CN113036775A - 一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构及控制方法，克服了现有技术的受制于配套开关数量、现场空间限制且经济效益低的问题，包括磁控电抗器、有载调压分接开关、电容器组和控制系统，控制系统通过光纤与有载调压分接开关、晶闸管连接，晶闸管和磁控电抗器高压线圈连接，有载调压分接开关与磁控电抗器高压线圈、电容器组连接。本发明的装置成本优化、占地面积小、配套出线开关少，调节效果好、运行损耗小且可靠性高，实现集约化设计，具有很高的技术经济价值，采用磁控动态调节和电容器分级调节相结合的控制方法，既可以连续调节感性无功容量，又可以分级调节容性无功容量，实现从容性‑感性全范围的混合型补偿。

Description

一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构及控制方法

技术领域

本发明涉及动态补偿领域，尤其是涉及一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构及控制方法。

背景技术

随着供电系统电缆化率越来越高，电缆容性充电功率对供电系统影响越来越大，对无功潮流和电压控制提出了更高要求，具体表现为在负荷较大时，系统需要补偿电容器，而在小负荷下则需要提供感性补偿，以实现无功功率就近平衡，改善电压波动，因此需要在既有变电站增加可控电抗器，但往往受制于场地和出线间隔(开关)数量，技改难度很大；传统的集约型动态补偿装置一般采用油浸式电容器、串联电抗器、磁控电抗器集中放置于由数个单元组成的油箱内，只是一种简单的拼凑，无法真正实现集约化设计，适用性差，经济效益低。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种变电所无功动态补偿装置的电抗器接线结构”，其公告号CN208782494U，包括第一电缆支架、第二电缆支架、第三电缆支架、功率单元、第一电抗器和第二电抗器，第三电缆支架包括A、B、C三个支柱，功率单元包括第四电缆支架，第一电缆支架与第二电缆支架电连接，第二电缆支架分别与第三电缆支架的A、B、C三个支柱电连接，A支柱与第一电抗器的上端电连接，第四电缆支架一端与B支柱电连接，另一端与第二电抗器的下端电连接，第一电抗器叠放在第二电抗器上面，第一电抗器的下端与第二电抗器的上端电连接。该方案仅仅是将电抗器进行简单的拼凑，无法真正从控制原理层面实现动态补偿，经济效益低。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的受制于开关数量、现场空间限制且经济效益低的问题，提供一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构及控制方法，本发明真正实现结构优化，成本降低，大大提高其技术经济性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，包括控制部分、磁控电抗器和电容器组，控制部分包括有载调压分接开关、晶闸管和控制系统，控制系统通过光纤与有载调压分接开关、晶闸管连接，晶闸管通过抽头与磁控电抗器高压线圈连接，有载调压分接开关与磁控电抗器高压线圈、电容器组连接。

本发明的核心原理在于集约结构，采用真正的一体化设计而非简单的拼凑，真正实现结构优化，减少占地面积，降低成本，极大程度提高经济效益。传统的磁控电抗器和有载调压变压器是两个完全独立的器件，本方案利用磁控电抗器的高压线圈，引出若干抽头并接入分接开关，完全代替了传统的有载调压变压器，这种结构设计节省了调压变压器，从而大大减少了占地面积和成本。

作为优选，所述磁控电抗器通过附加直流电流磁化铁心，有载调压分接开关数量为一个，有载调压开关和磁控电抗器使用共同绕组，电容器组为调压调容式电容器组。

有载调压和磁控电抗器共用高压绕组，大大降低了设备成本，且采用集成化设计，电容器组无需分组。变电站传统补偿方案中电容器组一般需要多个开关出线间隔，电抗器单独需要一个间隔开关，而本发明仅需要一个配套出线开关，因此可大大减少配套出线开关的数量，尤其适用于既有变电站的无功补偿技术改造。

装置无需投切高压开关，操作过电压和投切涌流冲击极小，运行可靠性高。

作为优选，还包括与控制系统连接的温控模块，温控模块包括测温单元、电源模块和光电转换模块，所述电源模块与测温单元和光电转换模块连接，光电转换模块通过光纤与控制系统连接。

作为优选，还包括与电容器组相连接的谐波超标下工作的滤波模块，电容器组采用滤波通道与滤波模块连接。

作为优选，TVS6，电源VCC分别与二极管D5负极和电阻R10一端连接，二极管D5正极分别与二极管D6负极、电容C18一端和电阻R9一端连接，电阻R9另一端分别与电阻R8一端和电容C17一端连接，电容C17另一端与电容C18另一端连接，电阻R8另一端分别与瞬态抑制二极管TVS6负极、电阻R7一端、电阻R6有单和电阻R5一端连接，瞬态抑制二极管TVS6正极与瞬态抑制二极管TVS7正极连接，瞬态抑制二极管TVS7负极分别与电阻R7另一端、电阻R6另一端和担任C16一端连接，电阻R5另一端与电容C16另一端连接，电阻R10另一端与电阻R11一端连接，电阻R11另一端接地。

一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，包括以下步骤：

S1、计算电压、电流、有功、无功功率因数；

S2、根据控制模式计算补偿无功；

S3、根据电压进行调节。

本发明采用磁控动态调节和电容器分级调节相结合的控制方法，既可以连续调节感性无功容量，又可以分级调节容性无功容量，实现从容性-感性全范围的混合型补偿。

作为优选，所述S2包括以下步骤：

S21、判断是否为功率因数控制模式，若是则根据目标功率因数计算补偿无功，否则无功控制模式下根据目标无功计算补偿无功；

S22、进行电压判断。

作为优选，所述S3包括以下步骤：

S31、判断是否电压优先，若是则进行S32，否则进行S33；、

S32、判断电压是否符合要求若是则进行S33，否则判断电压是否高于上限电压；

S33、输出无功。

作为优选，S32中判断电压是否高于上限电压包括以下步骤：

S321、判断电压是否高于上限电压，若是则进行S322，否则进行S323；

S322、增大感性无功，判断感性无功是否已至最大，若是则进行S324，否则进行S327；

S323、减小感性无功，判断感性无功是否已至最小，若是则进行S325，否则进行S327；

S324、判断分接开关是否无法再降低，若是则进行S326，否则进行S327；

S325、判断分解开关是否无法再升高，若是则进行S326，否则进行S327；

S326、结束调节；

S327、进行下一轮再调。

作为优选，所述S33包括以下步骤：

S331、输出无功；

S332、根据补偿无功调节晶闸管；

S333、判断是否满足控制目的，若是则进行S338，否则进行S334；

S334、判断控制角是否已到最大，若是则延时等稳定，分接开关升一档后进行S336，否则进行S335；

S335、判断控制角是否已到最小，若是则延时等稳定，分接开关降一档后进行S373，否则进行S339；

S336、判断分接开关是否已至最高，若是则进行S338，否则进行S339；

S337、判断分接开关是否已至最高，若是则进行S338，否则进行S339；

S338、结束调节；

S339、下一轮调节。

本发明采用的结构及方法可以实现从容性无功到感性无功双向连续调节，当需补偿容性无功时，优先调节磁控电抗器输出容量，当调节范围较大或波动周期较长时，调节电容器组输出容量，既可以减少有载分接开关动作次数，又可以实现容性无功平滑调节；当需要补偿感性无功时，电容器组输出容量调整到最小，磁控电抗器实现感性无功平滑调节。整个过程既可以自动控制，也可以接受远方调度指令。由于电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，相较于传统SVC电容器组和可控电抗器相互抵消的运行方式，本装置整体运行损耗大大降低。

因此，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的装置成本优化、占地面积小、配套出线开关少，调节效果好、运行损耗小且可靠性高；

成本优化：本装置有载调压和磁控电抗器共用高压绕组，大大降低了设备成本；

2.占地面积小：装置采用集成化设计，电容器组无需分组，谐波超标情况下需设置若干滤波通道，调压装置和磁控电抗器一体化设计，可有效减少占地面积；

3.出线间隔少：本装置仅需配套一个出线间隔，因此可大大减少配套出线间隔，尤其适用于既有变电站的无功补偿技术改造；

4.调节效果好：装置可以实现从容性无功到感性无功双向连续调节，当需补偿容性无功时，优先调节可控电抗器输出容量，当调节范围较大或波动周期较长时，调节电容器组输出容量，既可以减少有载分接开关动作次数，又可以实现容性无功平滑调节；当需要补偿感性无功时，电容器组输出容量调整到最小，可控电抗器实现感性无功平滑调节。整个过程既可以自动控制，也可以接受远方调度指令；

5.运行损耗小：由于电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，相较于传统SVC电容器组和可控电抗器相互抵消的运行方式，本装置整体运行损耗大大降低；

6.可靠性高：装置无需投切高压开关，操作过电压和投切涌流冲击极小，运行可靠性高；电容器组无需长时运行在额定电压下，有利于延长使用寿命。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图。

图2是本实施例的控制流程图。

图3是本实施例结构框图。

图4是本实施例滤波模块示意图。

图中：1、磁控电抗器 2、有载调压分接开关 3、电容器组 4、光纤 5、控制系统 6、温控模块 61、测温单元 62、电源模块 63、光电转换模块 7、滤波模块 8、晶闸管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

本实施例提供了一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，如图1、3、4所示，包括磁控电抗器1、有载调压分接开关2、电容器组3、和控制系统，控制系统5通过光纤4与有载调压分接开关、晶闸管8连接，晶闸管与磁控电抗器高压线圈连接，有载调压分接开关与磁控电抗器高压线圈、电容器组连接，磁控电抗器通过附加直流电流磁化铁心，有载调压开关和磁控电抗器使用共同绕组，电容器组为调压调容式电容器组。

还包括温控模块6和滤波模块7，温控模块6对电抗器实时测温，滤波模块在电容器组谐波超标的情况下进行滤波。

温控模块6包括测温单元61、电源模块62和光电转换模块63，所述电源模块与测温单元和光电转换模块连接，光电转换模块通过光纤与控制系统连接。

滤波模块包括二极管D5、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C16、电容C17、电容C18、二极管D6、瞬态抑制二极管TVS7和瞬态抑制二极管TVS6，电源VCC分别与二极管D5负极和电阻R10一端连接，二极管D5正极分别与二极管D6负极、电容C18一端和电阻R9一端连接，电阻R9另一端分别与电阻R8一端和电容C17一端连接，电容C17另一端与电容C18另一端连接，电阻R8另一端分别与瞬态抑制二极管TVS6负极、电阻R7一端、电阻R6有单和电阻R5一端连接，瞬态抑制二极管TVS6正极与瞬态抑制二极管TVS7正极连接，瞬态抑制二极管TVS7负极分别与电阻R7另一端、电阻R6另一端和担任C16一端连接，电阻R5另一端与电容C16另一端连接，电阻R10另一端与电阻R11一端连接，电阻R11另一端接地。

本发明的装置成本优化、占地面积小、配套出线开关少，调节效果好、运行损耗小且可靠性高；

成本优化：本装置有载调压和磁控电抗器共用高压绕组，大大降低了设备成本；

占地面积小：装置采用集成化设计，电容器组无需分组，谐波超标情况下需设置若干滤波通道，调压装置和磁控电抗器一体化设计，可有效减少占地面积；

出线间隔少：本装置仅需配套一个出线间隔，因此可大大减少配套出线间隔，尤其适用于既有变电站的无功补偿技术改造；

调节效果好：装置可以实现从容性无功到感性无功双向连续调节，当需补偿容性无功时，优先调节可控电抗器输出容量，当调节范围较大或波动周期较长时，调节电容器组输出容量，既可以减少有载分接开关动作次数，又可以实现容性无功平滑调节；当需要补偿感性无功时，电容器组输出容量调整到最小，可控电抗器实现感性无功平滑调节。整个过程既可以自动控制，也可以接受远方调度指令；

运行损耗小：由于电容器组自身容量可以实现全容量范围分级调节，相较于传统SVC电容器组和可控电抗器相互抵消的运行方式，本装置整体运行损耗大大降低；

可靠性高：装置无需投切高压开关，操作过电压和投切涌流冲击极小，运行可靠性高；电容器组无需长时运行在额定电压下，有利于延长使用寿命。

本实施例还相应的提供了一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1、计算电压、电流、有功、无功功率因数；

S2、根据控制模式计算补偿无功；

所述S2包括以下步骤：

S21、判断是否为功率因数控制模式，若是则根据目标功率因数计算补偿无功，否则无功控制模式下根据目标无功计算补偿无功；

S22、进行电压判断。

S3、根据电压进行调节。

作为优选，所述S3包括以下步骤：

S31、判断是否电压优先，若是则进行S32，否则进行S33；、

S32、判断电压是否符合要求若是则进行S33，否则判断电压是否高于上限电压；

作为优选，S32中判断电压是否高于上限电压包括以下步骤：

S321、判断电压是否高于上限电压，若是则进行S322，否则进行S323；

S322、增大感性无功，判断感性无功是否已至最大，若是则进行S324，否则进行S327；

S323、减小感性无功，判断感性无功是否已至最小，若是则进行S325，否则进行S327；

S324、判断分接开关是否无法再降低，若是则进行S326，否则进行S327；

S325、判断分解开关是否无法再升高，若是则进行S326，否则进行S327；

S326、结束调节；

S327、进行下一轮再调。

S33、输出无功。

作为优选，所述S33包括以下步骤：

S331、输出无功；

S332、根据补偿无功调节晶闸管；

S333、判断是否满足控制目的，若是则进行S338，否则进行S334；

S334、判断控制角是否已到最大，若是则延时等稳定，分接开关升一档后进行S336，否则进行S335；

S335、判断控制角是否已到最小，若是则延时等稳定，分接开关降一档后进行S373，否则进行S339；

S336、判断分接开关是否已至最高，若是则进行S338，否则进行S339；

S337、判断分接开关是否已至最高，若是则进行S338，否则进行S339；

S338、结束调节；

S339、下一轮调节。

本发明磁控电抗器采用直流助磁原理，通过附加直流电流磁化铁心，从而调节输出容量，能够实现快速连续可调；有载调压开关和磁控电抗器共用绕组，构成有载调压变压器，根据电容器输出容量Q_C＝2πfCU²的原理，通过控制调压器有载分接开关档位改变电容器组端电压，从而实现电容器组容量的自动分级调节，调压器的调压范围可达0％-100％，相应电容器组可实现全容量范围分级输出；

本发明真正实现结构优化，成本降低，大大提高其技术经济性能，本方案利用磁控电抗器的高压线圈，引出若干抽头，抽头可根据调压要求任意设计，并接入分接开关，完全代替了传统的有载调压变压器，这种结构设计节省了调压变压器，从而大大减少了占地面积和成本；本装置采用磁控动态调节和电容器分级调节相结合的控制方法，既可以连续调节感性无功容量，又可以分级调节容性无功容量，实现从容性-感性全范围的混合型补偿。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，包括控制部分、磁控电抗器和电容器组，其特征是，控制部分包括有载调压分接开关、晶闸管和控制系统，控制系统通过光纤与有载调压分接开关连接，晶闸管与磁控电抗器高压线圈连接，有载调压分接开关与磁控电抗器高压线圈、电容器组连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，其特征是，所述磁控电抗器通过附加直流电流磁化铁心，有载调压开关数量的数量为一个，有载调压开关和磁控电抗器使用共同绕组，电容器组为调压调容式电容器组。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，其特征是，还包括与控制系统连接的温控模块，温控模块包括测温单元、电源模块和光电转换模块，所述电源模块与测温单元和光电转换模块连接，光电转换模块通过光纤与控制系统连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，其特征是，还包括与电容器组相连接的谐波超标下工作的滤波模块，电容器组采用滤波通道与滤波模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，其特征是，所述滤波模块包括二极管D5、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C16、电容C17、电容C18、二极管D6、瞬态抑制二极管TVS7和瞬态抑制二极管TVS6，电源VCC分别与二极管D5负极和电阻R10一端连接，二极管D5正极分别与二极管D6负极、电容C18一端和电阻R9一端连接，电阻R9另一端分别与电阻R8一端和电容C17一端连接，电容C17另一端与电容C18另一端连接，电阻R8另一端分别与瞬态抑制二极管TVS6负极、电阻R7一端、电阻R6有单和电阻R5一端连接，瞬态抑制二极管TVS6正极与瞬态抑制二极管TVS7正极连接，瞬态抑制二极管TVS7负极分别与电阻R7另一端、电阻R6另一端和担任C16一端连接，电阻R5另一端与电容C16另一端连接，电阻R10另一端与电阻R11一端连接，电阻R11另一端接地。

6.一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，采用权利要求1所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的结构，其特征是，包括以下步骤：

S1、计算电压、电流、有功、无功功率因数；

S2、根据控制模式计算补偿无功；

S3、根据电压进行调节。

7.根据权利要求6所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，其特征是，所述S2包括以下步骤：

S21、判断是否为功率因数控制模式，若是则根据目标功率因数计算补偿无功，否则无功控制模式下根据目标无功计算补偿无功；

S22、进行电压判断。

8.根据权利要求6所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，其特征是，所述S3包括以下步骤：

S31、判断是否电压优先，若是则进行S32，否则进行S33；、

S32、判断电压是否符合要求若是则进行S33，否则判断电压是否高于上限电压；

S33、输出无功。

9.根据权利要求6所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，其特征是，S32中判断电压是否高于上限电压包括以下步骤：

S321、判断电压是否高于上限电压，若是则进行S322，否则进行S323；

S322、增大感性无功，判断感性无功是否已至最大，若是则进行S324，否则进行S327；

S323、减小感性无功，判断感性无功是否已至最小，若是则进行S325，否则进行S327；

S324、判断分接开关是否无法再降低，若是则进行S326，否则进行S327；

S325、判断分解开关是否无法再升高，若是则进行S326，否则进行S327；

S326、结束调节；

S327、进行下一轮再调。

10.根据权利要求6所述的一种基于磁控电抗器型混合动态补偿的控制方法，其特征是，所述S33包括以下步骤：

S331、输出无功；

S332、根据补偿无功调节晶闸管；

S333、判断是否满足控制目的，若是则进行S338，否则进行S334；

S334、判断控制角是否已到最大，若是则延时等稳定，分接开关升一档后进行S336，否则进行S335；

S335、判断控制角是否已到最小，若是则延时等稳定，分接开关降一档后进行S373，否则进行S339；

S336、判断分接开关是否已至最高，若是则进行S338，否则进行S339；

S337、判断分接开关是否已至最高，若是则进行S338，否则进行S339；

S338、结束调节；

S339、下一轮调节。

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