CN1293476A

CN1293476A - 用于抑制传输线内的电压起伏的方法以及系统

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Publication number: CN1293476A
Application number: CN00131774A
Authority: CN
Inventors: 野吕康宏
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2001-05-02
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: BR0006767A; JP2001119860A; CA2323659A1; CN1147043C; CA2323659C; US6359423B1

Abstract

用于补偿电力系统的一条传输线内的电压起伏的一个系统,其中,功率检测电路检测包含需要补偿的电压起伏的传输线内的电压和功率通量,计算电路依据由检测电路检测出的电压和功率通量,计算一个用于调节传输线上的电压的阻抗补偿量,控制电路依据由计算电路计算出的阻抗补偿量,控制电力系统上的调节设备。

Description

用于抑制传输线内的电压起伏的方法以及系统

本发明是以1999年10月19日递交的其申请号为No．11-296077的在先的日本申请为基础的，并要求其优先权，将该申请的全部内容引入本文，仅供参考。

本发明涉及用于抑制传输线内的电压起伏的一种方法和系统。

从电力供给的角度来看，电力系统的电压维护是非常重要的。为了抑制电压起伏，有必要对构成电压起伏的最大因素的无功功率进行调节。对于这种起伏，对电力系统使用了电力电容器、并联电抗器和／或静态无功伏安补偿器(SVC)。

图1是一张图，它显示了将SVC加到传统电力系统上的结构。在图1中，电力系统1包括一个电源11、传输线12、13，及配电总线2，且SVC被加到电力系统1中。

这种SVC包括与电力系统1相连的变压器3、允许输入由变压器3所检测到的总线电压的控制器4、通过一个下变压器与电力系统1相连且适于受来自控制器4的控制值控制的晶闸管控制电抗器(TCR)6、以及通过下变压器5与电力系统1相连的电力电容器7。

晶闸管控制电抗器(TCR)6包括一个电抗器61以及阴极-阳极相连的晶闸管62和63，电力电容器7包括一个开关71以及电容器72。控制器4包括一个电压检测电路41、电压基准电路42、加法器43、传输函数电路44、Q-α函数发生电路45以及接通脉冲发生电路。

图1中的SVC的操作概要如下：即控制器4如此执行对晶闸管控制电抗器(TCR)6内的晶闸管62、63的相位控制，以及对电力电容器7内的开关71的通-断控制，使得在由图1中的变压器3对电力系统1总线上的电压进行检测的情况下，当总线电压下降时，就提供一个相位超前的无功功率，而在总线电压上升时，提供一个相位滞后的无功功率。

以下将更详细地说明SVC的操作，变压器3的输出被功率检测电路41转换为一个有效值或均方根值，加法器43将功率检测电路的输出与电压基准电路42的输出进行比较，其偏移量输入到传输函数电路44。传输函数电路44例如可以由一个比例积分控制电路构成，它判定SVC的无功功率操作量，以便使输入的偏差变为零或尽可能地小，即，使得总线2上的电压与电压基准电路42的设定电压相符。

传输函数电路44的输出被提供给Q-α函数发生电路45，从而允许对晶闸管控制电抗器(TCR)6内的晶闸管62、63的相位控制角的转换，并允许接通脉冲发生电路46以提供一个选通脉冲。在晶闸管控制电抗器(TCR)6处，其输出的无功功率可受到选通脉冲的相位的连续调节，其调节范围从零一直到电抗器61的容量，通过利用电力系统1一侧的电压-无功功率特性，使得最终调节了总线2上的电压。

另外，在相位控制角的值遭受了较大的电压起伏，从而达到最高极限值或最低极限值的情况下，电力电容器7的开关71就接通或断开，使得无功功率的供应量大大改变。这种结构，同晶闸管控制电抗器(TCR)一起，就提供了更宽的可控范围。

这种SVC的响应特性是由传输函数电路44控制的，其控制常数是由电力系统1的结构以及短路电容、晶闸管控制电抗器(TCR)6的电容以及目标响应速度确定的。

但是，由于各种因素，例如电力系统的故障、检查维修以及构成电源的电机的启动以及停止，因而电力系统1的结构是变化的。

当适当考虑高速响应而确定传输函数电路44的控制常数时，则有时会出现这样一种情况：如果总线2的短路电容变小，则响应就变得不稳定了，上述这种情况例如可以是在电力系统出故障，而使图1中的传输线12分离的情况。

另一个方面，当适当考虑稳定性而确定传输函数电路44的控制常数时，则会出现这样的麻烦，即通常时间下的响应速度都降低了。

另外，在即便无功功率的发生量受到了晶闸管控制电抗器(TCR)6的脉冲控制的调节，电力系统1一侧的短路电容依然较大的情况下，则由于总线2上电压的起伏较小，而使无功功率的操作量最终变大。但这样作存在一种麻烦：相位控制角的值容易达到最高极限值或最低极限值。

因此，本发明的一个目的是提供用于补偿传输线内的电压起伏的一种方法和系统，以抑制电力系统中的电压起伏。

上述目的是通过以下方法实现的。即，应用于具有多条传输线的并对传输线内的电压起伏进行补偿的电力系统的方法包括以下步骤：检测电参数，例如是包含有需要补偿的电压起伏的那些传输线中的一条传输线的特性阻抗Z₀、传输线电压V以及功率通量P；依据在检测步骤中所检测的电参数，计算用于调节传输线上的电压的控制参数；依据计算步骤中所计算出的控制参数，对传输线内的电压起伏进行补偿。

上述目的也可用以下系统来实现。即，应用于具有若干传输线的并对传输线内的电压起伏进行补偿的电力系统的系统包括：对包含需要补偿的电压起伏的多个传输线中的一条传输线的电参数进行检测的检测装置；依据检测装置所检测的电参数，计算用于调节传输线上的电压的控制参数的计算装置；以及，依据所述计算装置计算出的控制参数，对传输线内的电压起伏进行补偿的补偿装置。

上述目的是由以下装置实现的。即，用于补偿传输线内的电压起伏的装置包括：在具有若干传输线部件的电力系统中所提供的调节设备，用于调节无功功率和阻抗中的至少一个；检测部分，用于检测包含需要补偿的电压起伏的若干传输线部件中的一条传输线部件的电参数；计算部分，用于依据由检测部分所检测出的电参数，计算出对所述传输线部件的电压进行调节的补偿量；以及，一个控制部分，用于依据计算部分所计算出的补偿量，产生将要提供给调节设备的一个控制信号。

依据本发明，可将一个容性电抗或感性电抗元件安置于传输线上的串联阵列内或并联阵列内，并可对该电抗元件进行控制，使其满足等式P=V²／Z₀，且所述传输线内的电压起伏得以补偿，这样就实现了这样一种控制，使该传输线两端之间的电压保持恒定。

另外，一开始就确定了作为补偿目标的传输线，且它不受电力系统上的其它起伏因素的影响，本发明的装置操作安全，如果一开始所确定的容量能符合所述传输线内的最大功率通量，则不太可能产生过载。

将在以下的说明书中阐明本发明的另外的目的和优点，上述目的和优点中的一部分可通过本说明中得以明了，或也可从对本发明的实践中领悟到上述目的和优点。本发明的目的和优点可通过特别是在下文中所指出的多种手段或其组合来实现。

在插入并构成本说明书一部分的附图中，说明了本发明的最佳实施例，它与上面所给出的一般说明以及与以下所给出的最佳实施例的详细说明一起，用来解释本发明的原理。

图1是一张电路图，它显示了传统的静态类型无功功率补偿装置；

图2是一张电路图，它显示了依据本发明第一实施例的一个装置；

图3是一张图，用于解释传输线的等效电路；

图4是一张流程图，用于解释该实施例的操作；

图5是一张电路图，它显示了在依据本发明的第二实施例的装置内的电力传输调节设备；

图6是一张电路图，它显示了在依据第三实施例的装置内的电力传输调节设备；

图7是一张电路图，它显示了在依据本发明的第四实施例的装置内的电力传输调节设备；

图8是一张电路图，它显示了在依据第五实施例的装置内的电力传输调节设备；

图9是一张电路图，它显示了第六实施例的一个装置；

图10是一张电路图，它显示了在第七实施例的装置内的电力传输调节设备；

图11是一张电路图，它显示了在第八实施例的装置内的电力传输调节设备；

图12是一张电路图，它显示了在第九实施例的装置内的电力传输调节设备；

图13是一张电路图，它显示了在第十实施例的装置内的电力传输调节设备；

图14是一张电路图，它显示了在第十一实施例的装置内的电力传输调节设备；

图15是一张曲线图，它显示了第十一实施例的一个函数；

图16是一张电路图，它显示了第十二实施例的一个装置；以及

图17是一张电路图，它显示了第十三实施例的一个装置。

以下将参见附图对本发明的实施例进行说明。

图2是一张电路图，它显示了第一实施例的一个系统。在图2中，参考号21、22表示电力系统的总线，14表示具有与传输线14串联连接的电力传输调节设备8的一条传输线。另外，参考号3表示一个变压器，31表示一个变流器。这些变换器的输出连接到控制器9，用于控制电力传输调节设备8。

控制器9包括一个功率检测电路91，它通过接收变压器3以及变流器31的检测值来检测电功率；阻抗补偿量计算电路92，它通过接收由功率检测电路91检测出的电功率来计算阻抗补偿量；阻抗控制电路93，它通过接收来自阻抗补偿量计算电路92的一个阻抗计算量，控制传输功率调节设备8。应当注意，不仅仅是由变压器3以及变流器31所检测出的电压以及电流值，而且还有传输线14的频率、相位、阻抗、电阻、电感、电导、静电容等都能决定传输线14的电参数。

接下来，将说明这一实施例的操作。

首先，将说明电力系统的传输线的特性。即，一般来说，电力系统的传输线有它自身的线路常数，即均匀分布于传输线上的电阻、电导、漏电导以及静电容，在较严格的意义下，电力系统的传输线被处理为一个分布常数电路。

但是，在短传输线或中程传输线中，线路常数可被处理为一个位置上的或几个位置上的一个集总参数电路，由集总常数来表示传输线的等效电路是一种常规手段。图3利用一般的π型等效电路来表示传输线的电特性。这里，R表示电阻元件，L表示一个电感器，C表示一个静电容。

用于商业频率f₀的传输线的阻抗通常是R《2πf₀L，且由于在对电压起伏的研究中，电阻R的贡献较小，因此，出于简洁考虑省去R。在这一个线路中，

Z₀=(L／C)^1／2=(X／Y)^1／2 …… (1)Z₀被称作特性阻抗，用V表示传输线送电端上的电压，则有功功率为P=V²／Z₀，且当用功率因数1来执行电力传输时，从而，在传输线14的每一个部分，电压保持为常数(参考数据：由ASAKURASHOTEN出版的[Electric Circuit]“Distributed Constant Line”第8章，第163至172页)。在这种连接中，应当注意，X=2πf₀L，Y=2πf₀C。

如图4所示，依据本发明，通过将在变压器3处所检测出的电压以及在变流器31处所检测出的电流作为输入，功率检测电路91检测通过传输线的功率通量P线。之后，通过将功率通量线P_line作为输入，阻抗补偿量计算电路92计算一个补偿量，正如以下将要说明的那样。

利用通过变压器3检测出的总线上的电压V以及上述功率通量P_line，有效特性阻抗Z_line计算如下：

Z_line=V₂／P_line …… (2)这里，最好使特性阻抗Z₀=Z_line，且由等式(1)，

(X／Y)^1／2=Z_line

X=Z_line ²Y …… (3)

传输线14上的电抗X_line以及导纳Y_line是已知的，在本实施例中，并联导纳Y_line不能得到补偿，而串联阻抗X_line得到了补偿。因此，仅仅需要调节电力传输调节设备8的输出，这样补偿阻抗ΔX为：

ΔX=X-X_line=Z_line ²Y-X_line …… (4)

因此，由阻抗控制电路93对电力传输调节设备8的输出进行如此控制，使得在补偿阻抗ΔX为正时，它能提供一个感性阻抗，而在补偿阻抗ΔX为负时能提供一个容性阻抗。

结果，在电力传输调节设备8内，出现了用于补偿在传输线14内发生的电压起伏的一个电压降，这样就使得总线21、22上的电压在幅度上彼此相等。

等式(1)所示的特性阻抗是在分布常数电路上建立的。但是，如果将频率限定为商业频率，则即便在补偿是在一个集总点上进行的情况下，误差也会较小，其性能在实践应用中已显足够。

尽管，在本实施例的说明中，所说明的设备是位于传输线的送电端，但依据本发明，也可以将设备放置于送电端或接收端。甚至也可以将本设备用于系统或环路系统的中间点。这一特性对于包含这一例子的本发明的所有实施例都是共有的。

另外，用于上述计算等式的传输线的功率因数是以同一性为基础的。但是，实际传输线的功率因数并不是1，因而它包含误差。

但是，实际上，即便是从传输线的额定容量的有效利用以及从对电压起伏进行抑制的立场来看，也要在负载端的配电站处进行控制，以便补偿在负载一侧所产生的无功功率，并使传输线上的电流的功率因数接近1。结果，使得所包含的误差达到可被忽略的程度。

在将长距离传输线看作一个电压调节目标的情况下，如果示于本实施例的包含电力传输调节设备8和控制器9的系统电压调节装置被提供于例如是传输通路中的交换站、配电站等的每一个适当的距离处，则电压补偿效果可进一步增强。

另外，替代由等式(2)内的功率通量P_line来计算Z_line，也可以这样计算Z_line

Z_line=实际的(V／I) ……(2’)利用变流器31检测处的电流I，可获得相同的函数。

正如以上所说明的那样，依据本实施例，象这种能消除传输线14内产生的电压起伏的电压是在传输调节设备8中产生的，这种作法，使得有可能补偿传输线内所产生的电压起伏。

本发明的电力传输调节设备8使其自身的补偿目标传输线一开始就被确定，而且不受除电力系统一侧的起伏因素之外的因素的影响，而且其操作稳定。另外，如果容量是如此确定的，从而使其与传输线内的最大功率通量相符，则存在一个优点，即更不容易产生任何过载。

图5显示了本发明第二实施例中的电力传输调节设备8的一种连接。

在图5中，参考号81到83指示电容器，84到86指示开关。正如图5中所显示的，若干并联电路，每一个都包括相应的电容器和开关，在串联阵列内相连。依据这一实施例，存在电容器和开关的三个组合，即便存在一个或更多个并联组合，这些组合都执行基本相同的功能。也有这样的可能：电容器81到83是由若干连接在串联阵列内的电容器构成的，或是由具有若干抽头的电容器构成的。

在上述实施例中，开关84处于开路状态下，使得电容器81位于跨在电力传输调节设备8两端之间的串联阵列中，当开关84处于短路状态下，使电容器81不起作用。由于电容器81、82和83的静电容分别由C1、C2和C3来表示，则例如，假定在只有开关84为开路而其余开关85、86为短路的情况下，跨在电力传输调节设备8两端之间的静电容就变为C1。在所有开关都是开路的情况下，跨在电力传输调节设备8两端之间的静电容就变为C1·C2·C3／(C1·C2+C2·C3+C3·C1)。甚至在这些开关的其它开路／短路组合中，也有可能同样计算静电容。换言之，通过将第一实施例中的阻抗控制电路93的输出作为一种开路／短路指令提供给开关84到86，本实施例的电力传输调节设备8可以调节传输线14的电抗X_line的补偿量ΔX。

图6显示了本发明第三实施例中的电力传输调节设备8的一种连接。

在图6中，参考号81到83指示电容器，87到89指示半导体开关元件。如图6所示，每一个都具有相应的电容器和半导体开关元件的并联电路连接于串联阵列内。虽然，在上述实施例中，使用了三个并联组合，但也可以使用一个或多个这种并联组合，且它们执行基本相同的功能。另外，所使用的半导体开关元件不仅可由半导体闸流管构成，也可以用象控制极可关断晶闸管(GTO)这样的自关闭元件构成。另外，也可以如此考虑具有除电容器之外的象电抗器这样的无源器件的各种组合，正如以下实施例中所展示的那样。只要其构成使得可以执行对阻抗的调节，或者它能执行基本相同的功能即可。

在上述实施例中，图5中第二实施例的开关84到86被简单地用半导体开关元件87到89来替换，除以下几点外，本实施例执行了相同的操作：代替开关84到86的开路／短路指令，而是将阻抗控制电路93的输出作为选通信号用于半导体开关元件87到89。

依据本实施例，有可能获得与第二实施例相同的效果，且通过利用半导体开关元件，也有可能获得象较长的工作寿命以及更容易维护以及检测这样的优点。

图7是一个电路布局，它显示了本发明第四实施例中的电力传输调节设备8的连接。

在图7中，参考号81指示与电抗器801以及与电抗器801串联连接的一个晶闸管开关87相并联的一个电容器，晶闸管开关87具有阴极-阳极连接的晶闸管。这种串接的并联电路被认为是晶闸管控制串联电容器(TCSC)。

本实施例的电力传输调节设备8被认为是晶闸管控制串联电容器(TCSC)，以下，将对其功能进行简要说明。当晶闸管开关87处于截止状态下，则跨在电力传输调节设备8两端之间的仅表现为单独一只电容器81。当晶闸管87处于完全导通状态下，则电容器81和电抗器801看起来是并联连接的。通过对晶闸管87的选通信号进行相位控制，可以在从其自身的电抗XL一直到无穷大的范围内，对电抗器801的视在电抗进行连续调节。

这样，电力传输调节设备8可被看作是视在电抗(XL→∞)与电容器81的一个并联电路，且有可能调节一个合成阻抗。利用阻抗控制电路93，有可能执行相位控制，以便使电力传输调节设备8的阻抗与阻抗补偿计算电路92的输出相匹配。

图8显示了本发明第五实施例中的电力传输调节装置的一种连接。

在图8中，参考号802指示了一种隔离变压器，它具有与传输线14串联连接的一个初级绕组；803指示连接有如控制极可关断晶闸管这样的自关闭元件的一个反相器，该反相器连接于一种桥式结构内；804指示一个电容器。这个电路被看作是自激型(static synchronous)串联补偿电路(SSSC)。由于在此处，本实施例的电力传输设备8的功能被看作是SSSC，因此，以下将就该功能进行简要说明。通过利用连接于DC一侧的电容器804上的电压，可以用PWM控制等对反相器803的输出电压的幅度和相位进行自由控制。

这样，可通过隔离变压器802提供一个输出电压，从而使其可以用作一种可变串联电容器或可变串联电抗器。因此，可以如此进行相位控制，使得电力传输调节设备8的阻抗与阻抗补偿量计算电路92的输出相匹配。

图9是一张电路图，它显示了本发明第六实施例的一个装置的连接，以及用于电力传输调节设备的一个控制器的框图。

在图9中，采用相同的参考号来表示与图2中所示的那些部件相应的部件或元件，以下将说明它们之间不同的部分。参考号8’指示了与总线21并联连接而不是与传输线14串联连接的一个电力传输调节设备。另外，在用于电力传输调节设备8’的控制器9中，阻抗补偿量计算电路94与功率检测电路91的输出端相连，阻抗控制电路95与阻抗补偿量计算电路94的输出端相连。应当注意，尽管94和95被分别描述为阻抗补偿量计算电路以及阻抗控制电路95，但更详细地说，由于这些电路也适用于计算以及控制导纳，所以也可以用导纳补偿量计算电路以及导纳控制电路来表示它们。

以下，将说明本实施例的操作。以与联系图2的第一实施例所说明的方式相同的方式，来考虑图2中所示的传输线的等效电路，且有可能获取上述等式(3)作为一种条件，在这种条件下，电压起伏变小。

一直到等式(3)，抗补偿量计算电路94都执行与第一实施例中的计算相同的计算，此后，就执行以下计算。

虽然，传输线14的电抗X_line和导纳Y_line都是已知的，但依据本发明，X_line不能得到补偿，而并联导纳Y_line可得到补偿。因此，为了实现补偿导纳ΔY

ΔY=Y-Y_line=(X_line／Z_line ²)-Y_line ……(5)只需要调节电力传输调节设备8’的输出。因此，电力传输设备8’的输出控制是由阻抗控制电路95来执行的，从而在补偿导纳ΔY为负时，提供一个容性导纳。

结果，在电力传输调节设备8’内，产生了为补偿传输线14内的电压起伏而输出的无功功率，从而使得总线21、22上的电压在幅度上彼此相等。应当注意，等式(1)所示的阻抗是由分布常数电路建立的。但是，即使象本实施例中这样，使补偿仅在一个集总点上进行，在商业频率下，误差也会变小，其性能在实际应用中也会显示出足够使用。另外，在较长距离传输线的情况下，如果在通路中的一个交换站、配电站等的每一个适当距离处提供本实施例中所示的电力传输调节设备8’及其控制器9，则电压的补偿效果会进一步增强。

与传输线的功率因数相关的问题以及从电流中查找Z_line的问题都与第一实施例中的那些情况相同，因而略去对它们的说明。

依据本实施例，用于消除由传输线的电抗引起的电压起伏的无功功率是在插入到并联阵列中的电力传输调节设备内产生的，以使在传输线内产生的电压起伏得以补偿。另外，在本实施例的电力传输调节设备8’中，作为补偿目标的传输线一开始就得以确定，且不受电力系统一侧的其它起伏因素的影响。因此，该系统操作稳定，且如果一开始所确定的容量与传输线内的最大功率通量相符，则不会产生过载。

图10是一张电路图，它显示了本发明第七实施例中的电力传输调节设备8’的连接。

在图10中，参考号808到810表示电容器，805到807表示开关。如图10所示，若干并联阵列连接在一起，每一个都包括一个电容器和一个开关。在本实施例中，显示了三个并联组合，但在基本上具有相同功能的情况下，也可以使用一个或更多个并联组合。另外，也可以用并联电抗器来部分替代电容器。

在本实施例中，当开关805闭合时，就电力传输调节设备8’的两端来说，电容器808是工作的；当于开关805开路时，电容器808就不工作。由于电容器808，……，810的静电容被分别表示为C1、C2、C3，因而如果假定开关805单独闭合，且剩余开关806和807开路，则电力传输调节设备8’的静电容变为C1。在所有开关都闭合的情况下，静电容变为C1+C2+C3。即便使用了其它的开关开路／闭合组合，也有可能以相同的方式计算出静电容。换言之，本实施例的电力传输调节设备8’使得可以调节传输线14内的导纳Y_line的补偿量，这种调节是通过从图9的第六实施例中的阻抗控制器95的输出中给出一个闭合／开路指令，用于开关805至807。

图11是一张电路图，它显示了本发明第八实施例中的电力传输调节设备8’的连接。

在图11中，参考号808到810表示电容器，821到823表示半导体开关元件，如图10所示，提供有若干串联电路，每一个都包括电容器与半导体开关元件的一个串联电路。在本实施例中，使用了三个并联组合，但在这些组合基本执行相同功能的情况下，也可使用一个或更多个这种串联组合。另外，不仅可以使用晶闸管也可以使用象控制极可关断晶闸管(GTO)这样的一种自关闭元件。

另外，可以考虑将要在以下说明的具有如电容器之外的电抗器和变压器这样的无源器件的各种组合，只要这些组合的阻抗可以调节。

本实施例执行相同的功能，除了图10的第七实施例中的开关805到807被简单地用半导体开关元件821到823进行了替换，以及，从阻抗控制电路95的输出中，给出了用于半导体开关元件821到823的选通信号，而不是用于开关805到807的开路／短路指令。

依据本实施例，有可能获取与第七实施例相同的效果，通过使用半导体开关元件，也有可能获取长工作寿命以及容易维护和检查的优点。

图12是一张电路图，它显示了本发明第九实施例中的电力传输调节设备8’的连接。

在图12中，电力传输调节设备8’的主电路结构与传统的静态无功伏安补偿器(SVC)中的相同，因而略去对各个元件的说明。但是，应当注意，用于控制晶闸管62、63的控制器是由本实施例中的用于电力传输调节设备8’的控制器9构成的，而不是由传统系统中的用于SVC的控制器4构成。

以下，将说明本实施例的电力传输调节设备8’的功能。当晶闸管62、63处于截止状态下，电抗器61表现为未被连接，这样，晶闸管控制电抗器(TCR)6的无功功率的输出变为零。当晶闸管62、63处于完全导通状态下，则晶闸管控制电抗器(TCR)6的无功功率的输出变为与电抗器61的额定无功功率的输出相等。利用晶闸管62、63的选通信号的相位控制，可以在从电抗器61自身的电抗XL一直到无穷大的范围内，连续地对晶闸管控制电抗器(TCR)6的电抗进行调节。这样，就可以在当电抗器61不受相位控制时所包含的无功功率的输出与零之间，调节晶闸管控制电抗器(TCR)6的无功功率输出。因此，仅仅需要使相位控制受阻抗控制电路95的影响，以允许电力传输调节设备8’的无功功率的输出与阻抗补偿量计算电路94的输出相匹配。

另外，当开关71闭合时，电容器72被连接上，使得容性无功功率将被当作电力传输调节设备8’的一个输出而被提供，且利用电力电容器7与晶闸管控制电抗器(TCR)6的组合，有可能扩宽无功功率的控制范围。

图13是一个电路图，它显示了本发明的第十实施例中的电力传输调节设备8’的连接。

在图13中，参考号5表示一个下变压器；803表示具有象控制极可关断晶闸管(GTO)这样的自关闭元件的一个反相器，该自关闭元件连接于一个桥式结构内；804表示一个电容器。

本实施例的电力传输调节设备8’被认为是自激型静态无功功率补偿设备(STATCOM)，且将在以下对其操作进行简要说明。例如通过PWM控制，通过利用连接到DC电流一侧的电容器804上的电压，反相器803可以自由控制输出电压的幅度。因而，当反相器803的输出电压高于系统电压时，就提供一个无功功率(容性操作)。另一个方面，当反相器803的输出电压低于系统电压时，就吸收无功功率(感性操作)。如此这样，使得有可能调节无功功率的输出。因此，仅仅需要对阻抗控制电路95进行操作，以允许无功功率的输出能按照图9中的阻抗补偿量计算电路95的输出而变化。

图14是一张电路图，它显示了本发明第十一实施例中的电力传输调节设备8’的连接。

在图14中，参考号808、809表示电容器，805、806表示开关。这种结构与图10的第七实施例中所说明的结构相同。参考号5表示一个下变压器；803表示具有一个自关闭元件的反相器，所述自关闭元件例如可以是连接于一个桥式结构内的控制极可关断晶闸管(GTO)；804表示一个电容器。该结构与联系图13的第十实施例所作的说明中的结构相同。

在本实施例的电力传输调节设备8’中，由电容器808、809以及开关805、806构成的部分执行的功能与联系第七实施例所说明的功能相同。另外，包括一个下变压器5、反相器803以及电容器804的自激型静态无功功率补偿设备(STATCOM)执行的功能与图13的第十实施例中的功能相同。

本实施例执行这样一种功能，即，如图15所示，通过这些元件的组合，自激型静态无功功率补偿设备(STATCOM)811表现出对无功功率输出的较小起伏的连续跟踪，并利用电容器808、809以及开关805、806，对无功功率输出的较大的起伏提供一个输出起伏。如此操作，有可能在一个较宽的范围内，对无功功率输出进行连续调节。为使合成的无功功率输出能追随图7的阻抗补偿量计算电路94的输出，阻抗控制电路95必须执行操作，以允许对开关805、806的打开／闭合，以及允许反相器803的控制。

图16是一个电路结构，它显示了本发明第十二实施例中的装置的连接，以及显示了用于电力传输调节设备的一个控制器的框图。

在图16中，采用了相同的参考号来表示与图9中的相应元件相同的元件，以下将说明它们之间的不同之处。参考号23表示电力系统的一条总线；15表示一条传输线；32表示一个变流器。另外，在用于电力传输调节设备8’的控制器9内，还附加提供了功率检测电路96、阻抗补偿量计算电路97以及加法电路98，加法电路98的输出被输入到阻抗控制电路95。另外，在上述实施例中，两个传输线组连接到总线21上，如果有更多的传输线组加入，则要添加一个变流器、电检测电路以及补偿量计算电路，且相应的输出被加到加法器电路上。由此，有可能获得相同的功能，并可能获得以下所说明的优点。

很明显，对于各个传输线14和15，本实施例执行的与图9的第六实施例相同的功能。因而，略去其说明。本实施例的特征在于，在用于电力传输调节设备8’的控制器9中，阻抗补偿量计算电路94和97的输出被提供给加法电路98，在合成的总阻抗补偿量被计算出来之后，它被输入到阻抗控制电路95，因而实现了连接到总线线路21的电力传输调节设备8’的输出控制，其中总线线路21一般都与传输线14和15相连。

在本实施例中，是依据所计算出的总阻抗补偿量对阻抗进行控制的，且与其控制量相应的无功功率是由电力传输调节设备8’提供的，或是该无功功率被吸收。此时，依据电力系统的条件，将来自电力传输调节设备8’的无功功率被分到传输线14、15上，在较严格的情况下，仅仅依据阻抗补偿量计算电路94和97中所计算出来的任何结果，是不能对其进行分割的。

但是，由于总补偿量是匹配的，因此，有可能除了系统电压可以保持在预定范围内之外，不仅仅是在简单地对两组一起进行补偿的情况下，而且，由于在电力系统每一处的分离阵列内的并行补偿中，都使总补偿量得以满足。甚至在这种情况下，即如果适当设置电力传输调节设备8’的容量，使其满足传输线组的数目，就有可能获取与单独设置的图9的第六实施例相同的优点。

另外，若干电力传输调节设备可被提供为一个集总整体，且一般来说，有可能减少安装空间和装置的成本。

图17是一个电路图，它显示了本发明第十三实施例的装置的连接，以及显示了用于电力传输调节设备的一个控制器的框图。

在图17中，采用相同的参考号来表示与图2和9中所示的元件相应的元件，以下，将说明它们之间的不同。在这一实施例中，电力传输调节设备8与传输线14串联连接，并与电力传输调节设备8’并联连接。用于电力传输设备8和8’的控制器9包括一个无功功率补偿量计算电路94’、无功功率输出控制电路95’，以及阻抗补偿量计算电路92，以及阻抗控制电路93，还有一个补偿量分配电路99。另外，功率检测电路91检测有功功率以及无功功率，并将其提供给补偿量分配电路99。

以下，将说明本实施例的装置的操作。传输线内的电流以及电压分别由变流器31和变压器3所检测，在电子检测电路91内，对有功功率P和无功功率Q进行检测。功率检测电路91的输出被提供给补偿量分配电路99，其中无功功率Q被分配给无功功率补偿量计算电路94’，而有功功率P被分配给阻抗补偿量计算电路92。阻抗补偿量计算电路92、阻抗控制电路93以及电力传输调节设备8的操作与示于图2的第一实施例所作的说明相同。

从其控制方式来说，无功功率补偿计算电路94’具有一种控制量保持功能，或集成类型反馈控制功能，并输出与无功功率相应的一个无功功率指令值，所述无功功率与输入给无功功率输出控制电路95’的无功功率的极性相反，但幅度相同，从而使无功功率变为零。由此，在传输线内流动的电源的功率因数变为1。

这样，有可能确保建立了阻抗补偿计算的传输线14的功率因数(1)。在这一点上，不会出现误差，且在传输线内发生的电压起伏会得到更有效的补偿。

依据本实施例，为了消除传输线的电抗所产生的电压起伏，在串联的电力传输调节设备中产生了一个电压，且在并联的电力传输调节设备处产生了一个无功功率输出。由此，传输线14内流动的电源的功率因数被如此控制，使其变为1，且有可能对传输线内产生的电压起伏进行更有效的补偿。

在本发明中，对作为补偿目标的传输线的电参数进行检测，依据所检测的电参数来计算控制参数，并依据所计算出的控制参数，对与作为补偿目标的传输线串联以及／或并联连接的调节设备进行调节。将调节设备放置到处于任意特定的阵列的传输线上，所述任意阵列即串联阵列、并联阵列或串／并联阵列，放置方式取决于所要应用的传输线的每一种格式(类型、容量、幅度等)，同时还考虑了以下所说明的几种因素。

首先，第一种因素是短路电容。

在调节设备被排列在靠近大容量电源的传输线上的串联阵列内的情况下，需要较大的短路电容，在串联阵列的情况下，其中，在故障时间，短路电流直接流入调节设备，则必须采取一种防范措施以及防范设备，以防止这种较大的短路电流。

另一方面，在调节设备被安置于传输线上的并联阵列内的情况下，在故障时间，没有短路电流直接流入补偿装置，因而不需要提供这种串联阵列内的防范措施和设备，所以实现了低成本的优点。

在包含有许多条传输线的情况下，如果这些传输线的电压补偿是由并联阵列来实现的，则必须将调节设备放置于一个并联阵列内，以用于每一条传输线，从而导致成本的增加。

因此，对将调节设备安置于传输线上时，调节设备所处的串联阵列、并联阵列或串／并阵列中的任意指定阵列的选择是这样确定的：即这种选择不仅仅是由所包含的电源、负载、传输线等等，以及允许的成本等确定的，而且还由后面将要说明的下列因素确定。

第二种因素是操作中的可靠性。

一般来说，在调节设备设置在串联阵列的传输线上的情况下，人们认为操作时的可靠性较低，这是因为调节设备的故障会直接引起电力传输的中断。

但是，由于可通过采用防范措施和防范设备来抵制调节设备的故障，因而使可靠性得以补偿，因而，不能因为它们的可靠性，就轻易地说，在任何时候，并联阵列系统都比串联阵列系统优越。

因此，对将调节设备安置于传输线上时，调节设备所处的串联阵列、并联阵列或串／并阵列中的任意特定阵列的选择都是由先前所说明的因素以及另一个因素确定的，所述另一个因素将在以下进行说明，该因素同时还考虑了所需可靠性的范围。

第三种因素是稳定性。

用于将串联阵列内的调节设备设置到传输线上的一个系统直接调节传输线上的阻抗，并对相关的稳定性施加较大的影响。

但是，并不能因为可通过采取一种防范措施和防范设备，从而使稳定性得以补偿，就能依据相关的稳定性而轻易地说，在任何时候，并联阵列系统都比串联系统优越。

因此，对将调节设备安置于传输线上时，调节设备所处的串联阵列、并联阵列或串／并阵列中的任意特定阵列的选择应由上述的各因素确定的，同时考虑所需的可靠性的范围。

根据本发明，如上所述，提供了一种通过补偿传输线中产生的电压起伏能控制传输线上的电压为一恒定水平的方法和系统。

对本领域人员来说，能很容易地想到许多附加优点以及修改。因此，在较宽的方面来说，本发明并不仅限于本文中所显示以及说明的特定的细节以及典型实施例。因此，可以在不脱离附加权利要求书中所确定的通用创造概念及其等价概念的主旨和范围的情况下，作出各种修改。

Claims

1．一种应用于具有传输线并对该传输线内的电压起伏进行补偿的电力系统的方法，该方法包括以下步骤：

对含有需要补偿的电压起伏的多条传输线中的一条传输线的一个电参数进行检测；

依据在所述检测步骤中检测到的电参数，计算一个用于调节所述传输线上的电压的控制参数；以及

依据在所述计算步骤中计算出的控制参数，对所述传输线内的电压起伏进行补偿。

2．一种应用于具有若干条传输线并对所述传输线内的电压起伏进行补偿的一个电力系统的系统，所述系统包括：

检测装置，用于检测包含需要补偿的电压起伏的多条传输线中的一条传输线的电参数；

计算装置，用于依据由所述检测装置检测出的所述电参数，计算一个用于调节所述传输线上的电压的控制参数；以及

补偿装置，用于依据由所述计算装置计算出的所述控制参数，对所述传输线内的电压起伏进行补偿。

3．依据权利要求2的系统，其中所述检测装置具有用于检测包含有需要补偿的电压起伏的所述传输线的电压及其功率通量的装置，所述计算装置具有依据由所述检测装置检测出的所述电压以及功率通量，计算一个补偿阻抗的装置。

4．依据权利要求2的系统，其中所述检测装置具有用于检测包含有需要补偿的电压起伏的所述传输线的电压和电流的装置，所述计算装置具有依据由所述检测装置检测出的电压和电流来计算一个补偿阻抗的装置。

5．依据权利要求2的系统，其中所述补偿装置位于包含需要补偿的电压起伏的所述传输线上的一个串联阵列以及／或并联阵列内，且所述补偿装置具有用于产生及消耗无功功率以及／或用于调节阻抗的装置。

6．依据权利要求2的系统，其中，所述补偿装置位于包含需要补偿的电压起伏的传输线上，且所述补偿装置由无功功率调节装置构成，该无功功率调节装置包括一个半导体开关元件，以及电力电容器以及并联电抗器中的至少一个。

7．一种用于补偿传输线内的电压起伏的装置，包括：

一个调节设备，位于具有若干传输线部件的一个电力系统上，用于调节无功功率和电抗中的至少一个；

检测部分，用于对包含需要补偿的电压起伏的多条传输线部件中的一条传输线部件的一个电参数进行检测；

计算部分，依据由所述检测部分检测出的所述电参数，计算用于对所述传输线部件的电压进行调节的一个补偿量；以及

控制部分，依据由所述计算部分计算出的补偿量，产生需要提供给所述调节设备的一个控制信号。

8．依据权利要求7的装置，其中所述检测部分具有用于检测包含有电压起伏的多条传输线部件中的所述传输线部件的电压以及功率通量的装置，所述计算部分具有依据由所述检测部分检测出的传输线部件的电压和功率通量，计算一个阻抗补偿量的装置，所述控制部分具有依据由所述计算部分计算出的阻抗补偿量，产生需要提供给所述调节设备的一个控制信号的装置。

9．依据权利要求8的装置，其中所述调节设备被插入所述传输线上的一个串联阵列内。

10．依据权利要求8的装置，其中所述调节设备被插入到所述传输线上的一个并联阵列内。

11．依据权利要求7的装置，其中所述检测部分具有用于检测在包含需要补偿的电压的所条传输线部件中的所述传输线的至少一个间隔处的一个电参数的装置。

12．依据权利要求7的装置，其中所述调节设备被插入在所述传输线上的一个并联阵列内，所述检测部分包括检测包含在所述传输线部件内的第一和第二传输线的电参数的第一和第二检测装置，所述计算部分具有第一和第二计算装置，用于依据由所述检测部分的第一和第二检测装置检测出的第一和第二传输线的电参数，计算第一和第二传输线的阻抗补偿量，控制部分具有用于提供由第一和第二计算装置计算出的第一和第二传输线的合成的阻抗补偿量的装置，并依据所述合成阻抗补偿量，计算需提供给调节设备的一个阻抗控制信号。

13．依据权利要求7的装置，其中所述调节设备具有插入传输线上的一个串联阵列内的第一调节单元，以及插入传输线上的一个并联阵列内的一个第二调节单元，所述计算部分具有分配装置、无功功率补偿量计算装置以及阻抗补偿量计算装置，分配装置用于计算依据来自所述检测部分的电参数调节无功功率补偿量的无功功率指令，并计算依据来自所述检测部分的电参数调节阻抗补偿量的有功功率指令，无功功率补偿量计算装置依据来自所述分配装置的无功功率指令计算无功功率补偿量，阻抗补偿量计算装置依据来自所述分配装置的有功功率指令计算阻抗补偿量，所述控制部分具有第一控制装置和第二控制装置，第一控制装置依据由阻抗补偿量计算装置计算出的阻抗补偿量，产生需要提供给第一调节单元的一个阻抗控制信号，第二控制装置依据由无功功率补偿量计算装置计算出的无功功率补偿量，产生需要提供给第二调节单元的一个无功功率控制信号。

14．依据权利要求7的装置，其中所述调节设备具有一个无源器件，该无源器件是由一个电力电容器以及并联电抗器以及一个开关中的至少一个构成的，从而使无源器件的值可变。

15．依据权利要求7的装置，其中所述调节装置是由一个半导体开关元件以及无源器件构成的。

16．依据权利要求7的装置，其中所述调节设备包括晶闸管控制串联电容器、自激型串联补偿器件、静态无功伏安补偿器以及STATCOM中的至少一个，或是这些器件的组合，或是这些器件与一个无源器件的组合。