CN1321428C - 一种高速低谐波的可控电抗器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高速低谐波的可控电抗器，属于动态无功功率补偿技术领域。由三相三绕组变压器(1)，低压可控硅控制电抗器模块组(2)两部分组成。三相三绕组变压器(1)为Y/Y/Δ接线，高压侧为星形接线，三相引线接入三相电网。低压可控硅控制电抗器模块组(2)由两个TCR模块构成；其中，一个模块接入三相三绕组变压器低压侧的三角形绕组，另一个模块接入星形绕组，这样的两个模块构成一个模块组。本发明的优点在于：不但具有无功功率连续可调、响应速度快等优点，还使得注入系统的谐波在整个容量调节范围内极小，无需配置滤波装置；采用低压模块并联结构，便于系统容量扩展及冗余设计，提高了系统可靠性；采用的低压拓扑避免了器件串联，降低了成本。

Description

一种高速低谐波的可控电抗器
技术领域
本发明属于动态无功功率补偿技术领域，特别是提供了一种高速低谐波的可控电抗器。
背景技术
无功平衡对提高电网的经济效益和改善供电质量至关重要，而超高压大电网的形成及负荷变化加剧，要求大量快速响应的可调无功电源来调整电压，维持系统无功潮流平衡，减少损耗，提高供电可靠性。可控硅控制电抗器(以下简称为TCR，Thyristor Controlled Reactor)在电力系统动态无功功率控制领域得到了广泛应用，但也存在诸多不足。首先，限于目前可控硅阀的制造水平，TCR接入6KV电压等级以上的电网时需要器件串联运行以承受高电压；其次，TCR会产生较大的谐波电流，因而需添加辅助滤波装置；最后，高压可控硅的价格非常昂贵。
本发明提供了一种高速低谐波可控电抗器的新结构，它由多组低压TCR无功单元模块并联后通过三相三绕组变压器接入高压系统，不但具有TCR的无功功率连续可调、响应速度快等优点，还克服了它的不足，使得注入系统谐波在整个容量调节范围内极小，无需额外的滤波装置；采用低压模块并联结构，便于系统容量扩展及冗余设计，提高了系统可靠性；采用的低压拓扑避免了器件串联，降低了成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速低谐波可控电抗器，用于电力系统的动态无功补偿。它基于TCR及相控技术实现感性无功功率的快速连续调节；基于三相三绕组变压器实现12脉动调节效果；基于低压无功功率模块并联运行及容量分级控制实现注入电网谐波最小化，比传统TCR结构的可控电抗器具有更理想的综合性能。
本发明提出的高速低谐波可控电抗器的原理电路图如附图1所示，由两个部分组成，分别是三相三绕组变压器1和低压可控硅控制电抗器模块组2。图中所示为三个模块组共六个模块，实际配置时可通过增加并联的模块组数增大无功功率补偿容量。
三相三绕组变压器为Y/Y/Δ接线，高压侧为星形接线，三相引线接入三相电网。低压侧有两个绕组，分别是星形和三角形接线，其线圈匝数比为 ，使得低压侧两个绕组的线电压保持一致。星形和三角形绕组的三相引出线(共6条)分别连接到TCR模块三个角上。
每个模块组由两个TCR模块构成。其中，一个模块接入三相三绕组变压器低压侧的三角形绕组，另一个模块接入星形绕组，这样的两个模块构成一个模块组。每个TCR模块由三个TCR支路接成三角形，每个TCR支路由两只反并联可控硅与一个铁心电抗器串联构成，反并联可控硅两端并联了阻容吸收电路以保护可控硅。阻容吸收电路由电阻和电容串联而成。每个模块的TCR支路均可采用相控或投切模式。当需要增大可控电抗器无功功率补偿容量时，可以并联多组模块运行。在可控电抗器运行中的任意时刻，只有一个模块组(2个模块)运行于相控模式，其余模块运行于投切模式。
高速低谐波的可控电抗器的工作原理简述如下。
通过控制模块每个TCR支路的可控硅控制角α在90°～180°之间变化，实现0～最大容量范围内调节可控电抗器电流。由于采用相控方式，支路中会产生高次谐波，在正负半波触发脉冲对称时，基波及谐波电流的幅值仅由控制角α确定。一个模块组的拓扑可以实现12脉动效果，即动态无功电源注入系统的谐波电流的次数为12k±1，k为正整数。在只有一个模块组运行的小容量方式的大触发角条件下，高压侧线电流中会出现高次谐波，但由于此时可控电抗器的容量很小，故谐波电流的绝对值是极小的，对系统基本无影响。多个模块组投入运行的大容量方式下，由于相控模块组只有一个，而其他模块组的TCR支路工作在全导通(α＝90°)状态，即对应没有谐波的状态，则可控电抗器高压侧线电流的谐波含量极小，可以忽略。因此，不需要配置任何滤波装置，在可控电抗器的整个容量调节范围内，注入系统的谐波均能满足国标(GB/T 14549-1993)的要求。
本发明的优点在于：不但具有无功功率连续可调、响应速度快等优点，还使得注入系统的谐波在整个容量调节范围内极小，无需配置滤波装置：采用低压模块并联结构，便于系统容量扩展及冗余设计，提高了系统可靠性；采用的低压拓扑避免了器件串联，降低了成本。
附图说明
图1为本发明的高速低谐波的可控电抗器的电路结构图。其中，三相三绕组变压器1，低压可控硅控制电抗器模块组2。
具体实施方式
本发明提出的高速低谐波可控电抗器的原理电路图如附图1所示，由两个部分组成，分别是三相三绕组变压器1和低压可控硅控制电抗器模块组2。
三相三绕组变压器为Y/Y/Δ接线，高压侧为星形接线，三相引线接入三相电网。低压侧有两个绕组，分别是星形和三角形接线，其线圈匝数比为
Figure C20051007736500051
，使得低压侧两个绕组的线电压保持一致。星形和三角形绕组的三相引出线(共6条)分别连接到接成三角形的TCR模块三个角上。
每个模块组由两个TCR模块构成。其中，一个模块接入三相三绕组变压器低压侧的三角形绕组，另一个模块接入星形绕组，这样的两个模块构成一个模块组。每个TCR模块由三个TCR支路接成三角形，每个TCR支路由两只反并联可控硅与一个铁心电抗器串联构成，反并联可控硅两端并联了阻容吸收电路以保护可控硅。阻容吸收电路由电阻和电容串联而成。每个模块的TCR支路均可采用相控或投切模式。当需要增大可控电抗器无功功率补偿容量时，可以并联多组模块运行。在可控电抗器运行中的任意时刻，只有一个模块组(2个模块)运行于相控模式，其余模块运行于投切模式。

Claims (2)

1、一种高速低谐波的可控电抗器，其特征在于：由三相三绕组变压器(1)、低压可控硅控制电抗器模块组(2)组成，三相三绕组变压器(1)为星形/星形/三角形接线，高压侧为星形接线，三相引线接入三相电网；低压侧有两个绕组，分别是星形和三角形接线，其线圈匝数比为1：
Figure C2005100773650002C1
使得低压侧两个绕组的线电压保持一致；星形和三角形绕组的三相引出线共6条，分别连接到接成三角形的可控硅控制电抗器模块三个角上；低压可控硅控制电抗器模块组(2)由两个可控硅控制电抗器模块构成；其中，一个模块接入三相三绕组变压器低压侧的三角形绕组，另一个模块接入三相三绕组变压器低压侧的星形绕组，这样的两个模块构成一个模块组；每个可控硅控制电抗器模块由三个可控硅控制电抗器支路接成三角形，每个可控硅控制电抗器支路由两只反并联可控硅与一个铁心电抗器串联构成，反并联可控硅两端并联了阻容吸收电路以保护可控硅；阻容吸收电路由电阻和电容串联而成，每个模块的可控硅控制电抗器支路均采用相控或投切模式。
2、按照权利要求1所述的可控电抗器，其特征在于：所述的可控电抗器当需要增大无功功率补偿容量时，拓扑上只需要增加并联模块组运行就可以方便实现；在可控电抗器运行中的任意时刻，只有一个模块组2个模块运行于相控模式，通过控制模块每个可控硅控制电抗器支路的可控硅控制角α在90°～180°之间变化，实现可控电抗器容量的微调；其余模块组运行于投切模式，实现可控电抗器容量的粗调。
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可控电抗器在西北750KV系统中的应用 田翠华，陈柏超，高电压技术，第31卷第03期 2005 *

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