CN1138330C - 基于磁通补偿的可调电抗器系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于磁通补偿的可调电抗器系统，电流检测及处理单元I由电网母线1、电流互感器2和电流信号处理环节3组成，电流互感器2安置在母线1上并与电流信号处理环节3、控制单元II、逆变器单元III和串联变压器IV的副方绕组依次相连接，串联变压器IV的原方绕组与母线1相串联。本发明所说的可调电抗器具有系统简单、响应速度快，母线高压与控制系统相隔离，控制系统可采用较低电压器件，安全可靠，损耗低，价格便宜等优点。

Description

基于磁通补偿的可调电抗器系统
本发明属于电力系统自动化领域，为一种基于磁通补偿的可调电抗器系统。
电力电子技术的发展使得柔性输电技术(FACTS)在电力系统自动控制中得到广泛重视，过去长期以来认为不可改变的系统参数(例如电压、相位、阻抗等)，采用FACTS技术后都有希望实现灵活的控制。在相当多的FACTS控制器件中，其核心部件就是工作在高电压、大电流工况下的可调电抗器。例如，电力系统故障电流限制器就是FACTS控制器件之一。归纳起来，当前正在研究、试验的故障电流限制器可以分为以下两类：
1、用快速动作的可关断晶体管(GTO)开关与一个阻抗并联而构成的故障电流限制器。正常运行时，GTO完全导通，当故障电流达到设定值时，GTO关断，阻抗被串入电网母线而起限流作用。这种限流器的缺点是GTO长期运行在高压大电流工况，可靠性差、器件损耗大、散热问题难以解决，控制系统复杂、价格昂贵。此类技术的参考文献有：T.Ueda，Solid-state currentlimiter for power distribution system，IEEE Transaction on Power delivery.Vol.4，pp.1796，Oct.1993。
2、超导限流器。超导限流器国内外专家进行了大量研究工作，国内外专家发表的具有代表性的文章有：“超导故障限流器的电力应用研究进展”，叶林，电力系统自动化，Vol.23，NO.7，1999.4。由于超导系统技术复杂，整流元件长期工作在高压大电流工况，故可靠性差，装置附加的损耗也大，价格昂贵。
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题和不足，提出一种响应速度快、系统结构简单运行可靠、损耗比现有技术要小得多的，基于磁通补偿高可调电抗器系统。
本发明所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统，主要由四个单元组成：即电流检测及处理单元I、控制单元II、逆变器单元III、串联变压器IV。其系统的构成如下：
电流检测及处理单元I是由电网母线1、电流互感器2和电流信号处理环节3组成，电流互感器2安置在电网母线1上，电流互感器2的输出端与电流信号处理环节3相连接；电流检测及处理单元I与控制单元II相连接、控制单元II与逆变器单元III相连接、逆变器单元III与串联变压器IV的副方绕组相连接，串联变压器IV的原方绕组与母线1相串联。
本发明所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统的工作原理为：
当电力系统正常工作时，由电流检测及处理单元I获得电流信号i1s；将所取得的电流信号i1s送到控制单元II中，控制单元II输出的控制信号F1送到逆变器单元III，逆变器单元III输出电流i1 *送到串联变压器IV副方绕组ax中，控制单元II使得i1 *跟踪i1，并使得WAX·i1+Wax·i1 *＝0，从而使串联变压器IV铁芯中主磁通Φm＝0，串联在电网母线中的变压器原方绕组压降UAX≈0。此时，串联变压器IV对电网运行无影响。
当电力系统发生故障，且故障电流达到给定值时，电流检测及处理单元I输出电流信号ifc到控制单元II中，控制单元II立即输出控制信号Fo，关断逆变器单元III中的逆变器，使逆变器单元III输出电流为零，即使i1 *＝0，串联变压器副方绕组开路，原方绕组的励磁阻抗Zm立即串入电网母线，将故障电流限制在设定值。当必要时，可以从控制单元II主控单元指令端输入指令FI1(或FI0)，则控制单元II输出信号F1(或F0)此，从而串联变压器IV AX端口呈现过似零阻抗(或高阻抗Zm)。
本发明所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统与现有技术相比有以下优点：
1、本发明所指的可调电抗器是基于磁通补偿原理，通过控制，磁通可从零变化到最大值，对应串联变压器IV的AX端阻抗从近似零阻抗变化到励磁阻抗，响应速度很快。
2、本发明采用串联变压器将高压(原方绕组)与控制系统(副方绕组)隔离开来，在控制系统与可采用较低电压元器件，控制系统简单、工作安全可靠，还可以不停电更换控制板插件。
3、本发明在控制系统中可采用混合型电力电子器件、损耗比现有技术低得多，无需另配专用冷却系统。
4、由于以上优点，本发明在价格上要比现有技术低得多。
图1：基于磁通补偿的可调电抗器系统原理框图；
图2：带串补的故障电流限制器原理示意图；
图3：可控串联电容补偿器示意图；
图4：并联电容器的可调串联电抗器示意图；
图5：可调的并联电抗器示意图；
图6：自动跟踪消弧线圈用可调电抗器示意图；
图7：两个可调电抗器串联运行使用例示意图。
以下结合附图对本发明所述的基于磁通补偿的可调电抗器系统及原理作进一步的说明。
在前面技术构成中所说到的工况状态是串联变压器IV中AX端的阻抗等于零和等于最大值Zm的两个极端情况。当需要将串联变压器AX端口的电抗值调到Zm(0＜ZL＜Zm)时，可在控制单元II中输入相应的主控信号指令FI，控制单元II根据主控指令FI和来自电流检测及处理单元I的电流信号i1s，输出控制信号Fm到逆变器单元III，使逆变器单元III输出电流i1 *，i1 *自动跟踪i1，并使合成磁势(WAX·i1+Wax·i1 *)在铁芯中产生主磁通Φm，从而串联在电网母线中的串联变压器IV原方绕组压降为UAX，原方绕组中电流为i1，AX端口呈现电抗Z’L，当Z’L与整定的电抗ZL误差超过给定值时，控制单元II会自动加以修正，其电抗值ZL在零到最大值Zm之间连续变化，以适用可控硅串补等工况的需要。
采用本发明所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统可构成如下的系统结构形式：
带串补的故障电流限制器(如图2所示)；
可控串联补偿装置(如图2、图3所示)；
并联电容器的可调串联电抗器(如图4所示)；
可调的并联电抗器(如图5所示)；
自动跟踪消弧系统用可调电抗器(如图6所示)；
此外，本发明所说的基于磁通补偿的可调电抗器可以将两个或两个以上的电抗器串联运行(如图7所示)。
在图2至图7中的可调电感符号L表示图1中的基于磁通补偿的可调电抗器。
图6中的符号4表示自动消弧系统中的接地变压器。

Claims (7)

1、一种基于磁通补偿的可调电抗器系统，由电流检测及处理单元(I)、控制单元(II)、逆变器单元(III)、串联变压器(IV)四个单元组成，其特征在于，电流检测及处理单元(I)由电网母线(1)、电流互感器(2)和电流信号处理环节(3)组成，电流互感器(2)安置在电网母线(1)上，电流互感器(2)的输出端与电流信号处理环节(3)相连接；电流检测及处理单元(I)与控制单元(II)相连接、控制单元(II)与逆变器单元(III)相连接、逆变器单元(III)与串联变压器(IV)的副方绕组相连接，串联变压器(IV)的原方绕组与母线(1)相串联。
2、按照权利要求1所说的可调电抗器系统，其特征在于，采用所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统可用于构成带串补的故障电流限制器。
3、按照权利要求1所说的可调电抗器系统，其特征在于，采用所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统可用于构成可控串联电容补偿装置。
4、按照权利要求1所说的可调电抗器系统，其特征在于，采用所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统可用于构成并联电容器的可调串联电抗器。
5、按照权利要求1所说的可调电抗器系统，其特征在于，采用所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统可用于构成可调的并联电抗器。
6、按照权利要求1所说的可调电抗器系统，其特征在于，采用所说的基于磁通补偿的可调电抗器系统可用于构成自动跟踪消弧线圈用电抗器。
7、按照权利要求1所说的可调电抗器系统，其特征在于，可以将两个或两个以上所说的基于磁通补偿的可调电抗器串联运行使用。
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