CN1175543C - 串联补偿器 - Google Patents

Abstract

一种和交流传输线串联用于补偿交流传输线路的电量例如电压、电流、相位或阻抗的串联补偿器，包括：相互串联连接并和所述交流传输线路相连的第一电容器和第二电容器；以及和所述第一电容器并联的补偿电流发生器。这种结构不需要旁路电路，从而简化主电路结构，具有增强的电流控制能力，减少产生的谐波，并能够确保大的补偿量。

Description

串联补偿器

本发明涉及一种改进的串联补偿器，其由通过变压器和交流线路串联的功率变换器构成，用于补偿交流线路的电量，例如电压、电流、相位或阻抗。

近来，具有固有切断能力的开关器件(下面称为“开关器件”)的容量不断增加，用于要和高压功率线路相连以便控制其功率的功率电路的大容量的自换向的变换器正在付诸实施。

串联补偿器受到了特别的注意，其通过串联变压器和交流线路串联，通过在串联变压器的一次绕组上产生补偿电压用于对输电线的阻抗进行电气补偿，借以控制传输线上的功率流，或者补偿线路电压的变化。这种串联补偿器是熟知的，例如，可以参见“Static Synchronous Series Compensator：A Solid-State Approachto Series Compensator of Transmission Lines”(L.Gyugyi et al.，IEEE PES 96 WM120-6 PWRD，1996)。

图1是用于说明这种类型的常规的串联补偿器的结构的方块图。

在图1中，“G”是交流电源，“X1”是交流传输线的线路电抗，“Tr1”是串联变压器，“CNV”是功率变换器，“BP”是旁路电路，“FL”是谐波滤波器。

功率变换器CNV由桥式连接具有固有关断能力的开关器件例如控制极关断可控硅(下面称为“GTO”)构成，并且按照交流传输线的电压和电流，通过控制GTO的通断能够产生具有任意幅值和任意频率的电压。

由功率变换器CNV产生的电压被加于串联变压器的二次绕组上，于是在和线路串联的一次绕组上产生一个电压。交流传输线的线路电抗X1可以通过合适地控制在串联变压器的一次绕组上相对于交流传输线的电压和电流产生的电压的幅值和相位而被补偿。

图2是用于说明对传输线电抗进行补偿的方法的原理的矢量图。

在图2中，“Vs”是交流线路的电压矢量，“Is”是交流线路的电流矢量，“Vc”是功率变换器4在串联变压器的一次绕组上产生的电压矢量，“V1”和“V2”分别是在电源侧上的串联变压器的一次侧端电压矢量和在负载侧上的串联变压器的一次侧端电压矢量。

假定传输线的电感是L，并且交流电源的频率是ω，则交流电源电压矢量Vs和串联变压器的一次侧端电压V1之间的关系由下式表示：

V1＝ Vs-jωL Is                          (1)

串联变压器的一次侧端电压矢量V1具有一个相位延迟δ，并且由于由传输线电感L产生的电压降而相对于交流电源电压Vs下降一个ΔV。

当功率变换器CNV对串联变压器的一次绕组上的线路电压产生超前90度角的补偿电压时，在负载侧上的串联变压器的一次侧端电压V2沿着Vs的方向改变，因而相对于交流电源电压Vs，相位滞后和电压降被减少了。

这在电气上相当于传输线的电感被减小了，因而，传输线电感可以通过改变补偿电压Vc的大小来改变。

一般地说，假定在发送端的电压是Vs，在接收端的电压是Vr，并且发送端和接收端的电压之间的相位差是θ，则可以传输的最大有功功率P由下式确定：

$P=\frac{\mathrm{VsVr}}{\mathrm{\ωL}}\sin \mathrm{\θ}----\left(2\right)$

因为可以传输的最大功率和传输线的电感成反比，所以可以通过对传输线电感大的传输线进行电气补偿来增加最大传输功率。

在图1的结构中，因为交流传输线和功率变换器CNV通过其一次绕组流过和传输线电流相同的电流的串联变压器串联，所以和串联变压器的二次绕组串联的功率变换器CNV的输出电流被强制等于线路电流。

当由于接地故障等而在传输线中流过大的电流时，在功率变换器中也流过过大的电流。

如此设计功率变换器，使得其可以承受这个大电流，这意味着对于额定状态下所需的输出，需要制备具有非常大的容量的功率变换器，因而是不经济的。

在这方面，图2所示的旁路电路BP和功率变换器的输出端相连，使得在接地故障的情况下，在检测到过电流时旁路电路BP被启动，从而把功率变换器的输出短路。因为被强制等于线路电流的电流被转移到旁路电路，所以功率变换器的自熄弧元件都被关断(控制极关断)，从而阻止过大的电流流过功率变换器。

由上述可见，在现有技术中在接地故障情况下旁路电路是重要的，功率变换器应当通过控制极关断并且停止操作。

当功率变换器是如图1所示的电压源自激励变换器时，一般构成电流控制系统，用于检测输出电流不过，在串联补偿器的情况下，由于上述原因输出电流被强迫等于线路电流，因而不能进行电流控制。

对于串联补偿器，通过使电压反馈加于串联变压器的绕组来设计电压控制系统。因为电压控制系统没有能力抑制过电流，所以很可能通过线路侧的干扰而引入过电流。

功率变换器通过控制开关器件的通断可以产生具有任意幅值和任意频率的电压，但是也按照所述的开关操作而产生谐波。

因为图1的串联补偿器通过串联变压器和线路串联，由功率变换器产生的谐波电压被直接加于线路电压，因而提供图1所示的谐波滤波器是重要的。

为了减少由功率变换器产生的谐波，应当连接多个变换器。

串联补偿器的补偿数量直接相应于功率变换器的容量，因而需要一种非常大容量的功率变换器，用于实现大的补偿量。这导致串联补偿器成本的增加。即使在大的传输线因而需要大的补偿量时，由于经济条件的限制实际上也需要限制补偿量。

上述问题总结如下：

因为在常规的补偿器中的功率变换器和线路串联，功率变换器的输出电流被强制等于线路电流。结果，需要在功率变换器的输出端提供旁路电路，用于当由于接地故障而在线路中流过过电流时保护功率变换器。

因为对功率变换器的输出电流不能实行电流控制，所以易于由线路上的干扰引入过电流。

因为谐波电压被直接加于线路上，所以提供谐波滤波器和多个变换器是重要的。

补偿量的增加直接导致功率变换器容量的增加，使得不能实行足够的补偿。

同时，用于上述串联补偿器的保护系统具有以下缺点。

图60是另一种常规的串联补偿器的结构。

在图60中，“1”是交流线路电压源，“2”是交流传输线，“3”是交流传输线的线路电抗，“4”是串联变压器，“5”是直流电压源，“6”是开关器件，“7”是二极管，“8”是电压源变换器，其由直流电压源5、开关器件6和二极管7构成，“9”是PWM控制电路，其确定电压源变换器8的输出电压，“10”是滤波器电路，“11”是可控硅，“12”是包括可控硅11的可控硅旁路电路。

下面说明图60的串联补偿器的操作。电压源变换器8产生按照从PWM控制电路9输出的开关图形产生任意的交流输出电压Vo。该电压通过串联变压器4被提供给交流传输线2。图61表示当串联变压器的绕组比为1∶1时电压、电流的矢量图。假定交流线路电流是Is，交流线路电压是Vs，因为交流线路电流流过线路电抗3，在线路电抗3两端产生电抗电压VL，串联变压器4的线路电压侧端电压V1等于Vs+VL。因为电压源变换器8的输出电压可以在画阴影的圆的区域内从该圆的中心在线路中自由地输出，所以在串联变压器4的另一侧上的端电压V2等于V1+V0＝Vs+VL+V0。电压分量VL+V0成为交流传输线上的视在阻抗，因而控制电压源8可以达到和把交流传输线的线路电抗3设计成可变电抗相同的效果。

滤波器电路10用于消除电压方式变换器8的输出电压中的谐波分量。可控硅旁路电路12具有以相反方向并联连接的可控硅对11，当可控硅11导通时使串联变压器4的绕组短路。当在交流传输线中发生接地故障时，非常大的电流流过传输线。如果不使用可控硅旁路电路12，则这个大电流通过串联变压器4流入电压源变换器8。因而，需要这样设计电压源变换器8，使其具有足够的容量，以便承受这个大电流。这必然是串联补偿器增大。当使用可控硅旁路电路2时，当由于传输线故障而产生过电流时，则通过使可控硅11导通使过电流通过可控硅旁路电路12。在传输线故障期间，电压源变换器8的控制极被阻断，使得电压源变换器8停止工作。因而可以按照额定情况设计电压源变换器而不考虑在传输线故障时的过电流。

因为这种常规的串联补偿器通过使交流传输线上的过电流流过补偿电流发生器可控硅旁路电路，从而在传输线故障时保护电压源变换器，所以可控硅旁路电路应当这样设计，使得其具有足够大的容量，以便能够承受交流传输线的过电流。结果，可控硅旁路电路本身需要采用大容量结构。因此，需要一种串联补偿器，其不用可控硅旁路电路而能够保护串联电容器和变换器不受冲击电压和过电流的影响。

此外，在传输线故障期间，可控硅旁路电路使串联变压器两端短路，从而阻断电压源变换器的控制极，使得电压源变换器停止操作。为了在传输线故障消除之后使串联补偿器继续进行线路阻抗补偿操作，应当在允许电压源变换器操作之前把可控硅旁路电路断开。这个恢复操作需要时间。因此，需要提供一种串联补偿器，其可以允许补偿电流发生器即使在传输线路故障期间也能继续操作，并且在传输线路故障消除之后，能够快速恢复线路阻抗补偿操作。

因而，本发明的目的在于提供一种串联补偿器，其取消旁路电路，从而简化主电路结构，其具有增强的电流控制能力，减少被产生的谐波，并实现确保大的补偿量的经济的方法。

本发明的另一个目的在于，提供一种串联补偿器，其可以保护串联电容器和变换器免受冲击电压和过大的线路电流，而不需要可控硅旁路电路。

本发明的另一个目的在于，提供一种串联补偿器，其可以允许补偿电流发生器即使在传输线路故障期间也能连续操作，并且在线路故障消除之后，能够快速恢复线路阻抗补偿操作。

按照本发明的一个方面，提供一种串联补偿器，它与交流传输线路串联，用于补偿交流传输线路的电量，包括：相互串联连接并与交流传输线路相连的第一电容器和第二电容器；以及和第一电容器并联的补偿电流发生器。

在串联补偿器中，第二电容器可以具有多个相互串联的电容器和多个分别与多个电容器并联的开关。

按照本发明的另一个方面，提供一种串联补偿器，它与交流传输线路串联，用于补偿交流传输线路的电量，包括：与交流传输线路串联的变压器；经由变压器与交流传输线路串联的第一电容器；以及与所述第一电容器并联的补偿电流发生器。

按照本发明的另一个方面，提供一种串联补偿器，其和交流传输线路串联，用于补偿交流传输线路的电量，包括：与交流线路串联的变压器；相互串联并经由变压器与交流传输线路串联的第一电容器和第二电容器；以及与第一电容器并联的补偿电流发生器。

在串联补偿器中，第二电容器可以具有多个相互串联的电容器和多个分别与多个电容器并联的开关。

在串联补偿器中，补偿电流发生器可以具有变压器和其中使用与变压器相连的开关器件的电流源变换器。

在串联补偿器中，补偿电流发生器可以具有变压器，其中使用与变压器相连的开关器件的电压源变换器和用于控制电压源变换器的输出电流的电流控制电路。

在串联补偿器中，补偿电流发生器可以具有其中使用开关器件的电压源变换器和用于控制电压源变换器的输出电流的电流控制电路。

在串联补偿器中，补偿电流发生器可以根据交流传输线路的电流而产生具有与所述电流的相位相同或相反的相位的电流。

串联补偿器还可以包括：检测电路，用于检测流过交流传输线路的线路电流和线路电压；计算电路，用于计算流过交流传输线路的有功电流分量和无功电流分量；以及波动控制电路，用于根据线路电流的变化率、有功电流分量的改变和无功电流分量的改变而产生补偿电流指令，以抑制交流传输线路中的波动。

串联补偿器还可以包括：电容器电压检测电路，用于检测和交流传输线路串联的第一电容器上的电压；直流分量计算电路，用于从电容电压检测电路的输出计算第一电容器的直流电压分量；以及直流分量抑制电路，用于根据通过补偿直流分量计算电路的输出的幅值和相位而获得的信号而产生补偿电流指令。在这种情况下，电容电压检测电路可以具有用于检测流过交流线路中的线路电流的检测电路，和用于计算与交流传输线路串联的第一电容器上的电压的积分电路。

在补偿器中，补偿电流发生器可以具有变压器，其中使用与变压器相连的开关器件的第一电流源变换器，其中使用开关器件且与交流传输线路并联的第二电流源变换器，用于连接第一电流源变换器的直流部分和第二电流源变换器的直流部分的电抗器，以及用于控制电抗器上的电流的直流控制电路。

在补偿器中，补偿电流发生器可以具有其中使用开关器件的第一电流源变换器，其中使用开关器件且与交流传输线路并联的第二电流源变换器，用于连接第一电流源变换器的直流部分和第二电流源变换器的直流部分的电抗器，以及用于控制电抗器上的电流的直流控制电路。

在补偿器中，补偿电流发生器可以具有变压器，其中使用与所述变压器相连的开关器件的第一电压源变换器，其中使用开关器件且与交流传输线路并联的第二电压源变换器，用于连接第一电压源变换器的直流部分的第三电容器，用于控制第一电压源变换器的输出电流的第一电流控制电路，用于控制第二电压源变换器的输出电流的第二电流控制电路，以及电压源变换器的直流部分和用于控制第三电容器上的电压的直流电压控制电路。

在这种补偿器中，补偿电流发生器可以具有其中使用开关器件的第一电压源变换器，其中使用开关器件且与交流传输线并联的第二电压源变换器，用于连接第一电压源变换器的直流部分的第二电容器，用于控制第一电压源变换器的输出的第一电流控制电路，用于控制第二电压源变换器的输出的第二电流控制电路，以及第二电压源变换器的直流部分和用于控制第二电容器上的电压的直流电压控制电路。

在这种补偿器中，补偿电流发生器可以具有变压器，其中使用开关器件且与所述变压器连接的第一电流源变换器，其中使用与另一个交流线路串联的串联变压器以及开关器件的第二电流源变换器，用于连接第一电流源变换器的直流部分和第二电流源变换器的直流部分和电抗器，以及用于控制电抗器上的电流的直流电流控制电路。

在这种补偿器中，补偿电流发生器可以具有变压器，其中使用与变压器相连的开关元件的第一电压源变换器，其中使用与另一个交流传输线串联的串联变压器以及开关元件的第二电压源变换器，用于连接第一电压源变换器的直流部分的第三电容器，用于控制第一电压源变换器的输出电流的第一电流控制电路，用于控制第二电压源变换器的输出电流的第二电流控制电路，以及第二电压源变换器的直流部分和用于控制第三电容器上的电压的直流电压控制电路。

按照本发明的另一方面，提供一种串联补偿器，其中包括：与交流传输线串联的串联电容器；与串联电容器并联的补偿电流发生器；以及与串联电容器并联的非线性电阻元件。

在这种补偿器中，补偿电流发生器可以具有其中使用串联变压器和开关元件的电流源变换器。

这种串联补偿器还可以包括用于检测与串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及用于在由所述检测电路检测到传输线故障时使能电流源变换器中的开关元件的同一个臂，以使所述臂的上端和下端短路的电路。

在这种补偿器中，补偿电流发生器可以具有其中使用串联变压器和开关元件的电压源变换器，并且所述串联补偿器还可以包括电流控制电路，用于控制电压源变换器的输出电流。

串联补偿器还可以包括用于检测与串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及当由检测电路检测到传输线故障时用于阻断电压源变换器的控制极和所有的开关元件的电路。

串联补偿器还可以包括用于检测与串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及当由所述检测电路检测到交流传输线故障时用于控制输出电流，以使电压源变换器即使在故障期间也能保持操作的电路。

串联补偿器还可以包括用于控制串联补偿器的输出电压的电压控制电路；用于检测与串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及当由所述检测电路检测到交流传输线故障时用于控制输出电压，以使电压源变换器即使在故障期间也能保持操作的电路。

本发明的其它目的和优点将在下面的说明中提出，其中的一部分从下面的说明可以明显地看出，或者可以从实施本发明时得知。本发明的目的和优点可以通过下面提出的方案来实现。

作为本说明的一部分的附图只用于说明本发明的优选实施例，上面给出的一般性说明和下面给出的优选实施例的详细说明用于说明本发明的原理。

图1是表示常规的串联补偿器的示例的结构的电路方块图；

图2是说明常规的串联补偿器的操作的矢量图；

图3是说明按照本发明第一实施例的串联补偿器的电路方块图；

图4是说明按照本发明第一实施例的串联补偿器的操作的矢量图；

图5是说明按照本发明第一实施例的串联补偿器的操作的矢量图；

图6是说明按照本发明第一实施例的串联补偿器的操作的等效电路图；

图7按照本发明第二实施例的串联补偿器的方块图；

图8是说明按照本发明第三实施例的串联补偿器的电路方块图；

图9是说明按照本发明第三实施例的串联补偿器的操作的矢量图；

图10是说明按照本发明第四实施例的串联补偿器的电路方块图；

图11是说明按照本发明第五实施例的串联补偿器的电路方块图；

图12是说明按照本发明第六实施例的串联补偿器的电路方块图；

图13是说明按照本发明第7实施例的串联补偿器的电路方块图；

图14是说明按照本发明第8实施例的串联补偿器的电路方块图；

图15是说明按照本发明第9实施例的串联补偿器的电路方块图；

图16是说明按照本发明第10实施例的串联补偿器的电路方块图；

图17是说明按照本发明第11实施例的串联补偿器的电路方块图；

图18是说明按照本发明第12实施例的串联补偿器的电路方块图；

图19是表示在构成第12实施例的串联补偿器的补偿电流发生器应用于第一实施例的情况的一种示例的结构的电路方块图；

图20是说明按照本发明第13实施例的串联补偿器的电路方块图；

图21是表示在构成第13实施例的串联补偿器的补偿电流发生器应用于第一实施例的情况的一种示例的结构的电路方块图；

图22是表示在第13实施例的串联补偿器中的补偿电流发生器的电流控制电路的详细结构的方块图；

图23是说明按照本发明第14实施例的串联补偿器的电路方块图；

图24是说明按照本发明第14实施例的串联补偿器的另一种结构的电路方块图；

图25是说明按照本发明第14实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图26是说明按照本发明第14实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图27是说明按照本发明第15实施例的串联补偿器的一个例子的电路方块图；

图28是说明按照本发明第15实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图29是说明按照本发明第15实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图30是说明按照本发明第15实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图31是说明按照本发明第16实施例的串联补偿器的电路方块图；

图32是说明按照本发明第17实施例的串联补偿器的电路方块图；

图33是说明按照本发明第18实施例的串联补偿器的一个例子的电路方块图；

图34是说明按照本发明第18实施例的串联补偿器的电流控制电路的详细结构的电路方块图；

图35是说明按照本发明第18实施例的串联补偿器的操作的矢量图；

图36是说明按照本发明第18实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图37是说明按照本发明第18实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图38是说明按照本发明第19实施例的串联补偿器的电路方块图；

图39表示第19实施例的串联补偿器的功率波动抑制装置的操作波形的一个例子；

图40是说明按照本发明第20实施例的串联补偿器的电路方块图；

图41是说明按照本发明第21实施例的串联补偿器的电路方块图；

图42是说明按照本发明第22实施例的串联偿器的电路方块图；

图43是表示在构成第22实施例的串联补偿器的补偿电流发生器应用于第一实施例的情况的一种示例的结构的电路方块图；

图44是说明按照本发明第23实施例的串联补偿器的电路方块图；

图45是说明按照本发明第23实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图46是说明按照本发明第23实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图47是说明按照本发明第23实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图48是说明按照本发明第24实施例的串联补偿器的电路方块图；

图49是表示在构成第24实施例的串联补偿器的补偿电流发生器应用于第一实施例的情况的一种示例的结构的电路方块图；

图50是说明按照本发明第25实施例的串联补偿器的电路方块图；

图51是说明按照本发明第25实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图52是说明按照本发明第23实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图53是说明按照本发明第23实施例的串联补偿器的另一个例子的电路方块图；

图54是说明按照本发明第26实施例的串联补偿器的电路方块图；

图55是说明按照本发明第27实施例的串联补偿器的电路方块图；

图56是说明按照本发明第28实施例的串联补偿器的电路方块图；

图57是说明按照本发明第29实施例的串联补偿器的电路方块图；

图58是说明按照本发明第30实施例的串联补偿器的电路方块图；

图59是说明按照本发明第31实施例的串联补偿器的电路方块图；

图60是表示另一种常规的串联补偿器的电路结构的方块图；

图61是常规的串联补偿器的电压、电流矢量图；

图62是说明按照本发明第32实施例的串联补偿器的电路方块图；

图63是说明图62的串联补偿器的操作的电压、电流矢量图；

图64表示非线性电阻元件的阻抗特性；

图65是说明按照本发明第33实施例的串联补偿器的结构图；

图66是说明按照本发明第34实施例的串联补偿器的结构图；

图65是说明按照本发明第35实施例的串联补偿器的结构图；

图68是说明按照本发明第36实施例的串联补偿器的结构图；

图69是说明按照本发明第37实施例的串联补偿器的结构图；以及

图70是说明按照本发明第38实施例的串联补偿器的结构图；

下面参照附图详细说明本发明的优选实施例。

第一实施例

图3是按照本发明的这一实施例的串联补偿器的结构的方块图，和图1中使用的相同的标号表示串联补偿器的相应的元件。

在图3中，“G”表示交流电源，“X1”是交流传输线的电感，“C1”是串联电容器，“CMP1”表示补偿电流发生器。

串联电容C1和交流传输线串联，补偿电流发生器CMP1和串联电容C1并联。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，当补偿电流发生器CMP1的输出是0时，当在传输线中流过电流时，在串联电容器C1上产生和线路电流的相位滞后90度的电压。

因为在交流传输线的电抗X1上产生的电压具有超前线路电流90度的相位，所以在串联电容器C1上一般产生这样一个电压，其方向使得抵销由交流传输线的电抗X1产生的电压降。

补偿电流发生器CMP1是一种用于产生预定的补偿电流的电流源，其输出和每相的串联电容器C1的两端相连。

当补偿电流发生器CMP1产生供给串联电容C1的补偿电流时，通过使线路电流和补偿电流相加使得在电容器C1两端产生滞后线路电流90度的电压。

通过相对于线路电流改变补偿电流的幅值和相位，流过串联电容C1的总的电流的幅值和相位可以被改变为不同的值。因此，可以改变加于串联电容器C1上的电压的幅值和相位。

相应地，从交流电源G到串联补偿器的负载侧端子的阻抗可以被等效地改变。如上所述，因为交流传输线的特性例如交流传输线的传输极限和稳定性按照等效阻抗而改变，所以可以改善交流传输线的传输能力、功率波动控制、浪涌电流控制等等。

下面结合图4的矢量图说明上述的操作。

图4是表示当补偿电流为0时，交流电源电压矢量Vs、线路电流矢量Is和串联电容器C1的交流电源侧线路电压V1和串联电容器C1的负载侧线路电压V2之间的关系。

假定传输线电抗是L，交流电源侧线路电压V1的滞后相位为δ，由传输线电抗引起的相对于交流电源电压Vs的电压降为AV。

同时，在串联电容器C1两端产生相对于线路电流Is滞后90度的电压，使得交流电源侧线路电压V1和负载侧线路电压V2由下式表示：

$V2=V1\frac{1}{\mathrm{j\ωc}}\mathrm{Is}----\left(3\right)$

其中C是串联电容器C1的电容。

即，在串联电容器C1两端产生这样方向的电压，使得补偿由传输线电抗L引起的相位滞后和电压降。

图5是表示当补偿电流发生器CMP1馈给补偿电流Icmp时一个操作例子的矢量图。

在图5中，除去由线路电流Is产生电压之外，在串联电容C1上由补偿电流Icmp产生另一个电压，使得负载侧线路电压被补偿到图5所示的状态。通过相对于线路电流改变补偿电流Icmp的幅值和相位，流过串联电容C1的电流矢量Is+Icmp可以在圆圈CL1内改变，圆圈CL1的中心在Is的端点A，其半径由补偿电流的最大值确定。

即，通过馈给具有合适幅值和相位的补偿电流Icmp，可以补偿负载侧线路电压V2，使得可以不同地改变从交流电源G到串联电容C1的负载侧的等效阻抗。

常规的串联补偿器通过串联变压器和线路相连，并且流过串联补偿器的电流被限制于线路电流，而在图3所示的本实施例的结构中的补偿电流和线路电流相互相关，使得即使在由于传输线路故障而在线路中流过过电流时，也能由补偿电流发生器维持足够的补偿电流，此时，线路电流流过串联电容器C1，而不流过补偿电流发生器CMP1。

因此，这种结构可以不用旁路电路，该电路在常规的串联补偿器中是重要的，其用于阻止过大的故障电流流过串联补偿器而使其破坏。

虽然电路数量的增加不可避免地增加了串联电容器C1的电压，如果作为保护过电压的避雷器(非线性电阻元件)和串联电容器C1并联，则施加于补偿电流发生器CMP1的最大电压被限制于避雷器的保护值。通过这样设计补偿电流发生器CMP1，使得能够经受由避雷器的保护值确定的电压，便能够实现具有简单结构的高可靠性的串联补偿器，其可以在故障消除之后快速地实现预定的补偿操作，而不需要旁路电路。

因为使用半导体开关元件的功率变换器作为补偿电流发生器CMP1，所以除去所需频率的电流之外，补偿电流还含有谐波电流。不过，在图3所示的本实施例的结构中，大容量的串联电容器C1和补偿电流发生器CMP1并联，使得大部分的谐波分量流入串联电容器C1，而几乎不流入线路侧。

下面参照图6A和图6B说明上述操作。

图6A是交流传输线的一相的等效电路图。

在图6A中，交流电源G和串联电容器C1的负载侧的相电压分别用电压源Vs和V2表示，并且补偿电流发生器CMP1被表示为用于馈给电流Icmp的电流源。

虽然流过线路中的电流Is被表示为分别由电压源Vs和V2确定的电流与电流源Icmp的和，但是根据叠加原理，当考虑由电流源确定的电流时，可以认为电压源被短路。因而，图6A的电路可以转换为图6B的电路。

假定I1和I2分别是从电流源流入线路和流入串联电容器的电流，I1和I2的比由以下公式确定：

I1∶I2＝1/(2×π×f×C)∶2×π×f×L                          (4)

其中f(Hz)是补偿电流的频率。

为了说明简明，假定由交流传输线引起的电压降在参考频率下被串联电容器C1补偿100％，那么，

1/(2×π×50×C)＝2×π×50×L                                (5)

使用式(5)，把式(4)重新写成

I1∶I2＝50/f∶f/50                                            (6)

设在补偿电流中包含的谐波的次数是n，则有

f＝50×n                                                      (7)

因而，

I1∶I2＝1∶n²                                                (8)

因为按一般三相桥整流器连接的功率变换器产生的频率范围一般是5次谐波、7次谐波或高次谐波，所以流入交流传输线的谐波，即使是5次谐波，也被减少到1/26，这是相当小的。

虽然在上面的说明中由串联电容器补偿的量被设置为用于补偿传输线100％的电抗的量，但是补偿量一般被抑制为一个小于100％的值，使得流入传输线的谐波较小。

用作补偿电流发生器CMP1的功率变换器可以实现一种串联补偿器，其对交流传输线具有较小的谐波影响，同时不使用消除谐波的一些措施，例如提供谐波滤波器或多变换器结构。

虽然在图3中为简明起见每一相具有一个串联电容器C1，但是实际上按照所需的电容量可以使用并联连接的多个电容器。

第二实施例

图7是说明按照本实施例的串联补偿器的示例的结构的方块图，所用的和图3相同的标号表示这种串联补偿器的相同的元件。

在图7中，“G”表示交流电源，“X1”表示交流传输线的电抗，“C1”表示串联电容器，(以后称为“第一串联电容器”)，“C2”表示另一个串联电容器(以后称为“第二串联电容器”)，“CMP1”表示补偿电流发生器。

串联电容器C1和第二串联电容器C2和交流传输线串联，补偿电流发生器CMP1和串联电容器C1并联。

即除去第一串联电容器C1之外，还提供用于进行固定分量的补偿的第二串联电容器C2，在本实施例中，第一串联电容器C1通过改变补偿电流可以改变阻抗。

因而，按照本实施例构成的串联补偿器，当补偿电流Icmp是0时，在各个串联电容器C1和C2两端产生产生具有滞后于线路电压的相位90度的相位的电压，因而，由交流传输线的电抗X1引起的电压降被减少在串联电容器C1，C2两端产生的电压之和。

当馈给补偿电流Icmp时，按照补偿电流Icmp的幅值和相位，在第一串联电容器C1两端产生的电压矢量可以被改变为在圆圈CL1内的值，当补偿电流Icmp是0时，圆圈CL1的中心是负载侧端电压。

因而可以改变从交流电源G到负载侧端电压的等效阻抗，这和上述第一实施例获得的结果相同。

此外，因为相应于额定时所需的补偿量的并被包括在第一实施例中的串联电容器C1中的大部分电容作为第二串联电容器C2被提供，所以当一般需要大的补偿时，要加于补偿电流发生器CMP1的输出端的电压可以被减少。

虽然为了简明第一和第二串联电容器C1，C2在图7的每相中由一个电容器构成，但是实际上可以按照需要使用多个电容器串联。

第三实施例

图8是按照本实施例的串联补偿器的结构方块图，和图7中相同的元件用相同的标号表示，并且省略其说明。下面只说明其不同之处。

如图8所示，按照本实施例的串联补偿器以这种方式设计，使得在第二实施例中提供的第二串联电容器C2作为串联电容器被提供，用于进行固定量的补偿，其构成电容器组C2SW，其串联数量可以用机械开关改变。

具体地说，第二串联电容器C2包括多个串联电容器，各个开关分别与它们并联。

虽然为了简明图8中每相具有3个电容器组，但是第二串联电容器C2可以包括任意数量的电容器组，根据所需的补偿量而定。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，通过改变电容器组C2SW中的有效的串联电容器的数量和由第一串联电容器C1补偿的可变的数量，可以实现宽范围的补偿，同时降低补偿电流发生器CMP1的容量。

假定串联电容器部分的电抗和交流传输线的电抗的比被称为补偿度，并且由每个电容器组C2SW提供的补偿度是10％，由第一串联电容器C1提供的补偿度是5％，补偿电流发生器CMP1的容量是5％(其是能够产生为产生相当于+5％的补偿度的电压所需的补偿电流的补偿电流发生器的容量；因为补偿电流可能具有相反的相位，所以补偿电流发生器CMP1实现的补偿度可以在+5％到一5％的范围内改变)，由第一串联电容器C1提供的补偿度的范围是0％到10％。因此，由下面的表1可见，通过选择电容器组C2SW中的被成为有效的串联电容器的数量，可以连续实现的补偿度的范围是0％-40％。

                         表1

总的补偿度	在C2SW中有效的电容器的数量	由C1实现的补偿度
			0-10％	0	0-10％
10-20％	1	0-10％
			20-30％	2	0-10％
30-40％	3	0-10％

虽然上面的说明是针对这样的情况给出的，即，为了简明，由第一串联电容器C1提供的补偿只沿电抗的方向，但是利用具有5％的补偿半径的圆圈内进行补偿，通过任意设置相当于线路电流的补偿电流的相位，例如可以实现补偿度为5％。15％，25％，或35％的补偿，如图9所示。

第4实施例

图10是按照本实施例的串联补偿器的结构方块图，和图8相同的标号表示相同的元件，因而省略其说明，下面只说明其不同之处。

如图10所示，按照本实施例的串联补偿器具有这样的结构，其中用于切换第三实施例中电容器组C2SW中的有效的电容器数量的开关由一对反向并联的可控硅半导体开关构成。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，因为有效的串联电容器的数量可以由可控硅快速转换，所以和第三实施例相比，可以快速地实现补偿。

第5实施例

图11是按照本实施例的串联补偿器结构方块图，和图3相同的标号表示相同的元件。

在图11中，串联变压器Tr1具有和交流线路串联的一次侧绕组以及和电容器C21相连的二次绕组，补偿电流发生器CMP1和电容器C21并联。

假定在本实施例中的这样构成的串联补偿器中串联变压器Tr1的变比是n，电容器C21的电抗是Xc21，当由补偿电流发生器CMP1产生的补偿电流是0时，由线路电流Is和串联变压器Tr1的变比n确定的电流n×Is流过电容器C21，从而产生电压n×Xc21×Is，其相位滞后于线路电流的相位90度。

由电容器C21产生的电压作为滞后于线路电流90度的电压通过串联变压器Tr1被串联在交流线路上，并且其方向使得抵销由传输线电抗X1产生的电压降。

当补偿电流发生器CMP1产生补偿电流Icmp时，除去由线路电流确定的电流之外，补偿电流Icmp被供给电容器C21，从而在C21两端产生按照补偿电流Icmp的幅值和相位而改变的电压。

按照补偿电流Icmp的幅值和相位，电容器C21两端的电压可以在任意的圆内改变，所述圆的圆心当补偿电流是0时在电压矢量的末端，并且由补偿电流的最大值确定。

按照在组电容器C21两端产生的电压矢量，在串联变压器Tr1的一次绕组产生的并被串联供给交流线路的电压也被改变。

这使得由交流电源G到补偿电流发生器CMP1的负载侧的等效阻抗可以不同地改变，其效果和上述第一实施例相同。

在补偿电流是0的情况下，电容器C21两端的电压等于n×Xc21×Is，因而在串联变压器Tr1的一次绕组上产生电压n²×Xc×Is。

即，为了达到和第一实施例相同的补偿度，在本实施例中应当提供1/n²的电容。

因为流过电容器C21的电流等于n倍之多，在电容器C21两端产生的电压等于1/n，虽然电容器的电容等于由电抗×(电流的平方)所确定的值。

即，虽然电容器C21和串联电容器具有相同的效果，因为其通过串联变压器Tr1被串联在交流线路中，其位于串联变压器Tr1的低压侧上，根据其耐压能力和绝缘看来，这是非常有利的。

第6实施例

图12是按照本实施例的串联补偿器的功能结构的电路方块图，和图3所示的串联补偿器中相同的标号代表相同的元件。

在图12中，串联变压器Tr1具有和交流线路串联的一次绕组，以及和第一电容器C21、第二电容器C22串联的二次绕组，其中补偿电流发生器CMP1和第一电容器C21并联。

第二电容器C22是作为第二串联电容器提供的相当于额定时所需的补偿量的大部分电容的电容器，因而类似于第二实施例的一种结构在串联变压器Tr1的二次绕组侧实现了。

假定串联变压器Tr1的变比是n，电容器C21和C22的电抗分别是Xc21与Xc22，当由补偿电流发生器CMP1产生的补偿电流是0时，由线路电流Is和串联变压器Tr1的变比n确定的电流n×Is流过电容器C21和C22，于是产生电压n×Xc21×Is和n×Xc22×Is，其相位滞后于线路电流的相位90度。

在电容器C21、C22两端产生的电压之和通过串联变压器Tr1被串联于交流线路上，其作为相对于线路电流滞后90度的电压，其方向使得抵销由传输线路电抗X1产生的电压降。

当补偿电流发生器CMP1产生补偿电流Icmp时，除去由线路电流确定的电流之外，补偿电流Icmp被提供给电容器C21，从而使在电容器C21两端产生的电压按照补偿电流Icmp的幅值和相位改变。

按照补偿电流Icmp的幅值和相位，在电容器C21两端产生的电压可以在任意的圆内改变，当补偿电流是0时，所述圆的中心是电压矢量的末端，这由补偿电流的最大值确定。

按照在电容器C21两端产生的电压矢量，在串联变压器Tr1的一次绕组上产生的并被串联施加于交流线路的电压也被改变。

这可以使得从交流电源G到补偿电流发生器CMP1的负载侧的等效阻抗被不同地改变，这和第二实施例获得的效果相同。

具体地说，当额定时需要大的补偿时，这种结构可以降低要施加于补偿电流发生器CMP1的输出端的电压，并且电容器C21、C22位于串联变压器Tr1的低压侧，这从电容器的耐压能力和绝缘来看，具有显著的优点。

第7实施例

图13是说明按照本实施例的串联补偿器的结构的电路方块图，和图12相同的标号表示相同的元件，并且省略其说明。下面只讨论不同之处。

如图13所示，按照本实施例的串联补偿器被这样设计，使得第一串联电容器C1和补偿电流发生器CMP1并联，其串联数量可以由机械开关改变的电容器组C22SW和第一串联电容器C1串联后被连接于串联变压器Tr1，串联变压器Tr1的一次绕组和第6实施例那样和交流传输线串联。

具体地说，第二串联电容器C2包括多个串联电容器，各个开关和它们并联。

虽然为了简明图13的每相具有3个电容器组，但是根据所需的补偿量，第二串联电容器C2可以包括任意数量的电容器组。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，通过改变从补偿电流发生器CMP1向第一电容器C21提供的补偿电流Icmp的幅值和相位可以不同地改变要在第一电容器C21两端产生的电压的幅值和相位。

即，按照本实施例，如同第三实施例那样，通过改变电容器组C2SW中的成为有效的串联电容器的数量和由第一串联电容器C1提供的对于不同分量的补偿量，可以在一个宽的范围内连续地改变串联变压器Tr1的二次绕组上产生的电压，因而改变通过串联变压器Tr1串联提供给交流传输线的电压。

这使得从交流电源G到补偿电流发生器CMP1的等效阻抗可以被改变为不同的值，其效果和第三实施例相同。

假定串联变压器Tr1的匝数是n，要实现和第三实施例相同的补偿量，被施加在第一电容器C21和电容器组C22SW上的电压成为1/n。

这可以确保宽范围的补偿，同时减少补偿电流发生器CMP1的容量，并且由于电容器C21和电容器组C22SW位于串联变压器Tr1的低压侧，所以从电容器的耐压能力和绝缘看来，是非常有利的。

第8实施例

图14是按照本实施例的串联补偿器的结构的电路方块图。和图13相同的标号表示相同的元件，因而省略其说明。下面只说明不同的部分。

如图14所示，按照本实施例的串联补偿器具有这样的结构，即用于转换在第7实施例中的成为有效的电容器组C22SW中的电容器的数量的开关由半导体开关构成，每个开关具有一对反向并联连接的可控硅。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，因为有效的串联电容器的数量可以由可控硅快速转换，所以和第7实施例相比，可以快速地实现补偿。并且由于电容器C21和可控硅位于串联变压器Tr1的低压侧，所以从电容器和可控硅的耐压能力和绝缘看来，是非常有利的。

第9实施例

图15是按照本实施例的串联补偿器的结构的电路方块图。和图11相同的标号表示相同的元件，因而省略其说明。下面只说明不同的部分。

本实施例的串联补偿器具有这样的结构，即相当于额定情况下所需的补偿量的大部分电容器由和串联补偿器串联的第二串联电容器提供。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，线路电流流过串联电容器C2，因而总是产生滞后线路电流90度的电压。该电压具有和传输线阻抗X1上的电压相反的相位，因而其可以抵销由传输线阻抗X1产生的电压降。

电容器C21和通过串联变压器Tr1连接的补偿电流发生器CMP1和第5实施例的操作完全相同，用于在串联变压器Tr1的一次侧产生不同的补偿电压，使得从交流电源G到补偿电流发生器CMP1的负载侧的等效阻抗可以按照串联电容器C2的额定的补偿而被不同地改变。

尤其是当正常时需要大的补偿时，这种结构可以减少被施加于补偿电流发生器CMP1的输出端的电压，并且由于电容器C21位于串联变压器Tr1的低压侧，所以从电容器的耐压能力和绝缘看来，是非常有利的。

此外，由于串联电容器C2可以和包括串联变压器Tr1的补偿器部分分开设置，因而这种结构的自由度非常高。

第10实施例

图16是按照本实施例的串联补偿器的结构的电路方块图。和图15相同的标号表示相同的元件，因而省略其说明。下面只说明不同的部分。

如图16所示，按照本实施例的串联补偿器以这样的方式设计，使得在第9实施例中作为用于进行固定量补偿的串联电容器而提供的串联电容器C2由电容器组C2SW构成，其串联的数量可以利用机械开关改变。

具体地说，串联电容器C2包括多个串联电容器，各个开关分别与它们并联。

为了简明，虽然在图16中的每相具有3个电容器组，但是按照所需的补偿量，第二串联电容器C2可以包括任意数量的电容器组。

按照本实施例的这种结构的串联补偿器，线路电流Is流过电容器组C2SW中的其并联开关是断开的电容器，从而产生滞后线路电流90度的电压，该电压具有和传输线阻抗X1上的电压相反的相位，因而其可以抵销由传输线阻抗X1产生的电压降。

通过改变电容器组C2SW中成为有效的串联电容器的数量，要被提供给线路的电压可以有级地改变，从而改变补偿量。电容器C21和通过串联变压器Tr1连接的补偿电流发生器CMP1和第5实施例的操作完全相同，可以在串联变压器Tr1的一次侧产生不同的补偿电压。

因此，按照本实施例，将分级补偿电压和可变补偿电压相结合可以连续地产生宽范围的补偿量，其中分级补偿电压由电容器组C2SW提供，可变补偿电压在串联变压器Tr1的一次绕组上产生，其方式已经在第三实施例中结合表1被说明了。

这使得从交流电源G到补偿电流发生器CMP1的等效阻抗可以被改变为不同的值。

这种结构可以确保宽范围的补偿，同时减少补偿电流发生器CMP1的容量，并且由于电容器C21位于串联变压器Tr1的低压侧，所以从电容器的耐压能力和绝缘看来，是非常有利的。

此外，由于电容器组C2SW可以和包括串联变压器Tr1的补偿器部分分开设置，因而这种结构的自由度非常高。

第11实施例

图17是按照本实施例的串联补偿器的结构的电路方块图。和图16相同的标号表示相同的元件，因而省略其说明。下面只说明不同的部分。

如图17所示，按照本实施例的串联补偿器具有这样的结构，其中用于切换第10实施例中电容器组C2SW中的有效的电容器数量的开关由一对反向并联的可控硅半导体开关构成。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，因为有效的串联电容器的数量可以由可控硅快速转换，所以和第10实施例相比，可以快速地实现补偿。并且由于第一电容器C21位于串联变压器Tr1的低压侧，所以从电容器的耐压能力和绝缘看来，是非常有利的。

此外，由于电容器组C2SW可以和包括串联变压器Tr1的补偿器部分分开设置，因而这种结构的自由度非常高。

第12实施例

图18是按照本实施例的串联补偿器的结构的电路方块图。和第一到第11实施例相同的元件用相同的标号表示。

按照本实施例，如图18所示，前述的补偿电流发生器CMP1包括电流源变换器CSI1，其具有反向关断GTO作为开关元件，它们以三相整流器方式连接，并包括在直流侧上的直流电源以及串联变压器Tr1。

在电流源变换器CSI1和串联变压器Tr1之间提供有谐波滤波器C0，用于消除由电流源变换器CSI1产生的谐波分量。

图19是表示在构成本实施例的串联补偿器的补偿电流发生器应用于第一实施例的情况的一种示例的结构的电路方块图，和图3中相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例的这种结构的串联补偿器，补偿电流指令Icmp^*被输入给PWM控制电路PWM1，其进行PWM调制并产生一种开关图形，使得产生等于补偿电流指令Icmp^*的电流。

从电流源变换器CSI1输出的电流具有脉宽调制的方波波形，其具有谐波含量，该谐波含量由谐波滤波器C0消除，使得所述电流具有正弦波波形，并被提供给串联变压器Tr1的二次绕组。

补偿电流由串联变压器Tr1按照匝数变换，并把最终电流提供给串联电容器C1，借以产生具有正弦波的补偿电压。

换句话说，因为在本实施例中的电流源变换器CSI1在其直流侧具有直流电压源，并被用作电流源，其根据电流指令在PWM控制下输出等于指令值的补偿电流，所以其作为补偿电流发生器，产生和预定的指令值匹配的补偿电流。

因而，预定的补偿电流通过串联变压器Tr1被提供给和补偿电流发生器CMP1的输出相连的串联电容器C1，因而可以产生和交流传输线串联的预定的补偿电压。

虽然为了简明上述的实施例使用一个以三相桥式整流器方式连接的电流源变换器，但是为了实现大容量，也可以使用多个以多路复用方式连接的电流源变换器。

第13实施例

图20是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第一到第11实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图20所示，前述的补偿电流发生器CMP1包括电压源变换器VSI1，其具有作为开关元件的反向关断GTO，以三相整流器方式连接，并在直流侧具有直流电压源，PWM控制电路PWM2用于产生供给电压源变换器VSI1的每个GTO的开关图形，电流控制电路ACR1用于控制电压源变换器VSI1的输出电流，用于连接的电抗器L0，和串联变压器Tr1。

在本实施例中，连接电抗器L0可以作为一个独立的电抗器被提供，但是也可以通过把串联变压器Tr1的漏抗设计得较大来实现。

图21是表示在构成本实施例的串联补偿器的补偿电流发生器应用于第一实施例的情况的一种示例的结构的电路方块图，和图3中相同的标号表示相同的元件。

图22是表示电流控制电路ACR1的详细结构的方块图。

如图22所示，电流控制电路ACR1包括三相—二相变换器101，旋转变换器103和104，减法器105和106，放大器107和108，加法器109和110，线—相变换器111，三相—二相变换器112，旋转变换器113，旋转变换器114和二相—三相变换器115。

下面参照图21和22说明这种结构的本实施例的串联补偿器的操作。

相位检测器PHD从其检测的值检测线路电流的相位TH，并把相位TH输入给电流控制电路ACR1。电流控制电路ACR1还接收补偿电流指令Icmpu^*，Icmpv^*和Icmpw^*，它们是作为三相电流指令而给出的，还接收电压型变换器VSI1的三相输出电流检测值Icmpu，Icmpv和Icmpw。

在电流控制电路ACR1中，补偿电流指令Icmpu^*，Icmpv^*和Icmpw^*被输入给三相—二相变换器101，并把三相输出电流检测值Icmpu，Icmpv和Icmpw输入给三相—二相变换器102，这些输入按照下面的公式被转换成两相的量IcmpA^*，IcmpB^*，IcmpA，和IcmpB。

IcmpA^*＝(Icmpu^*-Icmpv^*/2-Icmpw^*/2)

IcmpB^*＝sqrt(3)/2×(Icmpv^*-Icmpw^*)

IcmpA＝(Icmpu-Icmpv/2-Icmpw/2)

IcmpB＝sqrt(3)/2×(Icmpv-Icmpw)                 (9)

三相—二相变换器101和102的输出被分别输入给旋转变换器103和104，并使用下式被变换成直流量或者平行于线路电流的分量和超前线路电流90度的分量IcmpD^*，IcmpQ^*，IcmpD，和IcmpQ。

IcmpD^*＝IcmpA^*×cos(TH)+IcmpB^*×sin(TH)

IcmpQ^*＝-IcmpA^*×sin(TH)+IcmpB^*×cos(TH)

IcmpD＝IcmpA×cos(TH)+IcmpB×sin(TH)

IcmpQ＝-IcmpA×sin(TH)+IcmpB×cos(TH)           (10)

因为平行于线路电流的分量IcmpD^*和IcmpD被提供给串联电容器C1，以便产生垂直于线路电流的电压，它们代表相应于无功功率的无功电流分量。

因为超前线路电流90度的电流分量IcmpQ^*和IcmpQ被提供给串联电容器C1，以便产生和线路电流同相的电压，它们代表相应于有功功率的有功电流分量。

关于无功电流分量和有功电流分量，指令值和检测值被输入给减法器105和106，在其中计算指令值和检测值之间的差。

计算的差被输入到放大器107和108放大。

在串联电容器C1两端的检测的电压Vcu，Vcv，和Vcw通过下式在线—相变换器111中被变换为等效的相电压Vcu2，Vcv2和Vcw2：

Vcu2＝1/3×(2×Vcu+Vcv)

Vcv2＝1/3×(2×Vcv+Vcw)

Vcw2＝1/3×(2×Vcw+Vcu)                           (11)

线—相转换器111的每个输出使用下式通过三相—二相转换器112和旋转变换器113被分离成有功功率矢量分量VcD和无功功率矢量分量VcQ，并把这些分离出的分量通过减法器分别加到放大器107和108的输出端：

VcA＝(Vcu2-Vcv2/2-Vcw2/2)

VcB＝sqrt(3)/2×(Vcv2-Vcw2)                       (12)

VcD＝VcA×cos(TH)+VcB×sin(TH)

VcQ＝VcA×sin(TH)+VcB×cos(TH)                    (13)

其中，基于串联电容器C1上的每个电压的检测值的电压等效于要被施加于连接电抗器L0的线路侧电压，并且因为这个电压被正向加于放大器107和108的输出，所以放大器107和108不需要提供由串联电容器C1上产生的电压而产生的偏压分量。这可以提供改进的响应。

加法器109和110的输出VcmpD^*和VcmpQ^*利用下式通过旋转变换器114和二相—三相变换器115被转换成三相电压指令Vu^*，Vv^*，和Vw^*，并把这三相电压指令提供给PWM控制电路PWM2。

VcmpA^*＝VcmpD^*×cos(TH)-VcmpQ^*×sin(TH)

IcmpB^*＝VcmpD^*×sin(TH)+VcmpQ^*×cos(TH)             (14)

Vu^*＝2/3×VcmpA^*

Vv^*＝-1/3×VcmpA^*+1/sqrt(3)×VcmpB^*

Vw^*＝-1/3×VcmpA^*-1/sqrt(3)×VcmpB^*                 (15)

PWM控制电路PWM2以这种方式产生用于电压源变换器VSI1的每个GTO的开关图形，使得电压源变换器VSI1输出等于三相电压指令Vu^*，Vv^*，和Vw^*的电压。

当检测值小于相关的指令值时，正的差值变大，使得已经放大的放大器107和108的输出成为较大的正值。

因为等效于连接电抗器L0的线路侧上的电压在加法器109，110中相加，加法器109，110的输出产生相应于大于连接电抗器L0的线路侧电压一个根据正的差值放大的电压分量的电压指令。

由PWM控制电路PWM2和电压源变换器VSI1产生等于三相电压指令的电压，并且要加于连接电抗器L0的电压变为一个大相应于差值的量。结果，电压源变换器VSI1的输出电流增加，因而减少检测值和指令值之间的差值。

以这种方式，电流控制电路ACR1产生等于电流指令Icmpu^*，Icmpv^*和Icmpw^*的输出电流。

即，电压源变换器VSI1的输出电流被这样控制，使得其总是等于电流指令，因而电压源变换器VSI1作为一个电流源，其总是向串联电容器C1提供等于电流指令的电流。

来自电压源变换器VSI1的每个电流输出被串联变压器Tr1按照匝数进行变换，并把所得电流提供给串联电容器C1，借以产生补偿电压。

换句话说，因为在本例中的电压源变换器VSI1作为电流源，其在脉宽调制控制下根据指令输出等于指令值的电流，所以其作为补偿电流发生器用于产生和预定的指令值匹配的补偿电流。

结果，预定的补偿电流通过串联变压器Tr1被提供给和补偿电流发生器CMP1相连的串联电容器C1，因而可以产生和交流传输线串联的预定的补偿电压。

虽然为了简明上述的实施例使用一个以三相桥式整流器方式连接的电压源变换器，但是为了实现大容量，也可以使用多个以多路复用方式连接的电压源变换器。

第14实施例

图23是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第5实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图23所示，因为电容器C21被提供在串联变压器Tr1的低压侧，所以上述的补偿电流发生器CMP1只由电流源变换器CSI1构成。

按照这样构成的串联补偿器，电流源变换器CSI1在PWM控制下产生等于补偿指令的电流，并作为电流源被提供给电容器C21，使得在串联变压器Tr1的一次侧绕组上可以产生各种补偿电压。

在补偿电流发生器CMP1中可以省略变压器和谐波滤波器，因为电容器C21和串联变压器Tr1的二次绕组相连，并产生正常需要的补偿电压。

图24到26是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第9到第11实施例使用的相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例如图24到图26所示，因为电容器C21被提供在串联变压器Tr1的低压侧，，所以上述补偿电流发生器CMP1只由电流源变换器CSI1构成。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器可以通过和第9到11实施例完全相同的操作对线路提供各种补偿电压。

可以省略补偿电流发生器CMP1中的变压器和谐波滤波器，因为电容器C21和串联变压器Tr1的二次绕组相连，并产生正常需要的补偿电压，同时作为滤波器。

如上所述，因为在本实施例中的电流源变换器CSI1在直流侧具有直流电压源并作为电流源，其在脉宽调制控制下根据指令输出等于指令值的补偿电流，所以其作为补偿电流发生器用于产生和预定的指令值匹配的补偿电流。

结果，预定的补偿电流被被提供给和补偿电流发生器CMP1相连的串联电容器C1，因而可以产生和交流传输线串联的预定的补偿电压。

第15实施例

图27是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第5实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图27所示，因为电容器C21被提供在串联变压器Tr1的低压侧，所以上述的补偿电流发生器CMP1只由配备有电流控制电路的电压源变换器VSI1构成。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，电压源变换器VSI1在PWM控制下产生等于补偿指令的电流，并作为电流源把该电流提供给电容器C21，使得在串联变压器Tr1的一次侧绕组上可以产生各种补偿电压。

可以省略补偿电流发生器CMP1中的变压器。

图28到30是按照本实施例的串联补偿器的结构的方块图，和第9到11实施例使用的相同的标号表示相同的元件。按照本实施例如图28到30所示，因为电容器C21被提供在串联变压器Tr1的低压侧，所以上述的补偿电流发生器CMP1只由配备有电流控制电路的电压源变换器VSI1构成。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器可以通过和第9到11实施例完全相同的操作对线路提供各种补偿电压。

可以省略补偿电流发生器CMP1中的变压器。

按照本实施例，如上所述，控制电压源变换器VSI1的输出电流的电流控制电路产生这样一个输出电压指令，使得电压源变换器VSI1的输出电流和偿电流指令一致，并且电压源变换器VSI1在PWM控制下输出一个等于电压指令的电压。结果，输出电流和补偿电流指令一致。因而这种电流控制电路作为补偿电流发生器而工作，其产生和预定的指令值相符的补偿电流指令。

结果，预定的补偿电流被被提供给和补偿电流发生器CMP1的输出相连的电容器C21，因而可以产生和交流传输线串联的预定的补偿电压。

第16实施例

图31是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第12或第14实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图31所示，前述的补偿电流发生器CMP1包括电流源变换器CSI1，其具有作为开关元件的反向关断GTO，每相以单相整流器方式连接，并在直流侧具有直流电流源，以及串联变压器Tr2。

在电流源变换器CSI2和串联变压器Tr2之间提供有谐波滤波器C0，用于消除由电流源变换器CSI2产生的谐波。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器基本上可以通过和第12或14实施例完全相同的操作对线路提供各种补偿电压。

此外，每相的输出电流可以被单独地控制。

换句话说，通过控制在每相中以单相桥式整流器连接的反向阻断开关器件GTO的转换，本实施例中的电流源变换器CSI2输出和指令电流匹配的电流，因而作为补偿电流发生器而工作，其产生和预定的指令值一致的补偿电流指令。

因而，预定的补偿电流被提供给和补偿电流发生器CMP1的输出相连的电容器，因而可以产生和交流传输线串联的预定的补偿电压。在这种情况下，每相的单相桥式整流器使得各相的补偿电流能够被独立地控制。

虽然本实施例的上面的说明是针对使用串联变压器Tr2和谐波滤波器C0给出的，但是也可以通过使电流源变换器CSI2的输出直接连接到串联电容器的两端而形成无变压器和无滤波器的结构。

第17实施例

图32是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第13或第15实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图32所示，前述的补偿电流发生器CMP1包括电流源变换器CSI1，其具有每相以单相桥式整流器连接的作为开关元件的GTO。并包括在直流侧具有直流电压源的电压源变换器VSI2，电流控制电路ACR1用于控制电压源变换器VSI2的输出电流以及串联变压器Tr2。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器基本上可以通过和第13或15实施例完全相同的操作对线路提供各种补偿电压。

此外，每相的输出电流可以被单独地控制。

换句话说，通过对电压源变换器VSI2给定作为电流控制电路ACR1的输出的用于输出和预定的电流指令匹配的输出电流的电压指令，并通过控制在每相中以单相桥式整流器连接的反向阻断开关器件GTO的转换，本实施例中的电压源变换器VSI2输出和指令电压匹配的电流，因而作为补偿电流发生器而工作，其产生和预定的指令值一致的补偿电流指令。

因而，预定的补偿电流被提供给和补偿电流发生器CMP1的输出相连的电容器，因而可以产生和交流传输线串联的预定的补偿电压。在这种情况下，每相的单相桥式整流器使得各相的补偿电流能够被独立地控制。

虽然本实施例的上面的说明是针对使用串联变压器Tr2和谐波滤波器C0给出的，但是也可以通过使电流源变换器CSI2的输出直接连接到串联电容器的两端而形成无变压器和无滤波器的结构。

第18实施例

图33是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第1到第17实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图33所示，一种补偿电流控制器以这样的方式构成，使得在第一到第17实施例的任何一中的补偿电流发生器CMP1，根据检测的交流线路电流产生具有和交流传输线的电流的相位相同或者相反的电流。

本实施例具有这样的结构，使得第13实施例的电压型变换器适用于第一实施例。

图34是电流控制电路ACR2的详细结构的方块图，和图22相同的标号代表相同的部件。

下面参照图33和34说明具有上述结构的本实施例的操作。

沿线路电流方向的补偿电流指令Icmpd^*被输入到电流控制电路ACR2，其在超前于线路电流90度的方向的线路电流指令是0是进行电流控制操作。

当补偿电流指令Icmpd^*具有正值时，和线路电流同相的电流指令被给予电流控制电路ACR2，而当补偿电流指令Icmpd^*具有负值时，具有和线路电流相反的相位的电流指令被给予电流控制电路ACR2。

电流控制电路ACR2输出电压指令Vu^*，Vv，^*Vw^*，其使电压源变换器VSI1输出等于补偿电流指令Icmpd^*的电流，并使PWM控制电路PWM2产生用于每个GTO的开关图形。

结果，输出电流Icmpu，Icmpv，Icmpw成为具有和线路电流相位相同或者相反的分量的补偿电流。

此外，具有和线路电流相位相同或者相反的分量的补偿电流通过串联变压器Tr1被提供给串联电容器C1。在串联电容器C1两端产生滞后于线路电流90度所电压，对RRC1施加具有和线路电流相位相同或者相反的分量的补偿电流，因而得到补偿电压，其相位和当补偿电流是0时在串联电容器C1两端产生的电压的相位相同或者相反。

因而，串联电容器C1作为一个等效的可变电容而工作。图35是说明这种操作的矢量图。

因为由线路电抗Xs引起的电压降，串联电容器C1的交流电源侧线路电压V1成为其相位滞后于δ，其幅值下降ΔV的电压。

当补偿电流Icmp是0时，垂直于线路电流Is的电压1/(jωC)×Is在串联电容器C1两端产生，并且串联电容器C1的负载侧电压V2由其端点在图35中A点的矢量表示。

当和线路电流Is同相的补偿电流Icmp加于串联电容器C1时，在串联电容器C1两端还产生一个电压1/(jωC)×Icmp，代表串联电容器C1的负载侧电压V2的矢量的端点被移动到点B，进一步补偿由线路阻抗引起的电压降。

通过改变同相或反相的补偿电流Icmp，代表串联电容器C1的负载侧电压V2的矢量的端点可以在连接交流电源电压矢量Vs和串联电容器C1的电源侧电压V1的端点的直线上围绕点A改变。

即串联电容器可以作为可变电容来操作，用于补偿由线路阻抗产生的电压降。

在第16实施例的情况下，补偿电压总是垂直于线路电流，使得补偿电流发生器CMP1基本上不向交流传输线输出有功功率。

因而，电容器可以用作直流电压源。在这种情况下，因为相当于电压型变换器产生的损耗的有功功率应当由交流传输线补充，所以使用由图36和37所示结构的补偿电流控制器。

参看图36和37，检测串联电容器电压Edc，利用减法器计算该电压和指令电压指令Edc^*之间的差，然后被运算放大器OP1放大。

放大器OP1的输出被反相，并被提供给电流控制电路ACR3，作为垂直于线路电流的补偿电流指令Icmpq^*，以及和线路电流同相的补偿电流指令Icmpd^*。

电流控制电路ACR3把电压指令Vu^*，Vv，^*Vw^*提供给PWM控制电路PWM2，从而使电压源变换器VSI3输出等于补偿电流指令Icmpd^*和补偿电流指令Icmpq^*的输出电流。

为了输出等于电压指令Vu^*，Vv，^*Vw^*的电压，PWM控制电路PWM2通过PWM调制计算电压源变换器VSI3的开关图形，并将其作为控制极信号输送给功率变换器的各个GTO。

结果，电压源变换器VSI3输出等于补偿电流指令Icmpd^*和补偿电流指令Icmpq^*的电流，并通过串联变压器Tr1向串联电容器C1提供补偿电流指令Icmp。

在这种情况下，虽然补偿电流指令Icmp含有一些有功电流用于补充损耗，但是它几乎成为一个和线路电流同相的无功电流分量，使得串联补偿器作为可变电抗工作。

按照本实施例，如上所述，检测交流线路的电流，根据线路电流的相位，把和线路电流同相或反相的补偿电流指令被提供给补偿电流发生器CMP1，并且补偿电流发生器CMP1产生和补偿电流指令匹配的补偿电流，并向和补偿电流发生器CMP1相连的串联电容器C1提供和线路电流同相或反相的电流。由补偿电流在串联电容器C1两端产生的补偿电压成为垂直于线路电流的分量，因而电容器部分作为等效的可变电容而工作。

这可以实现各种串联补偿。在这种情况下，补偿电流发生器CMP1基本上不向交流线路提供有功功率，使得构成补偿电流发生器CMP1的功率变换器的直流电路在电压源变换器的情况下可以由电容器实现，在电流源变换器的情况下由电感实现。

第19实施例

图38是按照本实施例的串联补偿器电路结构的方块图，和第一到第18实施例使用的相同的标号表示相应的的元件。

如图38所示本实施例以这样的方式构成，即在第一到第18实施例中提供一种功率波动抑制控制装置，其包括检测电路，用于检测流过交流传输线的电流和交流传输线的电压，计算电路，用于计算流过交流传输线的有功电流分量和无功电流分量，以及波动抑制电路，用于根据线路电流中的变化比、有功电流分量的变化、和无功电流分量的变化产生一个补偿电流指令，用于抑制交流线路的波动。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，线路电流Isu，Isv，Isw以及线路电压Vsu，Vsv，Vsw被检测，并在三相—二相变换器201和202中使用下式被分别变换成两相的量Isa，Isb和Vsa，Vsb。

Isa＝(Isu-Isv/2-Isw/2)

Isb＝sqrt(3)/2×(Isv-Isw)

Vsa＝(Vsu-Vsv/2-Vsw/2)

Vsb＝sqrt(3)/2×(Vsv-Vsw)                            (16)

两相量Vsa，Vsb被输入给相位控制器103，在其中计算每个线路电压的相位THS。

两相量Isa，Isb被输入给旋转变换器204，通过—THS的旋转变换被转换成平行于线路电压方向的电流IP和超前于线路电压90度的电流IQ，如下式所示：

IP＝Isa×cos(THS)+Isb×sin(THS)

IQ＝-Isa×sin(THS)+Isb×cos(THS)                  (17)

电流IP和IQ分别相应于线路电流的有功电流分量和无功电流分量。电流IP和IQ被输入给时间超前电路205和206，计算有功电流分量和无功电流分量的改变dIP和dIQ。

有功电流分量和无功电流分量的改变dIP和dIQ被输入到旋转变换器207和两相—三相变换器208，通过+TH的旋转变换和二相—三相变换按照下式被变换成三相量dIsu，dIsv，dIsw。

dIa＝dIPsa×cos(THS)-dIQ×sin(THS)

dIb＝dIP×sin(THS)+dIQ×cos(THS)

dIsu＝2/3×dIa

dIsv＝1/3×dIa+1/sqrt(3)×dIa

dIsw＝1/3×dIa-1/sqrt(3)×dIb                          (18)

电路电流检测值Isu，Isv，Isw也被输入改变控制器209，其计算前一个检测值和当前检测值之间的差，并计算线路电流中的每个变化率，并乘以增益。所得之值被从dIsu，dIsv，dIsw中减去，产生三相波动抑制信号Icmp2u，Icmp2v.Icmp2w。

三相波动抑制信号Icmp2u，Icmp2v.Icmp2w被和正常时所需的补偿电流指令Icmpu^*，Icmpv^*和Icmpw^*相加。

相应于有功电流分量和无功电流分量的改变的补偿电流被提供给和补偿电流发生器CMP1并联的串联电容器C1，其产生滞后于通过交流线路的有功电流和无功电流90度的电压。

因为引起有功功率和无功功率波动的线路电抗Xs上的所加的电压的改变具有超前于有功电流和无功电流90度的相位，所以要被提供给串联电容器C1的线路电压的方向是能够抵销引起波动的电压的方向。

因为正比于电流变化率的补偿电流具有超前于通过串联电容器C1的电流90度的相位，所以这种信号的负反馈的方向是能够阻尼流过串联电容器C1的电流波动的方向。

图39是表示本实施例的波动抑制效果的一个例子的操作波形图。

在图39中，VUW1，VVW1，VWU1表示线路线电压，THEX表示交流电源的相位波动。Isu，Isv，Isw表示线路电流，Vcu，Vcv，Vcw表示串联电容器C1上的电压，Icmpu，Icmpv，Icmpw表示三相补偿电流，IP，IQ表示通过线路的有功电流分量和无功电流分量。

图39说明的情况是，交流电源G的相位由于发电机的轴的振动而在12Hz振荡时，本实施例的波动抑制控制在时刻t1解除，然后在时刻t2启动。

如图39所示，通过线路的线路电流，电容器电流，有功电流和无功电流在时刻t1之前由于波动抑制控制的作用都处于稳定状态，但是到在时刻t1波动抑制电路被解除时，由交流电源G的相位信号而引起的功率波动由于由线路电抗Xs和串联电容器C1构成的LC谐振电路而引起谐振，因而具有12Hz频率的功率波动开始变大。

到本实施例的波动抑制控制在时刻t2被再次启动时，在大约100毫秒内功率波动得以抑制，因而使操作返回稳定状态。

众所周知，在具有固定补偿度的串联电容器的情况下，到发电机的特定频率被叠加在由串联电容器C1和线路电抗给出的LC振荡频率上时，则发生功率波动，这种现象可以使发电机的轴受到破坏。图39表示即使在这种情况下，本实施例的波动抑制控制也能继续使操作稳定而不引起功率波动。

按照本实施例，如上所述，在交流传输线中的功率波动可以由下述方式得到抑制：检测线路电流和线路电压，计算通过交流传输线的有功电流分量和无功电流分量，根据有功电流分量和无功电流分量的改变以及线路电流的变化率产生补偿电流指令。

即，根据通过交流线路的有功电流分量和无功电流分量的改变而产生的补偿电流指令被提供给串联电容器C1，从而产生一个电压，该电压的方向是能够抵销已经引起有功电流分量和无功电流分量的改变的电压改变的方向。因为根据线路电流变化率而得到的补偿电流具有阻尼线路电流波动的效果，所以可以快速地抑制功率波动。

第20实施例

图40是按照本实施例的串联补偿器电路结构的方块图，和第一到第19实施例使用的相同的标号表示相应的的元件。

如图40所示本实施例以这样的方式构成，即在第一到第18的每个实施例中提供一种直流分量抑制控制装置，其包括电容电压检测电路，用于检测和交流传输线串联的串联电容器C1上的电压，直流分量计算电路，用于计算串联电容器C1的直流电压分量，以及直流分量抑制电路，用于根据通过补偿直流分量抑制电路的输出的幅值和相位而获得的信号产生补偿电流指令。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，当直流分量被瞬时地叠加到线路电流上时，在和线路串联的串联电容器C1上出现直流分量，其可以引起线路中的变压器的直流磁场偏移。

但是，在本实施例中的串联补偿器中的直流分量抑制装置可以抑制在串联电容器C1上出现的直流分量。

串联电容器电压Vcu，Vcv，Vcw被输入到直流分量检测器301，在线路频率的周期内逐相地进行两次移动平均处理。

这样便消除了在串联电容器C1的电压中包含的线路频率分量，从而检测到直流分量。

每相的直流分量被输入到三相—二相转换器302，其输出被在幅值补偿器303中乘以一个增益，并把所得分量的相位在相位补偿器中提前90度+α，然后在二相—三相转换器305中被进行二相到三相的转换。每个相的所得之值被负反馈给在正常是所需的偿电流指令Icmpu^*，Icmpv^*和Icmpw^*。

在直流分量检测器301中进行两次移动平均的理由是，一次移动平均不能消除电容电压的幅值的瞬时改变，如果发生的话，因此进行两次移动平均用于消除瞬时幅值改变的影响。

在相位补偿器304中相位被提前90度+α是考虑到这样的事实，由串联电容器C1上的补偿电流产生的补偿电压的相位滞后90度，并且还存在控制延迟。

当产生直流分量时，和直流分量成正比的并产生用于消除这个直流分量的补偿电压的补偿电流被提供给串联电容器C1，使得直流分量电压被消除，因而抑制了直流分量。

按照本实施例，如上所述，由线路电流的干扰而在串联电容器C1上产生的电压的直流分量可以被快速地抑制，其中通过使补偿电流发生器CMP1产生补偿电流，所述补偿电流用于产生用于消除直流分量的电压，其中还在电容电压检测电路中检测电容器的电压，在直流分量计算电路中计算串联电容器C1上的电压的直流分量，并且校正在串联电容器C1上的直流分量的幅值和相位。这使得可以避免变压器的直流磁场的偏移。

第21实施例

图41是按照本实施例的串联补偿器电路结构的方块图，和第20实施例使用的相同的标号表示相应的的元件，并省略其说明，因而只讨论不同之处。

如图41所示本实施例以这样的方式构成，即通过使用积分电路306对交流线路中的线路电流的检测值积分来检测串联电容器C1上的直流分量，而不像第20实施例中那样使用串联电容器C1上的电压。

按照这样构成的本实施例中的串联补偿器，因为，产生串联电容器C1上的电压的直流分量的基本因素是在线路中叠加有直流分量，所以对线路电流积分可以检测直流分量，即使通过使用和串联电容器C1上的电压相等的数量，由补偿电流引起的瞬变直流分量也不能被包含在直流分量检测信号中。因而可以实现更稳定的直流分量抑制控制。

按照本发明，由上述可见，由线路电流在串联电容器C1中产生的直流分量被这样计算：对线路电流进行积分，而不是根据串联电容器C1上的电压检测直流分量，并且根据计算的直流分量由补偿电流发生器CMP1产生补偿电流。这可以确保快速地抑制在串联电容器C1上产生的直流分量，因而能够避免在变压器中的直流磁场的偏移。

在这种情况下，因为由补偿电流引起的瞬时直流分量不涉及直流分量的计算，所以和第20实施例相比，本实施例可以实现更稳定的直流分量抑制控制。

第22实施例

图42是按照本实施例的串联偿器电路结构的方块图，和第一到第17实施例使用的相同的标号表示相应的的元件。

按照本实施例，如图42所示，补偿电流发生器CMP1包括串联变压器Tr1，第一电流源变换器CSI3，其具有反向阻断的GTO作为开关元件，它们成三相整流器连接，第二电流源变换器CSI4，其和交流电源G2并联，并具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器连接，直流电抗器Ld，用于连接第一电流源变换器CSI3和直流部分和第二电流源变换器CSI4的直流部分，以及直流电流控制电路DC-ACR，用于控制直流电抗器Ld中的电流。

在电流源变换器CSI3和串联变压器Tr1之间提供有谐波滤波器C0，用于滤除由电流源变换器CSI3产生的谐波含量。

图43是一种结构的例子的方块图，所示的情况是，构成本实施例的串联补偿器的补偿电流发生器CMP1适用于第一实施例，其中和图3使用的相同的标号表示相应的元件。

按照这种结构的本实施例的串联补偿器，补偿电流指令Icmp^*被输入给脉宽调制控制电路PWM1，其进行脉宽调制，并产生一种开关图形，用于产生等于补偿电流指令Icmp^*的电流。

从第一电流源变换器CSI3输出的电流具有脉宽调制的方波波形，其具有的谐波分量由谐波滤波器C0消除，因而，具有正弦波的电流被提供给串联变压器Tr1。

补偿电流按照匝数由串联变压器Tr1转换，并被提供给串联电容器C1，借以产生具有正弦波的补偿电流。

来自直流部分的直流线路电流Id被输入给直流电流控制电路DC-ACR，其输出电流指令Icmp2q^*，用于产生等于直流电流指令Id^*的DV电压。

补偿电流指令Icmp2q^*被输入到脉宽调制控制电路PWM2，在其中进行控制，使得第二电流源变换器CSI4的直流电流等于目标电流。

同时，第二电流源变换器CSI4的输出电流Icmp2被检测，脉宽调制控制电路PWM2输出等于无功功率指令Icmp2d^*的电流，并且第二电流源变换器CSI4控制要被输出到交流电源的无功功率。

虽然本实施例的上述说明是针对这样一种结构给出的，其中为了简明，每个第一电流源变换器和第二电流源变换器使用一个三相桥式整流器连接的电流源变换器，但是为了实现大的容量，也可以使用多个多路复用连接的电流源变换器。

第23实施例

图44是按照本实施例的串联补偿器电路结构的方块图，和第5实施例使用的相同的标号表示相应的的元件。

按照本实施例，如图44所示，电容器被提供在串联变压器Tr1的低压侧上，补偿电流发生器CMP1包括第一电流源变换器CSI3，其具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器连接，第二电流源变换器CSI4，其和交流电源G2并联，并具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器连接，直流电抗器Ld用于连接第一电流源变换器CSI3的直流部分和第二电流源变换器CSI4的直流部分，以及直流电流控制电路DC-ACR，其控制直流电抗器Ld上的电流。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，第二电流源变换器CSI4可以控制和第二电流源变换器CSI4连接的交流线路的无功功率。

第一电流源变换器CSI3在PWM控制下产生等于补偿指令的电流，并作为电流源向电容器C21提供补偿电流，使得可以在串联变压器Tr1的一次绕组上产生各种补偿电压。

可以省略补偿电流发生器CMP1中的变压器和谐波滤波器，因为电容器C21，其和串联变压器Tr1的二次绕组相连并产生正常情况下所需的补偿电压，可以作为滤波器。

图45到47是按照本实施例的串联补偿器电路结构的方块图，和第9到第11实施例使用的相同的标号表示相应的的元件。

按照本实施例，如图45到47所示，在图44的情况下，从补偿电流发生器CMP1中省略了串联变压器Tr1和谐波滤波器，并且第二电流源变换器CSI4可以控制和其相连的交流线路中的无功功率。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器可以通过和第9到11实施例完全相同的操作基本上可以对线路提供各种补偿电压。

第24实施例

图48是按照本实施例的串联补偿器电路结构的方块图，和第1到第11实施例使用的相同的标号表示相应的的元件。

按照本实施例，如图48所示，补偿电流发生器CMP1包括串联变压器Tr1，第一电压源变换器VSI4，其具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器连接，PWM控制电路PWM1，用于对第一电压源变换器VSI4的每个GYO产生开关图形，电流控制电路ACR1，用于控制第一电压源变换器VSI4的输出电流，连接电抗器L0，第二电压源变换器VSI5，其和交流电源G2并联，并具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器连接，PWM控制电路PWM2，用于对第二电压源变换器VSI5的每个GYO产生开关图形，电流检测控制电路ACR2，用于控制第二电压源变换器VSI5的输出电流，连接电抗器L1，直流电容器Cd，用于连接第一电压源变换器VSI4的直流部分和第二电压源变换器VSI5的直流部分，以及直流电压控制电路DC-AVR，用于控制直流电容器Cd上的电压。连接电抗器L0和L1可以作为单独的电抗器提供，如本实施例那样，也可以通过把变压器的漏抗设计得较大来实现。

图49是一种结构的例子的方块图，所示的情况是，构成本实施例的串联补偿器的补偿电流发生器CMP1适用于第一实施例，其中和图3使用的相同的标号表示相应的元件。

因为电流控制电路ACR1的详细结构已经在第13实施例中说明了，所以此处不再重复。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，来自直流部分的直流电容器电压Ed被输入到直流电流控制电路DC-ACR，其输出电流指令Icmp2q^*，用于产生等于直流电压指令Ed^*。

补偿电流指令Icmp2q^*被输入到PWM控制电路PWM2，以便进行控制，使得第二电压源变换器VSI5的直流电压等于目标值。

与此同时，第二电压源变换器VSI5的输出电流Icmp2被检测，PWM控制电路PWM2输出等于无功功率指令Icmp2d^*的电流，并且第二电压源变换器VSI5控制要被输出到交流传输线的无功功率。

虽然为了简明上述的实施例使用一个以三相桥式整流器方式连接的电压源变换器作为第一电压源变换器VSI4和第二电压源变换器VSI5，但是为了实现大容量，也可以使用多个以多路复用方式连接的电压源变换器。

第25实施例

图50是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第5实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图50所示，因为电容器被提供在串联变压器Tr1的低压侧，补偿电流发生器CMP1包括具有第一输出电流控制能力的第一电压源变换器VSI4，具有第二输出电流控制能力的第二电压源变换器VSI5，以及用于连接第一电压源变换器VSI4的直流部分和第二电压源变换器VSI5的直流部分的直流电容器Cd。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，因为第一电压源变换器VSI4通过电路控制产生等于补偿电流指令的电流，并作为电流源向电容器C21提供补偿电流，所以可以在串联变压器Tr1的一次绕组产生各种补偿电压。

第二电压源变换器VSI5控制直流电容器Cd上的电压，以便调节从第一电压源变换器VSI4输出和输入的有功功率。

与此同时，第二电压源变换器VSI5可以控制和其相连的交流电源G的无功功率。

可以省略补偿电流发生器CMP1中的变压器。

图51到53是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第9到第11实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图51到53所示，如同在图50的情况下，从补偿电流发生器CMP1中省略了变压器。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器通过和第9到第11实施例完全相同的操作基本上可以对线路提供各种补偿电压。

第26实施例

图54是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第22或第23实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图54所示，和第二电流源变换器CSI4并联连接的交流电源和与第一电流源变换器CSI3串联的交流电源相连，或者和第一电流源变换器CSI3对其输出电流的同一个交流电源相连。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器通过和第22或第23实施例完全相同的操作基本上可以对线路提供各种补偿电压，同时还能够控制无功功率。

第27实施例

图55是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第22或第23实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例。如图55所示，和第二电流源变换器CSI4并联的交流电源和与第一电流源变换器CSI3串联的交流电源相连，或者和第一电流源变换器CSI3对其输出电流的同一个交流电源并联。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器基本上可以进行和第22或第23实施例完全相同的操作，使得第一电流源变换器CSI3向和其相连的交流电源提供各种补偿电压，同时第二电流源变换器CSI4调节直流电流并控制和其相连的交流电源的无功功率。

按照本实施例，由上述可见，第一电流源变换器CSI3和第二电流源变换器CSI4被提供在不同的电源电路中，使得即使在和第一电流源变换器CSI3相连的交流电源中发生大的的功率波动，因为第二电流源变换器CSI4是正常的，因而可以提供可靠的直流电流。

因而，第一电流源变换器CSI3可以向线路提供各种补偿电压，和第一与第二电流源变换器连接于同一个电源电流的情况相比，增强了线路波动抑制效果。

第28实施例

图56是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第24或第25实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图56所示，和第二电压源变换器VSI5并联的一个交流电源与和第一电压源变换器VSI4串联的一个交流电源相连，或者与接收第一电压源变换器VSI4的输出电流的同一个交流电源相连。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器通过进行和上述的第24或第25实施例完全相同的操作，基本上可以对线路提供各种补偿电压，同时还能控制无功功率。

第29实施例

图57是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第24或第25实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图57所示，和第二电压源变换器VSI5并联的一个交流电源与和第一电压源变换器VSI4串联的一个交流电源相连，或者与接收第一电压源变换器VSI4的输出电流的一个交流电源并联。

具有上述结构的本实施例的串联补偿器基本上可以进行和上述的第24或第25实施例完全相同的操作，使得第一电压源变换器VSI4向和其相连的交流电源提供各种补偿电压，同时第二电压源变换器VSI5调节直流电压并控制和其相连的交流电源的无功功率。

按照本实施例，由上述可见，第一电压源变换器VSI4和第二电压源变换器VSI5被提供在不同的电源电路中，使得即使在和第一电压源变换器VSI4相连的交流电源中发生大的的功率波动，因为第二电压源变换器VSI5是正常的，因而可以提供可靠的直流电压。

因而，第一电压源变换器VSI4可以向线路提供各种补偿电压，和第一与第二电压源变换器连接于同一个电源电流的情况相比，增强了线路波动抑制效果。

第30实施例

图58是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第1到第17实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图58所示，补偿电流发生器CMP1包括串联变压器Tr1，第一电流源变换器CSI3，其具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器方式连接，串联电容器C1，其和一个交流电源串联，所述交流电源和与第一电流源变换器CSI3相连的交流电源不同，和串联电容器C1并联的串联变压器Tr2，第二电流源变换器CSI4，其具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器方式连接，直流电抗器Ld，用于连接第一电流源变换器CSI3的直流部分和第二电流源变换器CSI4的直流部分，以及直流电流控制电路DC-ACR，其控制直流电抗器Ld上的电流。

在第一电流源变换器CSI3和串联变压器Tr1之间提供有谐波滤波器C0，用于消除由第一电流源变换器CSI3产生的谐波分量。同样在第二电流源变换器CSI4和串联变压器Tr2之间提供有谐波滤波器C2，用于消除由第二电流源变换器CSI4产生的谐波分量。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，补偿电流指令Icmp1^*被输入给PWM控制电路PWM1，其进行脉宽调制，并产生一种开关图形，使得产生等于电流指令Icmp1^*的电流。

从第一电流源变换器CSI3输出的电流具有脉宽调制的方波波形，其中的谐波含量由谐波滤波器C0消除，因而向串联变压器Tr1的二次绕组提供具有正弦波的电流。

补偿电流被串联变压器Tr1按照匝数转换，并把所得电流提供给串联电容器C1，借以产生具有正弦波的补偿电流。来自直流部分的直流线路电流Id被输入到直流电流控制电路DC-ACR，其输出电流指令Icmp2q^*，用于产生等于直流电流指令Id^*的DV电压。

补偿电流指令Icmp2q^*被输入到PWM控制电路PWM2，用于控制第二电流源变换器CSI4的直流电流等于目标电流值。

与此同时，第二电流源变换器CSI4的输出电流Icmp2被检测，PWM控制电路PWM2输出等于电流指令Icmp2d^*的电流，其具有和线路电流的相位相同或相反的相位，并且第二电流源变换器CSI4控制要被输出到交流电源的电流。

因而，可以利用和第一电流源变换器CSI3相连的交流电源和与第二电流源变换器CSI4相连的交流电源同时进行串联补偿。

即使在和第一电流源变换器CSI3相连的交流电源中发生大的的功率波动，因为第二电流源变换器CSI4是正常的，因而可以提供可靠的直流电流。

因而，第一电流源变换器CSI3可以对线路提供各种补偿电压，并且可以抑制线路的波动。

虽然本实施例的上述说明是针对这样一种结构给出的，其中为了简明，每个第一电流源变换器和第二电流源变换器使用一个三相桥式整流器连接的电流源变换器，但是为了实现大的容量，也可以使用多个多路复用连接的电流源变换器。

第31实施例

图59是按照本实施例的串联补偿器的结构电路方块图，和第1到第11实施例相同的标号表示相同的元件。

按照本实施例，如图59所示，补偿电流发生器CMP1包括串联变压器Tr1，第一电压源变换器VSI4，其具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器方式连接，PWM控制电路PWM1，用于为第一电压源变换器VSI4的每个GTO产生开关图形，电流控制电路ACR1，用于控制第一电压源变换器VSI4的输出电流，连接电抗器L0，和一个交流电源串联的串联电容器C1，所述交流电源和与第一电压源变换器VSI4相连的交流电源不同，和串联电容器C1并联的串联变压器Tr2，第二电压源变换器VSI5，其具有反向阻断GTO作为开关元件，它们成三相整流器方式连接，PWM控制电路PWM2，用于为第二电压源变换器VSI5的每个GTO产生开关图形，电流检测控制电路ACR2，用于控制第二电压源变换器VSI5的输出电流，连接电抗器L1，直流电容器Cd，用于连接第一电压源变换器VSI4的直流部分和第二电压源变换器VSI5的直流部分，以及直流电压控制电路DC-AVR，其控制直流电容器Cd上的电压。

在本实施例中，连接电抗器L0是作为一个独立的电抗器被提供的，但是也可以通过把串联变压器Tr1的漏抗设计得较大来实现。

因为电流控制电路ACR1的详细结构在第13实施例中讨论过了，所以此处不再重复。

按照这样构成的本实施例的串联补偿器，来自直流部分的直流电容器电压被输入到直流电压控制电路DC-AVR，其输出电流指令Icmp2q^*，用于产生等于指令电压指令Ed^*的DV电压。

补偿电流指令Icmp2q^*被输入到PWM控制电路PWM2，补偿电流指令Icmp2q^*被输入到PWM控制电路PWM2，用于控制第二电压源变换器VSI5的直流电压等于目标电压值。

与此同时，第二电压源变换器VSI5的输出电流Icmp2被检测，PWM控制电路PWM2输出等于电流指令Icmp2d^*的电流，其具有和线路电流的相位相同或相反的相位，并且第二电压源变换器VSI5控制要被输出到交流电源的电流。

因而，可以利用和第一电压源变换器VSI4相连的交流电源和与第二电压源变换器VSI5相连的交流电源同时进行串联补偿。

即使在和第一电压源变换器VSI4相连的交流电源中发生大的的功率波动，因为第二电压源变换器VSI5是正常的，因而可以提供可靠的直流电压。

因而，第一电压源变换器VSI4可以对线路提供各种补偿电压，并且可以抑制线路的波动。

虽然本实施例的上述说明是针对这样一种结构给出的，其中为了简明，每个第一电压源变换器和第二电压源变换器使用一个三相桥式整流器连接的电流源变换器，但是为了实现大的容量，也可以使用多个多路复用连接的电压源变换器。

在下面的各个实施例的说明中，将说明用于串联补偿器的保护系统。

第32实施例

图62是按照本实施例的串联补偿器的结构方块图。

在图62中，标号“1”，“2”和“3”分别代表交流线路电压源，交流传输线和交流传输线的线路电抗，这些在现有技术部分已经说明了。参看图62，“13”是串联电容器，“14”是补偿电流发生器，“15”是非线性电阻元件。串联电容器13和补偿电流发生器CMP14并联，因而在串联电容器13中产生的电压可以通过控制补偿电流发生器CMP14的输出电流被调节。

下面参照图63的矢量图具体讨论电流和电压之间的关系。假定线路电流是常数。因为补偿电流发生器CMP14可以输出任意输出电流Io，因而流过串联电容器13的电流Ic等于Is+Io，串联电容器电流可以通过控制Io而被改变。假定串联电容器电压沿箭头方向是正的，所产生的串联电容器电压的方向将超前于串联电容器电流90度。假定补偿电流发生器CMP14的输出电流Io和图63所示的线路电流同相，则可以只改变串联电容器电流Ic的幅值而同时保持其和线路电流同相。因而，串联电容器电压Vc和线路电流Is之间的相位差是90度，从而使得串联电容器13能够调整被产生的和交流传输线串联的阻抗。

非线性电阻元件15和串联电容器13以及补偿电流发生器CMP14并联。图64表示所述非线性电阻元件15的阻抗特性。非线性电阻元件的保护动作值是这样一个特定的电压，在此电压下当在非线性电阻元件两端产生电位差时其阻抗特性将改变。当在非线性电阻元件的两端之间的电压小于保护动作值时，呈高阻抗操作状态，因而电流极少流过非线性电阻元件。在另一方面，当在非线性电阻元件两端的电压大于保护动作值时，则处于低阻抗操作状态，使电流流过非线性电阻元件。

非线性电阻元件的保护动作值被设置为高于串联电容器13的正常操作电压的峰值。如果串联电容器电压Vc的瞬时值处于低于保护动作值的一个范围内，因此，非线性电阻元件15进行高阻抗操作，使得电流极少流过非线性电阻元件15。这使得可以认为没有使用非线性电阻元件。

假定在传输线中发生线路故障，例如接地故障，则使线路电流增加。因为补偿电流发生器CMP14的输出电流Io是被控制的，所以线路电流Is流过串联电容器13，从而使串联电容器电压升高。当升高的串联电容器电压Vc达到非线性电阻元件15的保护动作值时，则非线性电阻元件15处于低阻抗状态，使电流Is流过非线性电阻元件15。显然，使用非线性电阻元件可以抑制电压升高和串联电容器13的过电流，同时，可以保护补偿电流发生器CMP14免遭过电压。

这种结构可以保护串联电容器和补偿电流发生器而不需要在常规的串联补偿器中使用的可控硅旁路电路，因而，具有节省成本和空间的优点。可控硅旁路电路需要专门的控制电路用来选通可控硅，而非线性电阻元件不需要这种控制电路，因而可以确保较快的保护操作，改进保护装置的可靠性。

第33实施例

图65是按照本实施例的串联补偿器的电路方块图。

在图65中，“16”是直流电流电源，“17”是开关元件。电流源变换器18由直流电流源16就开关元件17构成。PWM控制电路19根据电流指令值确定开关元件17的转换图形。当收到电流指令值时，PWM控制电路19对电流源变换器18的开关元件输出转换信号。按照来自PWM控制电路19的转换信号，开关元件17进行通断操作，从而把直流电流源16的输出电流变换为交流方波脉冲，借以把电流源变换器18的输出电流转换为交流电流。因为这个电流通过串联变压器4流入串联电容器13，所以串联电容器13的端电压可被改变，从而使得交流传输线的线路阻抗3可被控制。

在图65的电路中发生故障例如发生接地故障时，则使线路电流增加，从而使串联电容器13的端电压升高。当串联电容器13的电压达到非线性电阻元件15的保护动作值时，则增加的线路电流流过非线性电阻元件15，从而保护串联电容器13免遭过电压。抑制串联电容器电压的升高可以保护电流源变换器8免遭过电压，并且保护串联电容器13。

因此，当发生线路故障时，本实施例可以利用具有简单结构的非线性电阻元件保护整个串联补偿器免遭过电流，而不需要在常规的串联补偿器中的可控硅旁路电路。因此，本实施例可以减少成本并节省空间。可控硅旁路电路需要专门的控制电路用来选通可控硅，而非线性电阻元件不需要这种控制电路，因而可以确保较快的保护操作，改进保护装置的可靠性。

第34实施例

图66是按照本实施例的串联补偿器的电路方块图。

在图66中，“20”代表线路电压/电流检测器，“21”代表线路故障确定电路。

被线路电压/电流检测器20检测的电压/电流信号被输入给线路故障确定电路21，其确定是否发生传输线故障。如果线路故障确定电路21确定发生了传输线故障，则PWM控制电路19至少使电流源变换器18中的开关元件17的一个臂短路，借以停止电流源变换器18的输出电流。这使变换器和交流传输线断开。如果线路故障确定电路21确定传输线故障已被消除，则串联补偿器可以恢复线路阻抗补偿操作。

因为在传输线故障期间电流源变换器被停止，所以电流源变换器可以利用一个简单的电路结构和简单的控制电路得到保护。还能够在传输线故障消除之后，快速恢复线路阻抗补偿操作。

第35实施例

图67是按照本实施例的串联补偿器的电路方块图。

在图67中，“22”代表输出电流检测器，“23”代表电流控制电路。

输出电流检测器22检测从电压源变换器8输出的电流，并把其输出信号送到电流控制电路23，电流控制电路23得到检测信号和电流指令值之间的差，并把这一控制信号发送给PWM控制电路9，使差值变小。电压源变换器8按照PWM控制电路9的输出信号进行其开关元件6的通断操作。变换器的输出电流由变换器的输出电压和串联电容器13的端电压之间的差以及串联变压器4的漏抗确定。抑制电压源变换器8的输出电压可以控制变换器的输出电流。这使得串联电容器的电压可以改变，借以使交流传输线的线路阻抗3成为可控的。

当在图67的传输线中发生故障例如接地故障时，传输线电流增加，串联电容器13的端电压升高。当升高的串联电容器电压超过非线性电阻元件15的保护动作值时，则增加的传输线电流流过非线性电阻元件15。借以保护串联电容器13免遭过电压。抑制串联电容器电压的升高可以保护电流源变换器8免遭过电压，并且保护串联电容器13。

因此，当发生线路故障时，本实施例可以利用具有简单结构的非线性电阻元件保护整个串联补偿器免遭过电流，而不需要在常规的串联补偿器中的可控硅旁路电路。因此，本实施例可以减少成本并节省空间。可控硅旁路电路需要专门的控制电路用来选通可控硅，而非线性电阻元件不需要这种控制电路，因而可以确保较快的保护操作，改进保护装置的可靠性。

第36实施例

图68是按照本实施例的串联补偿器的电路方块图。

被线路电压/电流检测器20检测的电压/电流信号被输入给线路故障确定电路21，其接着确定是否发生传输线故障。如果线路故障确定电路21确定发生了传输线故障，则PWM控制电路9解除电压源变换器8中的全部开关元件，借以使电压源变换器8和交流传输线断开。如果此后线路故障确定电路21确定传输线故障已被消除，则串联补偿器可以恢复线路阻抗偿操作。

因为在传输线故障期间电压源变换器被停止，所以电压源变换器可以利用一个简单的电路结构和简单的控制电路得到保护。还能够在传输线故障消除之后，快速恢复线路阻抗补偿操作。

第37实施例

图69是按照本实施例的串联补偿器的电路方块图。

在图69中，“24”是用于检测串联电容器的端电压的串联电容器电压检测器，“25”是用于控制串联电容器的电压的串联电容器电压控制器。控制指令转换电路根据线路故障确定电路21的输出把控制指令值从一个转换为另一个。被串联电容器电压检测器24检测到的电压信号被输入给串联电容器电压控制器25。串联电容器电压控制器25得到电压控制信号和串联电容器电压指令值之间的差，并通过控制指令转换电路26向电流控制电路23发送这种控制信号以便使差值变小。电流控制电路23获得来自串联电容器电压控制器25的控制信号和来自电流检测器20的电流检测信号之间的差，并向PWM控制电路9发送这种控制信号，以便减少所述差值。在收到电流控制电路23的输出时，PWM控制电路9输出使电压源变换器8的开关元件转换的开关信号。结果，电压源变换器8中的开关元件进行通断操作，从而控制输出电流。这实现了串联电容器电压的调节，这是一种上秩控制。由用于交流传输线的线路电压/电流检测器20检测的电压/电流信号被输入到线路故障确定电路21，其然后确定是否发生传输线故障。

其中非线性电阻元件的保护动作值相对于电压型变换器的输出电压的最大值以这样的方式被设置为一个低的值，使得电压型变换器可以输出在传输线故障期间在串联电容器上产生的电压波形。

如果线路故障确定电路21确定已经发生传输线故障，则控制指令转换电路26把对电流控制电路23的控制输入从串联电容器电压控制器25的输出信号转换为电流指令值。如果电流指令值是0，则在发生线路故障时，电压源变换器可以输出一个等于串联电容器电压的电压。这使得电压源变换器即使在故障期间可以继续执行其操作，同时控制输出电流下降为0。根据设置的保护操作值，在传输线故障之前从变换器输出的电流也可以在故障期间输出，借以确保继续操作。

因而，即使在传输线故障期间也能继续操作，而不解除变换器，并且当线路故障被消除时，通过使变换器保持继续操作，可以使交流传输线恢复到正常状态。这可以确保非常快速地恢复串联补偿操作。

第38实施例

图70是按照本实施例的串联补偿器的电路方块图。

由线路电压/电流检测器20检测的电压/电流信号被输入到线路故障确定电路21，其确定是否发生传输线故障。如果线路故障确定电路21确定已经发生传输线故障，则该电路向控制指令转换电路26发送一个信号，用于把串联电容器电压控制器25的指令值从串联电容器电压指令值转换为用于传输线故障的电压指令值。

其中非线性电阻元件的保护动作值相对于电压型变换器的输出电压的最大值以这样的方式被设置为一个低的值，使得电压型变换器可以输出在传输线故障期间在串联电容器上产生的电压波形。

假定在传输线故障期间的串联电容器电压被直接用作线路故障时的电压指令值。因为电压源变换器即使在故障期间也可以通过正确地设置非线性电阻元件的保护动作值而输出串联电容器电压，所以变换器输出电压等于串联电容器电压。因此，电压源变换器可以维持使输出电流接近于0的操作。

因而，即使在故障期间，也可以继续操作，而不用解除变换器，并且在故障被消除后，通过变换器保持操作，交流传输线能够被恢复到正常状态。这可以确保非常快地恢复串联补偿操作。

如上所述，使用本发明的串联补偿器可以不用旁路电路，从而简化主电路，并具有增强的补偿电流控制能力，能够减少产生的谐波。

此外，使用串联电容器可以经济地实现大容量补偿电流，同时减少功率变换器部分的容量。

还能够控制线路的功率波动，并减少串联电容器中的直流分量。

此外，按照本发明，和串联电容器并联的补偿电流发生器具有和串联电容器并联的非线性电阻元件，借以抑制在发生线路故障时由过电流产生的串联电容器电压。这个简单的保护装置可以保护串联电容器和补偿电流发生器免遭由线路故障引起的过电流和过电压。即使在传输线故障期间，也能保持变换器继续操作，并在故障被消除之后，能够使串联电容器快速恢复串联补偿操作。

本领域技术人员显然可以看出其它的优点和改变。因此，本发明的范围不限于上面说明的具体细节和各个实施例。因而，不脱离本发明的构思可以作出各种改变和改型。

Claims (25)

1一种用于补偿交流传输线路的电量的串联补偿器，包括：相互串联连接并和所述交流传输线路相连的第一电容器和第二电容器；以及

与所述第一电容器并联的补偿电流发生器。

2如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述第二电容器具有多个相互串联的电容器和多个分别与所述多个电容器并联的开关。

3一种用于补偿交流传输线路的电量的串联补偿器，包括：

与所述交流传输线路串联的变压器；

经由所述变压器与所述交流传输线路相连的第一电容器；以及

与所述第一电容器并联的补偿电流发生器。

4一种用于补偿交流传输线路的电量的串联补偿器，包括：

与所述交流线路串联的变压器；

相互串联并经由所述变压器与所述交流传输线路相连的第一电容器和第二电容器；以及

与所述第一电容器并联的补偿电流发生器。

5如权利要求4所述的串联补偿器，其中所述第二电容器具有多个相互串联的电容器和多个分别与所述多个电容器并联的开关。

6如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有变压器和电流源变换器，所述电流源变换器中使用与所述变压器相连的开关器件。

7如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有变压器、电压源变换器和用于控制所述电压源变换器的输出电流的电流控制电路，所述电压源变换器中使用与所述变压器相连的开关器件。

8如权利要求3所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有电压源变换器和用于控制所述电压源变换器的输出电流的电流控制电路，所述电压源变换器中使用开关器件。

9如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器根据交流传输线路的电流而产生具有与所述电流的相位相同或相反的相位的电流。

10如权利要求1所述的串联补偿器，还包括：

检测电路，用于检测流过所述交流传输线路的电流和所述交流传输线上的电压；

计算电路，用于计算流过所述交流传输线路的有功电流分量和无功电流分量；以及

波动控制电路，用于根据所述电流的变化率、所述有功电流分量的改变和所述无功电流分量的改变而产生补偿电流指令，以抑制所述交流传输线路中的波动。

11如权利要求1所述的串联补偿器，还包括：

电容器电压检测电路，用于检测和所述交流传输线路串联的第一电容器上的电压；

直流分量计算电路，用于从所述电容电压检测电路的输出计算所述第一电容器的直流电压分量；以及

直流分量抑制电路，用于根据通过补偿所述直流分量计算电路的输出的幅值和相位而获得的信号而产生补偿电流指令。

12如权利要求11所述的串联补偿器，其中所述电容电压检测电路具有用于检测流过所述交流传输线中的线路电流的检测电路，和用于计算与所述交流传输线路串联的所述第一电容器上的电压的积分电路。

13如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有变压器、其中使用与所述变压器相连的开关器件的第一电流源变换器、其中使用开关器件且与所述交流传输线路并联的第二电流源变换器、用于连接所述第一电流源变换器的直流部分和所述第二电流源变换器的直流部分的电抗器、以及用于控制所述电抗器上的电流的直流控制电路。

14如权利要求3所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有其中使用开关器件的第一电流源变换器、其中使用开关器件且与所述交流传输线路并联的第二电流源变换器、用于连接所述第一电流源变换器的直流部分和所述第二电流源变换器的直流部分的电抗器、以及用于控制所述电抗器上的电流的直流控制电路。

15如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有变压器、其中使用与所述变压器相连的开关器件的第一电压源变换器、其中使用开关器件且与所述交流传输线路并联的第二电压源变换器、用于连接所述第一电压源变换器的直流部分的第三电容器、用于控制所述第一电压源变换器的输出电流的第一电流控制电路，用于控制所述第二电压源变换器的输出电流的第二电流控制电路、以及所述第二电压源变换器的直流部分和用于控制所述第三电容器上的电压的直流电压控制电路。

16如权利要求3所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有其中使用开关器件的第一电压源变换器、其中使用开关器件且与所述交流传输线并联的第二电压源变换器，用于连接所述第一电压源变换器的直流部分的第二电容器、用于控制所述第一电压源变换器的输出的第一电流控制电路、用于控制所述第二电压源变换器的输出的第二电流控制电路、以及所述第二电压源变换器的直流部分和用于控制所述第二电容器上的电压的直流电压控制电路。

17如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有变压器、其中使用开关器件的和所述变压器连接的第一电流源变换器、其中使用与另一个交流线路串联的串联变压器以及开关器件的第二电流源变换器、用于连接所述第一电流源变换器的直流部分和所述第二电流源变换器的直流部分和电抗器、以及用于控制所述电抗器上的电流的直流电流控制电路。

18如权利要求1所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有变压器、其中使用与变压器相连的开关元件的第一电压源变换器、其中使用与另一个交流传输线串联的串联变压器以及开关元件的第二电压源变换器、用于连接所述第一电压源变换器的直流部分的第三电容器、用于控制所述第一电压源变换器的输出电流的第一电流控制电路、用于控制所述第二电压源变换器的输出电流的第二电流控制电路、以及所述第二电压源变换器的直流部分和用于控制所述第三电容器上的电压的直流电压控制电路。

19一种串联补偿器，其中包括：

与交流传输线串联的串联电容器；

与所述串联电容器并联的补偿电流发生器；以及

与所述串联电容器并联的非线性电阻元件。

20如权利要求19所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有其中使用串联变压器和开关元件的电流源变换器。

21如权利要求20所述的串联补偿器，还包括：

用于检测与所述串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及

用于在所述检测电路检测到故障时使能电流源变换器中的开关元件的同一个臂以使所述臂的上端和下端短路的电路。

22如权利要求20所述的串联补偿器，其中所述补偿电流发生器具有其中使用串联变压器和开关元件的电压源变换器；并且

所述串联补偿器还包括电流控制电路，用于控制电压源变换器的输出电流。

23如权利要求22所述的串联补偿器，还包括：

用于检测与所述串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及

当由检测电路检测到所述传输线故障时用于阻断电压源变换器的控制极和所有的开关元件的电路。

24如权利要求22所述的串联补偿器，还包括：

用于检测与所述串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及

当由所述检测电路检测到所述交流传输线故障时用于控制输出电流，以使电压源变换器即使在故障期间也能保持操作的电路。

25如权利要求22所述的串联补偿器，还包括：

用于控制所述串联补偿器的输出电压的电压控制电路；

用于检测与所述串联补偿器相连的交流传输线的电压或电流的检测电路；以及

当由所述检测电路检测到所述交流传输线故障时用于控制输出电压，以使电压源变换器即使在故障期间也能保持操作的电路。

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