CN112688343A - 高压滤波暂态无功补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压滤波暂态无功补偿装置,包括:A相滤波电抗器、B相滤波电抗器、C相滤波电抗器、A相主电容器组、B相主电容器组、C相主电容器组、A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器、A相副电容器组、B相副电容器组、C相副电容器组、A相反并联全关断阀组、B相反并联全关断阀组、C相反并联全关断阀组和控保单元。根据本发明的高压滤波暂态无功补偿装置,提供无功功率,兼顾谐波电流吸收,改善系统电压波形质量;系统电压暂降或跌落期间快速提供动态无功功率强补和电压支撑,提高剩余电压幅值,加快系统电压恢复。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统电能质量控制技术领域,尤其涉及一种兼具暂态无功强补功能的高压滤波补偿装置。
背景技术
系统电压暂降或跌落期间需要动态无功功率支撑,以提高剩余电压幅值,加快系统电压恢复速度。当前高压电网普遍采用的并联电容器组不具备暂态无功强补功能,在系统电压暂降或跌落期间,其无功输出与电压的平方成正比,因此当系统电压下降时,其无功输出大幅度下降,不具备暂态无功强补功能。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个技术问题,提供一种高压滤波暂态无功补偿装置。
为实现上述目的,本发明提供一种高压滤波暂态无功补偿装置,包括:A相滤波电抗器、B相滤波电抗器和C相滤波电抗器;以及
与所述A相滤波电抗器顺序串联的A相主电容器组、A相电流互感器的一次侧和A相副电容器组,以及与所述A相副电容器组并联的A相反并联全关断阀组,所述A相反并联全关断阀组与所述A相电流互感器的二次侧相连;
与所述B相滤波电抗器顺序串联的B相主电容器组、B相电流互感器的一次侧和B相副电容器组,以及与所述B相副电容器组并联的B相反并联全关断阀组,所述B相反并联全关断阀组与所述B相电流互感器的二次侧相连;
与所述C相滤波电抗器顺序串联的C相主电容器组、C相电流互感器的一次侧和C相副电容器组,以及与所述C相副电容器组并联的C相反并联全关断阀组,所述C相反并联全关断阀组与所述C相电流互感器的二次侧相连;
还包括用于检测供电系统电压,根据检测电压控制各反并联全关断阀组通断的控保单元。
根据本发明的一个方面,所述A相反并联全关断阀组、所述B相反并联全关断阀组和所述C相反并联全关断阀组均包括晶闸管控制单元和由可关断器件组成的反并联阀组;
所述可关断器件包括GTO、IGCT或IGBT器件。
根据本发明的一个方面,所述可关断器件为IGCT器件,所述IGCT器件采用晶闸管控制单元控制其开闭。
根据本发明的一个方面,所述反并联阀组由多个IGCT器件组成,并且两个所述IGCT器件组成一组IGCT器件组,各组所述IGCT器件组串联连接后与各副电容器组并联,各组中的两个所述IGCT器件反并联设置。
根据本发明的一个方面,所述晶闸管控制单元内部电流取能回路均由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、晶闸管T、限流电阻R、稳压管Dz和储能电容C组成;
所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3和所述二极管D4组成H桥,所述二极管D5的阳极与所述H桥的上半桥相连,所述二极管D5的阴极与所述储能电容C的一端相连以防止电容反向充电,所述晶闸管T并联于所述H桥和所述储能电容C之间,所述稳压管Dz的阴极与所述二极管D5的阳极相连,所述稳压管Dz的阳极通过所述限流电阻R接到所述晶闸管T的门极。
根据本发明的一个方面,所述晶闸管控制单元采用触发光纤和回报光纤分别和所述控保单元通信,其中所述触发光纤输入端接受触发命令,光纤中有光时,所述晶闸管控制单元驱动IGCT器件可靠导通,光纤中无光时,所述晶闸管控制单元驱动IGCT器件可靠截止,所述回报光纤输出端向所述控保单元反馈IGCT器件的运行状态,当IGCT器件导通时光纤中有光信号,当IGCT器件截止时光纤中无光信号。
根据本发明的方案,本发明的装置在稳定运行时,提供无功功率,兼顾谐波电流吸收,改善系统电压波形质量;系统电压暂降或跌落期间快速提供动态无功功率强补和电压支撑,提高剩余电压幅值,加快系统电压恢复。
本发明的装置采用选相投切逻辑,在主电容器电流峰值、对应电压为零时投入动态无功强补功能,保证无功强补装置投入时系统无冲击涌流,避免装置投入对电网产生二次冲击;在主电容器电流为峰值、对应电压为零时退出动态无功强补功能,保证电容器无残余电压和直流分量,降低了副电容和IGCT阀组的电压应力要求。为实现上述逻辑,功率器件必须采用可关断器件,如GTO、IGBT、IGCT等。
本发明的装置取能/采样合用一台电流互感器,完成电流采样实现选相投切的同时,为所有TCU单元提供电流取能电源,保证TCU可靠工作。共阴极器件的TCU共用一个互感器二次绕组,简化了设备接线,提高了系统运行的可靠性。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1示意性表示根据本发明的高压滤波暂态无功补偿装置的主接线结构图;
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的IGCT器件阀组接线图;
图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的晶闸管控制单元内部电流取能电路图。
具体实施方式
下面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它实施例,都属于本发明保护范围。
根据本发明的高压滤波暂态无功补偿装置,包括:相滤波电抗器、B相滤波电抗器和C相滤波电抗器;以及
与A相滤波电抗器顺序串联的A相主电容器组、A相电流互感器的一次侧和A相副电容器组,以及与A相副电容器组并联的A相反并联全关断阀组,A相反并联全关断阀组与A相电流互感器的二次侧相连;
与B相滤波电抗器顺序串联的B相主电容器组、B相电流互感器的一次侧和B相副电容器组,以及与B相副电容器组并联的B相反并联全关断阀组,B相反并联全关断阀组与B相电流互感器的二次侧相连;
与C相滤波电抗器顺序串联的C相主电容器组、C相电流互感器的一次侧和C相副电容器组,以及与C相副电容器组并联的C相反并联全关断阀组,C相反并联全关断阀组与C相电流互感器的二次侧相连;
还包括用于检测供电系统电压,根据检测电压控制各反并联全关断阀组通断的控保单元。
具体地,图1示意性表示根据本发明的高压滤波暂态无功补偿装置的主接线结构图。如图1所示,在本实施方式中,高压滤波暂态无功补偿装置,包括:A相滤波电抗器3、B相滤波电抗器4、C相滤波电抗器5、A相主电容器组6、B相主电容器组7、C相主电容器组8、A相电流互感器9、B相电流互感器10、C相电流互感器11、A相副电容器组12、B相副电容器组13、C相副电容器组14、A相反并联全关断阀组15、B相反并联全关断阀组16、C相反并联全关断阀组17和控保单元18。当然,根据本发明的高压滤波暂态无功补偿装置需要与图1中三相交流电压源1和配电装置2连接。
进一步地,在本发明中,A相反并联全关断阀组、B相反并联全关断阀组和C相反并联全关断阀组均包括晶闸管控制单元19和由可关断器件组成的反并联阀组20;其中可关断器件包括GTO、IGCT或IGBT器件。
图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的IGCT器件阀组接线图。如图2所示,在本实施方式中,以IGCT器件为例进行说明,TCU1+、TCU1-、TCU2+、TCU2-.......TCUn+、TCUn-为控制IGCT开闭的晶闸管控制单元,分别对应于可关断器件T1+、T1-、T2+、T2-.......Tn+、Tn-。IGCT器件采用反并联后串联的接线方式,即T1+和T1-反并联接线、T2+和T2-反并联接线,依此类推,然后将所有阀级串联后接入主回路。由此可知,在本发明中,反并联阀组由多个IGCT器件组成,并且两个IGCT器件组成一组IGCT器件组,各组IGCT器件组串联连接后与各副电容器组并联,各组中的两个IGCT器件反并联设置。
进一步地,图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的晶闸管控制单元内部电流取能电路图。如图3所示,在本实施方式中,晶闸管控制单元19为TCU,TCU内部电流取能回路均由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、晶闸管T、限流电阻R、稳压管Dz和储能电容C组成。如图3所示,二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4组成H桥,二极管D5的阳极与H桥的上半桥相连,二极管D5的阴极与储能电容C的一端相连以防止电容反向充电,晶闸管T并联于H桥和储能电容C之间,稳压管Dz的阴极与二极管D5的阳极相连,稳压管Dz的阳极通过限流电阻R接到晶闸管T的门极。
进一步地,本发明的装置适用电压等级为6~35kV。
根据本发明的上述设置,结合图1-3所示,实际工作时,三相交流电压源1的电压瞬时值分别为Ua、Ub和Uc,系统等值电感分别为La、Lb和Lc。一般情况下,三相电压幅值相等,相位彼此相差120°,三相电感值彼此相同。配电装置2包括电源进线侧隔离开关、避雷器、断路器、电流互感器等,图1仅画出了断路器作为配电装置示意。
系统正常运行工况下,反并联全关断阀组15、16、17全部处于闭锁状态,TCU通过主回路电流取得能量,向IGCT门极施加反压使其可靠关断。滤波电抗器3、4、5,主电容器组6、7、8,副电容器组12、13、14组成三相滤波兼无功补偿装置。电抗器参数选择保证装置对电网现有的主要次数的谐波进行有效吸收,如电网背景谐波以3次为主,则电抗率设置为12~13%;如电网背景谐波以5次为主,则电抗率设置为4~6%;如电网背景谐波较小,不需要滤波,电抗率设置为1%,任何情况下都需要设置滤波电抗器。主电容器组的电容值为C1,副电容器组的电容值为C2,电抗器的电感值为L,系统线电压有效值为Us1,则该工况下装置输出无功功率为:
在系统电压暂降或跌落期间,控保单元检测到电压幅值下降到门限以内且监测电流互感器9、10、11的电流过零点后分别开始计时,计时长度为T/4,T为系统一个周期时间长度,计数时刻达到以后触发对应的反并联IGCT阀组。主电容器组的电容值为C1,电抗器的电感值为L,系统线电压有效值跌落至Us2,该工况下装置输出无功功率为:
在系统电压暂降或跌落消失后,控保单元检测到三相电压幅值恢复到门限值以上且监测到电流互感器9、10、11的电流过零点后分别开始计时,计时长度同样为T/4,T为系统一个周期时间长度,计数时刻达到后关断对应的反并联IGCT阀组。
三相电流互感器9、10、11既提供电流采样,为装置精确选相投入、切除提供判据,同时分别为各相阀组提供TCU工作电源。如果反并联IGCT阀组的串联级数是n,则电流互感器9、10、11的绕组数量为n+3,包括:一个一次绕组CT11,通过原边主电流;一个采样绕组CT0,为控保单元提供采样电流,作为投切判据;n+1个二次取能绕组CT1、CT2.....CTn,其中CT1为TCU1+送能,CT2为TCU1-和TCU2+送能,CT3为TCU2-和TCU3+送能,依次类推。除了首端CT1和末端CTn+1为一块TCU送能外,其他绕组均同时为两块TCU送能。2n个TCU单元只需要n+1个独立的取能CT二次绕组数量。无论是系统正常运行工况还是系统电压暂降或跌落期间,电流互感器9、10、11均通过电流,因此,各种工况下TCU都可以通过电流互感器的二次绕组可靠取能。
晶闸管控制单元TCU内部取能回路工作原理如下。电流互感器的二次绕组输出的交流电流Iac首先通过D1、D2、D3、D4组成的整流桥后整流为直流电流Idc,输出直流电压为Udc1,电容器电压为Udc2,稳压管Dz击穿电压(等于TCU额定工作电压)为Udc。当整流桥出口侧直流电压Udc1低于Udc时,又分为两种情况,当Udc1高于Udc2时,二极管D5导通,为电容器C充电,使电容器C电压上升;当Udc1低于Udc2时,二极管D5截止,防止电容器向电源侧放电。当整流桥出口侧直流电压Udc1高于Udc时,稳压管Dz击穿,击穿电流通过限流电阻R注入晶闸管T的门极,使晶闸管T导通,Udc1降为0,二极管D5截止,防止电容器向电源侧放电。
进一步地, TCU采用触发光纤和回报光纤分别和控保单元18通信,其中触发光纤输入端接受触发命令,光纤中有光时,TCU驱动IGCT器件可靠导通,光纤中无光时,TCU驱动IGCT器件可靠截止,回报光纤输出端向控保单元18反馈IGCT器件的运行状态,当IGCT器件导通时光纤中有光信号,当IGCT器件截止时光纤中无光信号。
根据本发明的上述方案,本发明的装置在稳定运行时,提供无功功率,兼顾谐波电流吸收,改善系统电压波形质量;系统电压暂降或跌落期间快速提供动态无功功率强补和电压支撑,提高剩余电压幅值,加快系统电压恢复。
本发明的装置采用选相投切逻辑,在主电容器电流峰值、对应电压为零时投入动态无功强补功能,保证无功强补装置投入时系统无冲击涌流,避免装置投入对电网产生二次冲击;在主电容器电流为峰值、对应电压为零时退出动态无功强补功能,保证电容器无残余电压和直流分量,降低了副电容和IGCT阀组的电压应力要求。为实现上述逻辑,功率器件必须采用可关断器件,如GTO、IGBT、IGCT等。
本发明的装置取能/采样合用一台电流互感器,完成电流采样实现选相投切的同时,为所有TCU单元提供电流取能电源,保证TCU可靠工作。共阴极器件的TCU共用一个互感器二次绕组,简化了设备接线,提高了系统运行的可靠性。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.高压滤波暂态无功补偿装置,其特征在于,包括:A相滤波电抗器、B相滤波电抗器和C相滤波电抗器;以及
与所述A相滤波电抗器顺序串联的A相主电容器组、A相电流互感器的一次侧和A相副电容器组,以及与所述A相副电容器组并联的A相反并联全关断阀组,所述A相反并联全关断阀组与所述A相电流互感器的二次侧相连;
与所述B相滤波电抗器顺序串联的B相主电容器组、B相电流互感器的一次侧和B相副电容器组,以及与所述B相副电容器组并联的B相反并联全关断阀组,所述B相反并联全关断阀组与所述B相电流互感器的二次侧相连;
与所述C相滤波电抗器顺序串联的C相主电容器组、C相电流互感器的一次侧和C相副电容器组,以及与所述C相副电容器组并联的C相反并联全关断阀组,所述C相反并联全关断阀组与所述C相电流互感器的二次侧相连;
还包括用于检测供电系统电压,根据检测电压控制各反并联全关断阀组通断的控保单元。
2.根据权利要求1所述的高压滤波暂态无功补偿装置,其特征在于,所述A相反并联全关断阀组、所述B相反并联全关断阀组和所述C相反并联全关断阀组均包括晶闸管控制单元和由可关断器件组成的反并联阀组;
所述可关断器件包括GTO、IGCT或IGBT器件。
3.根据权利要求2所述的高压滤波暂态无功补偿装置,其特征在于,所述可关断器件为IGCT器件,所述IGCT器件采用晶闸管控制单元控制其开闭。
4.根据权利要求3所述的高压滤波暂态无功补偿装置,其特征在于,所述反并联阀组由多个IGCT器件组成,并且两个所述IGCT器件组成一组IGCT器件组,各组所述IGCT器件组串联连接后与各副电容器组并联,各组中的两个所述IGCT器件反并联设置。
5.根据权利要求4所述的高压滤波暂态无功补偿装置,其特征在于,所述晶闸管控制单元内部电流取能回路均由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、晶闸管T、限流电阻R、稳压管Dz和储能电容C组成;
所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3和所述二极管D4组成H桥,所述二极管D5的阳极与所述H桥的上半桥相连,所述二极管D5的阴极与所述储能电容C的一端相连以防止电容反向充电,所述晶闸管T并联于所述H桥和所述储能电容C之间,所述稳压管Dz的阴极与所述二极管D5的阳极相连,所述稳压管Dz的阳极通过所述限流电阻R接到所述晶闸管T的门极。
6.根据权利要求5所述的高压滤波暂态无功补偿装置,其特征在于,所述晶闸管控制单元采用触发光纤和回报光纤分别和所述控保单元通信,其中所述触发光纤输入端接受触发命令,光纤中有光时,所述晶闸管控制单元驱动IGCT器件可靠导通,光纤中无光时,所述晶闸管控制单元驱动IGCT器件可靠截止,所述回报光纤输出端向所述控保单元反馈IGCT器件的运行状态,当IGCT器件导通时光纤中有光信号,当IGCT器件截止时光纤中无光信号。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210420 |