连接端子13与相应的高压绕组5或6连接，并且利用第二连接端子14与共同的电势点15连接。在所示出的实施例中，电势点15接地。换言之，高压绕组5和6彼此并联连接，或者至少可以并联连接。
高压绕组5和6经由高压接头8，与高压电网17的相导体16连接，其中，高压电网17具有两个另外的相导体18和19，其分别又经由高压接头8与两个高压绕组以及两个饱和开关支路连接。换言之，设备1针对高压电网17的每一相16、18、19具有相同的结构，其中，这里，为了清楚起见，仅示出了一个相导体16的结构。
对于在此示出的全可变并联电抗器(FVSR)重要的是，每个饱和开关支路10或11都具有双极子模块12，双极子模块12具有由功率半导体开关20、21、22和23构成的桥式电路以及直流电压源24，直流电压源24优选构造为单极的，因此具有固定的正极和固定的负极。
在本发明的范围内，桥式电路可以是半桥或全桥。在图1中，每个子模块具有全桥，全桥具有四个功率半导体开关20、21、22、23。半桥仅包括两个功率半导体开关。为了适当地控制四个功率半导体开关20、21、22和23，设置有控制单元26，可以在输入侧向控制单元26供应电压UACsoll、交流电流IACsoll和无功功率QACsoll的额定值。为了采集从相导体16流到高压绕组5和6的交流电流IAC，使用电流传感器27，其中，电压传感器28采集降落在高压绕组5和6的高压侧的电压。电流传感器27和电压传感器28通过在图中未示出的信号线与控制单元26连接。在高压绕组5或6的低压侧9，同样可以看到传感器29和30，它们同样通过信号线与控制单元26连接，并且采集在相应的子模块12与相应的高压绕组5或6之间流动的电流。
通过来自控制单元26的合适的控制信号(其通过虚线示出)，子模块12的功率半导体开关20、21、22和23可以从断开位置转变到导通位置，或者相反，从导通位置转变到断开位置，在断开位置，经由功率半导体开关的电流中断，在导通位置，使得电流可以流经功率半导体开关。
设备1的运行方式如下：如果电流传感器27和28或29采集的电流为正，则饱和开关电路10的功率半导体开关22和23闭合。在这一点上假设，先前从第一饱和开关支路的子模块12流向高压绕组5的直流电流已经使芯柱3饱和，从而对于交流电压的正半波，高压绕组5的交流电阻比高压绕组6的交流电阻小。因此，几乎所有的交流电流IAC经由用I1标记的电流路径流向地。因此，在电流的正半波，使功率半导体开关21和22闭合，从而饱和开关电路11的直流电压源24驱动直流电流，该直流电流从高压绕组6流向地15。因此，在相导体16中的交流电压的正半波期间，可以以期望的方式使第二芯柱4饱和。
相反，在传感器27或30测量的电流为负的负半波期间，交流电流IAC基本上流经第二高压绕组6，从而通过使第一饱和开关支路10的子模块12的功率半导体开关20和23闭合，并且使功率半导体开关21和22断开，产生饱和直流电流，该饱和直流电流从子模块12流向第一高压绕组5。替换地，通过使功率半导体开关22和21闭合，电流沿相反的方向流动。通过适当地进行开关，可以调整芯柱3的期望的饱和。
图2更详细地示出了第一和第二饱和开关电路10、11的子模块12的结构。可以看到，两个饱和开关支路10和11的子模块具有相同的结构。还可以看到，功率半导体开关20、21、22、23包括所谓的IGBT 31，续流二极管32与IGBT 31反向并联连接。具有续流二极管的IGBT的结构原则上是已知的，因此在这一点上不需要更详细地讨论其工作方式。重要的是，续流二极管22用于针对相反方向上的过电压保护IGBT。在此，IGBT 31和二极管32通常安装在共同的开关壳体中。在此，将IGBT 31和续流二极管32共同称为功率半导体。
作为所谓的全桥来实施每个模块12，并且每个模块12包括第一串联电路支路33和第二串联电路支路34，其分别由两个串联连接的功率半导体开关20、21或22和23构成。第一串联电路支路33的功率半导体开关20、21之间的电势点与第一连接端子13连接，并且第二串联电路支路34的功率半导体开关22与23之间的电势点与子模块12的连接端子14连接。
到目前为止，仅说明了在图1中示出的作为“全可变并联电抗器”(FVSR)的设备1的工作方式。此外，如图1所示的设备还具有容性地起作用的部件，其在图1中实施为电容器35。该电容器与附加绕组36并联连接，其中，该附加绕组由彼此串联连接的两个子附加绕组37和38构成。子附加绕组37与第一高压绕组5感性地耦合，并且第二子附加绕组38与第二高压绕组6感性地耦合。在此，高压绕组5或6和相应的子附加绕组37或38彼此同心地布置，其中，它们围绕另外没有进一步示出的芯的相同的芯部段3或4.
在图1中，仅针对在那里示出的相，示出了附加绕组36。然而，在罐体2中，还针对其它相，设置了另外的附加绕组，这些另外的附加绕组相同地构建，并且以相同的方式与电容器35互连。在此，不同相的附加绕组36以三角形连接的方式彼此连接。这种三角形连接通过箭头39a和39b示出。此外，在布置有电容器35的附加绕组的并联支路中，示意性地示出了开关40，在所示出的实施例中，开关40包括两个反向并联连接的晶闸管。借助电子开关40，可以并联连接附加绕组36的电容器35，或者抑制容性地起作用的部件35的作用。
在图1中，作为布置在FVSR的箱体外部的单个电容器，示出了电容器35。然而，该电容器包括彼此串联或并联布置的多个电容器，因此其也可以称为电容器组。在此，并联或串联连接的电容器的数量取决于相应的要求，其中，可以增加或减少容性作用。
像FVSR的箱体2外部的开关一样布置电容器或者换言之电容器组35。为了使得能够在布置在罐体2中的附加绕组36之间进行电连接，又设置适当的套管8，套管8使得高压线能够以耐压的方式穿过位于地电势的罐体壁。
图3示出了根据本发明的设备1的另一个实施例，其中，为了清楚起见，仅示出了与高压电网17的一相连接的部件。在所示出的实施例中，每个饱和支路10或11包括由多个子模块12构成的串联电路，这些子模块12由控制单元26全部相同或不同地进行控制，使得可以与相应的要求对应地调整用于产生用于使芯柱3、4饱和的直流电流的直流电压。附加绕组36又包括两个子附加绕组37和38，它们彼此串联连接，其中，如箭头39a和39b所示，所示出的附加绕组36与其它相的附加绕组一起形成三角形连接。换言之，子附加绕组37在其端部39a处，与这里在图3中未示出的第二相的子附加绕组连接。相应的内容适用于子附加绕组38，子附加绕组38在其端部39b处，与在图3中未示出的另一相的子附加绕组连接。不同相的两个附加绕组36之间的电势点又通过开关40与电容器35或电容器组的一个极连接，其中，每个电容器35在其远离补偿绕组36和开关40的一侧与地电势15连接。在此，电容器35和开关40布置在设备1的箱体2内。以这种方式，提供特别节省空间的设备1。此外，与在图1中示出的实施例相比，避免了从箱体2引出高压线的开销。
图4、5、6、7和8示出了实施为电容器的感性地起作用的部件与附加绕组之间的不同的互连，其中，为了清楚起见，作为单个绕组示出了并联连接的高压绕组5和6。高压绕组5和6与其它相的高压绕组一起形成共同的星形点15，在图1和3中也示出了该共同的星形点15。该共同的星形点15接地。高压绕组5、6可以在其远离星形点15的一侧，分别与高压电网17的一相16、18或19连接。作为竖直的线条共同示出了两个芯柱3、4。重要的是，高压绕组5、6经由芯柱3、4感性地耦合到设备1的不同相的附加绕组36。
在图4中可以看出，设计为电容器35或电容器组35的感性地起作用的部件35，与相应的相的每个补偿绕组36并联连接。在这方面，图4对应于在图1中示出的根据本发明的设备1的设计方案。
图5又示出了设备1的各个相的附加绕组36的三角形连接，其中，与在图4中示出的实施例不同，不同相的两个附加绕组36之间的每个电势点与电容器35的一个极连接，其中，电容器在其远离附加绕组36的一侧经由接地接头15接地。在附加绕组36与每个电容器35之间，又连接了功率半导体开关40，在图5中仅示出了其中一个。在这方面，在图5中示出的布置对应于在图3中示出的本发明的实施例。
图6示出了感性地起作用的部件35与附加绕组36之间的互连的另一个实施例。在此，不同相的附加绕组36也又以三角形连接的方式彼此连接，其中，在此，也在不同相的附加绕组36之间的每个电势点处连接电容器，但是电容器在其远离附加绕组的一侧形成电容器星形点42。在这方面，根据图6的图示对应于根据图5的图示，然而其中，图6中的电容器星形点42不接地。在此，也又可以使用开关。
在图7中示出的实施例中，设备1的不同相的附加绕组36以星形点连接的方式布置，从而形成附加绕组星形点43。每个附加绕组36又在其远离附加绕组星形点43的一端，经由开关40与电容器35的一个极连接。在此，各个相的电容器35在其远离附加绕组36的一侧彼此连接，从而电容器35以三角形连接的方式彼此连接。如上面已经描述的，在附加绕组36三角形连接的情况下，借助附加绕组可以抑制电网频率(电流)的可被3整除的奇次谐波振荡。由于该原因，对于设备1的每一相，设置附加的补偿绕组44，其中，不同相的补偿绕组同样以三角形连接的方式彼此连接。补偿绕组44经由用附图标记3和4示出的、作为闭合磁路的一部分的芯部段，与高压绕组5和6以及与附加绕组36感性耦合。
图8在很大程度上对应于在图7中示出的实施例，然而其中，以星形连接的方式彼此连接的附加绕组36，在其远离附加绕组星形点43的端部处，又经由电容器35彼此连接。换言之，电容器35形成三角形连接，其中，不同相的两个电容器之间的电势点，通过附加绕组36与附加绕组星形点连接。此外，在每一个电容器35与附加绕组36之间设置有开关单元40。与在图7中相同，在图8中示出的实施例中，也针对设备1的每一相，设置补偿绕组44，其中，三个补偿绕组44彼此形成三角形连接，从而可以通过补偿绕组来抑制电网频率的谐波。
图9示出了根据本发明的设备1的另一个实施例，其中，一相的每个附加绕组36由两个彼此并联连接的子附加绕组37和38构成。子附加绕组37和38的并联电路在一侧与附加绕组星形点43连接，并且在其远离附加绕组星形点的端部，与实施为电容器35的容性地起作用的部件连接。电容器可以经由开关40与地电势15连接。开关40和电容器35布置在填充有绝缘流体、在此是矿物油的箱体内。此外，可以看到补偿绕组44，补偿绕组44同样由两个子补偿绕组构成，这两个子补偿绕组彼此串联连接。在此，补偿绕组、子附加绕组和高压绕组5或6分别彼此同心地布置，并且在此包围共同的芯柱3或4。
在图10中示出的实施例，在补偿绕组44、子附加绕组37和38以及高压绕组5和6的布置方面，对应于在图9中示出的实施例。补偿绕组44与其它相的未示出的补偿绕组一起连接成三角形连接。然而，在图10中示出的实施例中，感性地起作用的部件实施为所谓的STATCOM 45，其中，STATCOM具有由双极子模块构成的串联电路，双极子模块在其结构方面对应于图2中的子模块12，其中，设置单极电容器，作为直流电压源24。也就是说，借助全桥电路，可以在STATCOM 45的子模块的连接端子13和14处，产生降落在直流电压电容器24上的电压、零电压和反向的电容器电压。然而，静止无功功率补偿器STATCOM的结构原则上是已知的，因此可以省略关于其的更详细的描述。在图10中示出的实施例中，对于设备1的每一相或每个高压接头8，设置一个STATCOM 45。因此，通常需要三个STATCOM45，它们如图10所示彼此连接成三角形连接。

Claims (10)

1.一种用于在高压电网(17)中进行无功功率补偿的设备(1)，所述高压电网具有至少一个相导体(16，18，19)，所述设备具有至少一个高压接头(8)，所述高压接头被配置为用于与所述相导体连接，其中，对于每个高压接头(8)，设置有
-作为闭合磁路的一部分的第一和第二芯部段(3，4)，
-包围第一芯部段(3)的第一高压绕组(5)，以及
-包围第二芯部段(4)并且与第一高压绕组(5)并联连接的第二高压绕组(6)，
-至少一个饱和开关支路(10，11)，其被配置为用于使芯部段(3，4)饱和，并且所述饱和开关支路具有由可控的功率半导体开关(20，21，22，23)构成的桥式电路和直流电压源(24)，其中，所述饱和开关支路与所述第一高压绕组(5)或第二高压绕组(6)连接，以及
-用于控制所述功率半导体开关(20，21，22，23)的控制单元(26)，
其中，第一和第二高压绕组(5，6)利用其高压端(7)与相关联的高压接头(8)连接，并且能够在其低压侧(9)与所述饱和开关支路(10，11)或者一个饱和开关支路连接，
其特征在于
附加绕组(36)，所述附加绕组与高压绕组(5，6)感性地耦合，其中，所述附加绕组(36)与至少一个容性地起作用的部件(36，45)互连，其中，每个附加绕组(36)具有两个子附加绕组(37，38)，并且每个高压绕组(35)与一个子附加绕组(37，38)感性地耦合，其中，子附加绕组(37，38)彼此串联或并联连接。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，
其特征在于，
所述容性地起作用的部件(36，45)具有电容器(35)，其中，附加绕组(36)形成三角形连接，并且每个附加绕组(36)与一个电容器(35)并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，
其特征在于，
所述容性地起作用的部件具有电容器(35)，其中，附加绕组(36)形成三角形连接，并且两个附加绕组(36)之间的电势点与电容器(35)的一个极连接。
4.根据权利要求1或2所述的设备(1)，
其特征在于，
所述容性地起作用的部件具有电容器(35)，其中，附加绕组(36)形成三角形连接，并且两个附加绕组(36)之间的每个电势点通过电容器(35)与电容器星形点(42)连接。
5.根据权利要求1或2所述的设备(1)，
其特征在于，
所述容性地起作用的部件具有电容器(35)，其中，附加绕组(36)彼此连接，以形成附加绕组星形点(43)，并且在其远离所述附加绕组星形点(43)的一侧与电容器(35)的一个极连接。
6.根据权利要求1或2所述的设备(1)，
其特征在于，
所述容性地起作用的部件具有电容器(35)，其中，附加绕组(36)彼此互连，以形成附加绕组星形点(43)，并且在其远离所述附加绕组星形点(43)的一侧通过电容器(35)彼此连接。
7.根据权利要求1或2所述的设备(1)，
其特征在于，
附加绕组(36)用作补偿绕组(44)。
8.根据权利要求1或2所述的设备(1)，
其特征在于，
所述容性地起作用的部件具有静止无功功率补偿器(45)，所述静止无功功率补偿器对于每个高压接头(8)，具有由双极子模块(1 2)构成的串联电路，其中，每个子模块(12)形成由功率半导体开关(20，21，22，23)和电容器(35)构成的全桥电路。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，
其特征在于，
每个子模块(12)具有第一串联电路支路(33)和第二串联电路支路(34)，所述第一串联电路支路和所述第二串联电路支路分别与电容器并联连接，每个串联电路支路(33，34)具有由功率半导体开关(20，21，22，23)构成的串联电路，其中，所述第一串联电路支路(33)的功率半导体开关(20，21)开关之间的电势点与子模块(12)的第一连接端子(13)连接，并且所述第二串联电路支路(34)的功率半导体开关(22，23)之间的电势点与子模块(12)的第二连接端子(14)连接。
10.根据权利要求8所述的设备(1)，
其特征在于，
附加绕组(36)形成三角形连接，其中，两个附加绕组(36)之间的每个电势点与由双极子模块(12)构成的串联电路连接。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112951566B (zh) * 2021-02-03 2023-03-21 陕西省地方电力(集团)有限公司延安供电分公司 一种高频全控开关变匝比电流电压自控变压器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH556105A (de) 1973-03-14 1974-11-15 Bbc Brown Boveri & Cie Regelbarer blindleistungskompensator an einem elektrischen ein- oder mehrphasenuebertragungsnetz und verfahren zum betrieb des kompensators.
SU1101967A1 (ru) * 1982-11-03 1984-07-07 Московское Производственное Объединение "Электрозавод" Им.В.В.Куйбышева Статический компенсатор реактивной мощности
DE4436353C2 (de) 1994-10-12 1997-02-06 Abb Management Ag Verfahren zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes gegen Blindlastschwankungen und Blindleistungskompensationseinrichtung
US20040012472A1 (en) 1997-11-28 2004-01-22 Christian Sasse Flux control for high power static electromagnetic devices
JP5450157B2 (ja) * 2010-02-25 2014-03-26 株式会社日立製作所 電力変換装置
CN102891000B (zh) 2011-07-18 2016-03-02 尤大千 防雷消谐无功功率补偿容性变压器
CN102891001B (zh) 2012-09-11 2016-03-30 沈阳昊诚电气有限公司 三相变压器系统及具有其的电网
DE202013004706U1 (de) 2013-05-21 2013-07-01 Dandong Xintai Electric Co., Ltd. Magnetisch gesteuerte Drosselspule
US9819286B2 (en) * 2014-06-13 2017-11-14 Siemens Aktiengesellschaft Converter for outputting reactive power, and method for controlling said converter
CN104009485B (zh) 2014-06-19 2016-08-24 贵州大学 一种电力变压器附加调节电容无功方法及其装置
EP3168708B1 (de) * 2015-11-10 2018-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Stufenlos regelbare sättigungs-kompensationsdrosselspule

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