CN112564140A - 一种换相序装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种换相序装置及控制方法。换相序装置包括：第一换相序单元、第二换相序单元、第三换相序单元、第一机械式断路器、第二机械式断路器、第三机械式断路器以及控制单元；第一机械式断路器与发电机的a相序以及电力系统的A相序连接；第二机械式断路器与发电机的b相序以及电力系统的B相序连接；第三机械式断路器与发电机的c相序以及电力系统的C相序连接；控制单元用于当电力系统同步时，控制三台机械式断路器闭合，同时控制三个换相序单元断开，当所述电力系统失步时，控制三台机械式断路器断开，并相应的控制三个换相序单元的导通。本发明大大降低了传统换相序装置的通态损耗，进而降低了传统换相序装置因发热引起的安全性问题。

Description

一种换相序装置及控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统稳定控制领域，特别是涉及一种换相序装置及控制方法。
背景技术
稳定性问题是交流输电系统的最大问题。随着电网规模扩大，区域互联不断增多，系统中各种不确定性运行变量与复杂扰动因素相互干扰、相互影响，极易造成联络线功率大幅摆动，显著增加了系统发生暂态失稳的概率，给系统安全稳定运行带来了极大的风险。
换相序技术是一种新型的电力系统紧急控制技术，以单机对无穷大系统为例，当系统受到扰动后失步，功角摆开到90°～180°之间某一角度时，可以采用“换相序”操作将系统拉回同步。设换相序的功角阈值为δm，当电力系统的功角摆开到δm时，利用换相序装置将联络线路的一次侧相位断开后迅速错位连接，从而抑制系统失稳。
传统的换相序装置由A、B、C每相3台，一共9台固态断路器组成，通过控制9台断路器的通断实现换相序功能，由于固态断路器的半导体组件始终串联在电网中，会产生较大的损耗，并且会因发热引起故障，导致换相序装置误动，给电力系统的安全运行带来隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种换相序装置及控制方法，大大降低了传统换相序装置的通态损耗，进而降低了传统换相序装置因发热引起的安全性问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种换相序装置，所述换相序装置串联在发电机和电力系统之间的回路中；所述的一种换相序装置包括：第一换相序单元、第二换相序单元、第三换相序单元、第一机械式断路器、第二机械式断路器、第三机械式断路器以及控制单元；
所述第一换相序单元的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第一换相序单元的第二端与发电机的a相序连接；所述第一机械式断路器分别与所述发电机的a相序以及所述电力系统的A相序连接；
所述第二换相序单元的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第二换相序单元的第二端与发电机的b相序连接；所述第二机械式断路器分别与所述发电机的b相序以及所述电力系统的B相序连接；
所述第三换相序单元的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第三换相序单元的第二端与发电机的c相序连接；所述第三机械式断路器分别与所述发电机的c相序以及所述电力系统的C相序连接；
所述控制单元分别与所述第一换相序单元、所述第二换相序单元、所述第三换相序单元、所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器、所述第三机械式断路器以及所述电力系统连接；
所述控制单元用于当所述电力系统同步时，控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器闭合，同时控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元断开；
所述控制单元还用于当所述电力系统失步时，控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元导通。
可选的，所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及第三换相序单元结构相同。
可选的，所述第一换相序单元包括三个固态断路器；
三个所述固态断路器的第一端与所述电力系统的三相相序一一对应连接；
三个所述固态断路器的第二端均与所述发电机的a相序连接。
可选的，所述固态断路器包括4组二极管模块以及IGBT模块；
所述4组二极管模块以全桥方式连接；
所述IGBT模块均与所述4组二极管模块连接。
一种换相序装置控制方法，所述一种换相序装置控制方法应用于一种换相序装置，所述的一种换相序装置控制方法包括：
获取所述电力系统的电流；
根据所述电流判断所述电力系统是否出现失步，得到判断结果；
若所述判断结果表示所述电力系统没有出现失步，则控制第一机械式断路器、第二机械式断路器以及第三机械式断路器闭合，同时控制第一换相序单元、第二换相序单元以及第三换相序单元断开；
若所述判断结果表示所述电力系统出现失步，则控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元中相应的三台固态断路器导通；并返回所述获取所述电力系统的电流的步骤。
可选的，所述若所述判断结果表示所述电力系统出现失步，则控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元中相应的三台固态断路器导通，具体包括：
获取发电机的功角；
判断所述功角是否大于等于换相序阈值；
若大于等于，则控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元中相应的三台固态断路器导通；
当所述功角大于等于换相序阈值时，将导通的3台固态断路器断开，按照既定次序将另外3台固态断路器导通，实现相序切换；
若小于，则换相序装置保持没有出现失步时的状态。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种换相序装置及控制方法，在传统的换相序装置的基础上增加了3台机械式断路器，系统正常运行时电流通过机械式断路器支路流通，换相序时断开机械式断路器，正常相序连接的3台固态断路器导通，电流从机械式断路器支路转移到固态断路器支路，再进行换相序操作。本发明提出的电力电子装置大大降低了传统换相序装置的通态损耗，降低了传统换相序装置因发热引起的安全性问题，同时具有控制简单、可靠性高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种换相序装置结构示意图；
图2为固态断路器结构示意图；
图3为均压电路和耗能支路结构示意图；
图4为电力系统同步时的电流通路示意图；
图5为检测到失步时电流通路示意图；
图6为第一次换相序后电流通路示意图；
图7为第二次换相序后电流通路示意图；
图8为本发明所提供的一种换相序装置控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种换相序装置及控制方法，大大降低了传统换相序装置的通态损耗，进而降低了传统换相序装置因发热引起的安全性问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种换相序装置结构示意图，如图1所示，本发明所提供的一种换相序装置，所述换相序装置串联在发电机和电力系统之间的回路中；所述的一种换相序装置包括：第一换相序单元1、第二换相序单元2、第三换相序单元3、第一机械式断路器MCBA、第二机械式断路器MCBB、第三机械式断路器MCBC以及控制单元。
所述第一换相序单元1的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第一换相序单元1的第二端与发电机的a相序连接；所述第一机械式断路器MCBA分别与所述发电机的a相序以及所述电力系统的A相序连接。
所述第二换相序单元2的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第二换相序单元2的第二端与发电机的b相序连接；所述第二机械式断路器MCBB分别与所述发电机的b相序以及所述电力系统的B相序连接。
所述第三换相序单元3的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第三换相序单元3的第二端与发电机的c相序连接；所述第三机械式断路器MCBC分别与所述发电机的c相序以及所述电力系统的C相序连接。
所述控制单元分别与所述第一换相序单元1、所述第二换相序单元2、所述第三换相序单元3、所述第一机械式断路器MCBA、所述第二机械式断路器MCBB、所述第三机械式断路器MCBC以及所述电力系统连接。
所述控制单元用于当所述电力系统同步时，控制所述第一机械式断路器MCBA、所述第二机械式断路器MCBB以及所述第三机械式断路器MCBC闭合，同时控制所述第一换相序单元1、所述第二换相序单元2以及所述第三换相序单元3断开。
所述控制单元还用于当所述电力系统失步时，控制所述第一机械式断路器MCBA、所述第二机械式断路器MCBB以及所述第三机械式断路器MCBC断开，并控制所述第一换相序单元1、所述第二换相序单元2以及所述第三换相序单元3导通。
所述第一换相序单元1、所述第二换相序单元2以及第三换相序单元3结构相同。
所述第一换相序单元1包括三个固态断路器；
三个所述固态断路器的第一端与所述电力系统的三相相序一一对应连接；
三个所述固态断路器的第二端均与所述发电机的a相序连接。
如图1所示，SSCB1A为连接A-a两相的固态断路器，SSCB3A为连接A-b两相的固态断路器，SSCB2A为连接A-c两相的固态断路器，SSCB1B为连接B-b两相的固态断路器，SSCB3B为连接B-c两相的固态断路器，SSCB2B为连接B-a两相的固态断路器，SSCB1C为连接C-c两相的固态断路器，SSCB3C为连接C-a两相的固态断路器，SSCB2C为连接C-b两相的固态断路器。MCBA为连接A-a的机械式断路器，MCBB为连接B-b的机械式断路器，MCBC为连接C-c的机械式断路器。固态断路器的编号和连接方式与传统的换相序电力电子装置相同。
如图2所示，所述固态断路器包括4组二极管模块以及IGBT模块。
所述4组二极管模块以全桥方式连接。
所述IGBT模块均与所述4组二极管模块连接。
如图2所示，所述固态断路器还包括均压电路和耗能支路以及辅助电路；所述辅助电路包括控制系统、测量系统和冷却系统。
均压电路和耗能支路如图3所示，其中，耗能支路由金属氧化物电阻(Metal OxideVaristor，MOV)组成。均压电路包括二极管D、电容C、可控晶闸管Q1、均压电阻R1以及均压电阻R2。
一种换相序装置控制方法应用于所述的一种换相序装置，所述的一种换相序装置控制方法包括：
S1，获取所述电力系统的电流；
S2，根据所述电流判断所述电力系统是否出现失步，得到判断结果；
S3，若所述判断结果表示所述电力系统没有出现失步，则控制第一机械式断路器MCBA、第二机械式断路器MCBB以及第三机械式断路器MCBC闭合，同时控制第一换相序单元1、第二换相序单元2以及第三换相序单元3断开；
S4，若所述判断结果表示所述电力系统出现失步，则控制所述第一机械式断路器MCBA、所述第二机械式断路器MCBB以及所述第三机械式断路器MCBC断开，并控制所述第一换相序单元1、所述第二换相序单元2以及所述第三换相序单元3中相应的三台固态断路器导通；并返回所述获取所述电力系统的电流的步骤。
S4具体包括：
获取发电机的功角；
判断所述功角是否大于等于换相序阈值；
若大于等于，则控制所述第一机械式断路器MCBA、所述第二机械式断路器MCBB以及所述第三机械式断路器MCBC断开，并控制所述第一换相序单元1、所述第二换相序单元2以及所述第三换相序单元3中相应的三台固态断路器导通；
当所述功角大于等于换相序阈值时，将导通的3台固态断路器断开，按照既定次序将另外3台固态断路器导通，实现相序切换；
若小于，则换相序装置保持没有出现失步时的状态。
在电力系统正常运行状态下，A、B、C三相相序正常连接，机械式断路器MCBA、MCBB、MCBC闭合，固态断路器关断，各相电流通过机械式断路器MCBA、MCBB、MCBC流通，如图4所示。
当检测到系统失步后，为了满足换相序的技术需求，在达到换相序阈值时快速断开三相电流，将机械式断路器MCBA、MCBB、MCBC断开，固态断路器SSCB1A、SSCB1B、SSCB1C导通，电流从机械式断路器转移到固态断路器，此时三相相序正常连接，电流的通过固态断路器SSCB1A、SSCB1B、SSCB1C流通，如图5所示。
当系统失步功角逐渐增大，达到换相序阈值时，换相序装置收到动作信号，此时固态断路器SSCB1A、SSCB1B、SSCB1C迅速断开，三台断路器断开后，固态断路器SSCB2A、SSCB2B、SSCB2C迅速导通，电流从原来的回路改为通过固态断路器SSCB2A、SSCB2B、SSCB2C流通，如图6所示。
此时系统的相序连接方式由原来的A-a、B-b、C-c改为了A-c、B-a、C-b，实现了功角减小120°
若一次换相序未能抑制系统的失步，则需进行第二次换相序，当达到第二次换相序阈值时，换相序装置收到动作信号，此时固态断路器SSCB2A、SSCB2B、SSCB2C迅速断开，三台断路器断开后，固态断路器SSCB3A、SSCB3B、SSCB3C迅速导通，电流从原来的回路改为通过固态断路器SSCB3A、SSCB3B、SSCB3C流通，如图7所示。
此时系统的相序连接方式由原来的A-c、B-a、C-b改为了A-b、B-c、C-a，实现了功角减小120°
若二次换相序未能抑制系统的失步，则需继续进行换相序，当再次达到换相序阈值时，换相序装置收到动作信号，此时固态断路器SSCB3A、SSCB3B、SSCB3C迅速断开，三台断路器断开后，固态断路器SSCB1A、SSCB1B、SSCB1C迅速导通，电流从原来的回路改为通过固态断路器SSCB1A、SSCB1B、SSCB1C流通，如图5所示。
若三次换相序后系统仍未恢复同步，则重新进行上述过程。整个工作方法的流程图如图8所示。
本发明所设计的换相序装置不同于传统的换相序装置，传统换相序装置的固态断路器始终串联在系统中，而本发明设计的换相序装置增加了3台机械式断路器，负责开断电流的固态断路器并联在机械式断路器两端。电力系统正常运行时电流通过机械式断路器流通，识别到系统失步后，机械式断路器断开，电流从机械式断路器转移到固态断路器上，当达到换相序阈值时，按照既定次序依次开断9台固态断路器，完成换相序操作。本发明提出的换相序装置大大降低了传统换相序装置的通态损耗，降低了传统换相序装置因发热引起的安全性问题，同时具有控制简单、可靠性高的优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种换相序装置，所述换相序装置串联在发电机和电力系统之间的回路中；其特征在于，所述的一种换相序装置包括：第一换相序单元、第二换相序单元、第三换相序单元、第一机械式断路器、第二机械式断路器、第三机械式断路器以及控制单元；
所述第一换相序单元的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第一换相序单元的第二端与发电机的a相序连接；所述第一机械式断路器分别与所述发电机的a相序以及所述电力系统的A相序连接；
所述第二换相序单元的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第二换相序单元的第二端与发电机的b相序连接；所述第二机械式断路器分别与所述发电机的b相序以及所述电力系统的B相序连接；
所述第三换相序单元的第一端分别与电力系统的每一相序连接，所述第三换相序单元的第二端与发电机的c相序连接；所述第三机械式断路器分别与所述发电机的c相序以及所述电力系统的C相序连接；
所述控制单元分别与所述第一换相序单元、所述第二换相序单元、所述第三换相序单元、所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器、所述第三机械式断路器以及所述电力系统连接；
所述控制单元用于当所述电力系统同步时，控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器闭合，同时控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元断开；
所述控制单元还用于当所述电力系统失步时，控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元导通。
2.根据权利要求1所述的一种换相序装置，其特征在于，所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及第三换相序单元结构相同。
3.根据权利要求2所述的一种换相序装置，其特征在于，所述第一换相序单元包括三个固态断路器；
三个所述固态断路器的第一端与所述电力系统的三相相序一一对应连接；
三个所述固态断路器的第二端均与所述发电机的a相序连接。
4.根据权利要求3所述的一种换相序装置，其特征在于，所述固态断路器包括4组二极管模块以及IGBT模块；
所述4组二极管模块以全桥方式连接；
所述IGBT模块均与所述4组二极管模块连接。
5.一种换相序装置控制方法，所述一种换相序装置控制方法应用于权利要求1-4任一项所述的一种换相序装置，所述的一种换相序装置控制方法包括：
获取所述电力系统的电流；
根据所述电流判断所述电力系统是否出现失步，得到判断结果；
若所述判断结果表示所述电力系统没有出现失步，则控制第一机械式断路器、第二机械式断路器以及第三机械式断路器闭合，同时控制第一换相序单元、第二换相序单元以及第三换相序单元断开；
若所述判断结果表示所述电力系统出现失步，则控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元中相应的三台固态断路器导通；并返回所述获取所述电力系统的电流的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种换相序装置控制方法，其特征在于，所述若所述判断结果表示所述电力系统出现失步，则控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元中相应的三台固态断路器导通，具体包括：
获取发电机的功角；
判断所述功角是否大于等于换相序阈值；
若大于等于，则控制所述第一机械式断路器、所述第二机械式断路器以及所述第三机械式断路器断开，并控制所述第一换相序单元、所述第二换相序单元以及所述第三换相序单元中相应的三台固态断路器导通；
当所述功角大于等于换相序阈值时，将导通的3台固态断路器断开，按照既定次序将另外3台固态断路器导通，实现相序切换；
若小于，则换相序装置保持没有出现失步时的状态。
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