CN201956688U - 一种模组化结构的可移动式静止同步补偿器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其置于可移动的平台上,该补偿器由单相静止同步补偿器构成,每个单相静止同步补偿器包括单相换流链和两个连接电抗器,两个连接电抗器串联于单相换流链的两端,每个单相换流链由至少一个单相模组构成,每个单相模组由链节串联或并联构成。本实用新型的静止同步补偿器STATCOM以模组为单个容量单元,由三个单相模组构成一个三相模组。通过三相模组的串联可以构成不同电压等级的STATCOM换流链,模组的并联可以构成不同容量等级的STATCOM换流链。这种模组化、积木式技术便于实现STATCOM的电压等级扩展和容量扩展以及装置的移动化,增加了装置的可靠性和灵活性。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统灵活交流输电技术领域,具体涉及一种模组化结构的可移动式静止同步补偿器STATCOM。
背景技术
STATCOM(Static Synchronous Compensator)是一种新型静止型的动态无功补偿装置。它按照调相机的原理,采用新一代的电力电子器件(IGBT、IGCT和IEGT)和现代控制技术(如逆系统、直接反馈线性化等),在系统故障或负荷突增时,能动态提供无功电压支撑,防止系统发生电压崩溃,减少因低电压而释放的负荷数量,同时在提高线路输送能力、阻尼功率振荡、增强系统稳定性等方面具有优越性能,是目前最有效的动态无功补偿装置。
从上世纪90年代末,STATCOM在日本及欧美得到了广泛应用,尤其是在冶金、铁道等需要快速动态无功补偿的场合。但目前国际上研制成功的大容量STATCOM装置总共不到10台,百兆乏级STATCOM更少。主要原因是受当前可关断器件水平限制,要设计高压大容量STATCOM模组必须对器件进行串并联,而串并联技术涉及到无源均压技术及有源均压技术等一系列复杂技术。同时电力系统应用的STATCOM与一般的低压电力电子设备不同,很难具有统一的规格,需要根据具体工程进行定制,而全部采用工程定制很难保证装置的可靠性。并且随着电力市场的发展,系统运行方式变化更加频繁,系统某些节点无功需求急剧变化,有必要建立一种移动式无功补偿系统,向系统紧急需要无功补偿的地点快速转移、安装和投入运行,以使系统保持更高的安全性和更好的灵活性。
因此,在STATCOM整体装置的标准化、模块化等方面进行研究,采用模块化、积木式设计技术,既便于实现STATCOM的高电压大容量,又能够将可靠性和定制需要进行良好的结合,为动态无功补偿灵活配置提供一种创新性解决方案。
移动式STATCOM国外仅有ALSTOM公司有实际工程业绩,但是没有提出模组化结构。国内目前没有相似的技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以灵活移动、更加可靠的模组化结构的可移动式静止同步补偿器。静止同步补偿器(STATCOM)一般由并联接入系统的电压源换流器构成,其输出的容性或感性无功电流连续可调且独立于与系统连接点的电压。通常,电压源换流器,由可关断器件实现换相,直流侧储能元件为电容器的换流器。一个基本的换流及用于换流的辅助设备所组成的运行单元一同构成换流模块。本实用新型中所指链节为链式电压源换流器中的一个换流模块;模组所指为链式STATCOM中成组的链节。
本实用新型提供了一种模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其置于可移动的平台上,该补偿器由单相静止同步补偿器构成,其特征在于:每个单相静止同步补偿器包括单相换流链和两个连接电抗器,两个连接电抗器串联于单相换流链的两端,每个单相换流链由至少一个单相模组构成,每个单相模组由链节串联或并联构成。
其中,所述每个单相换流链由三个完全相同的单相模组构成一个三相模组,将每个三相模组中的单相模组的输出端相串联构成各种电压等级的STATCOM换流链,将每个三相模组中的单相模组的输出端相并联构成各种容量等级的STATCOM换流链。
其中,所述每个单相静止同步补偿器包括由启动电阻和旁路断路器构成的启动回路,所述启动电阻串联于单相换流链与其中一个连接电抗器之间,所述旁路断路器与启动电阻相并联。
其中,所述三个单相静止同步补偿器按照三角形接线构成1个三角形三相静止同步补偿器。
其中,所述每个链节包括H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路、旁路电路、取能电路、控制电路及驱动电路,所述H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路及取能电路相互并联,所述H桥型电压源换流器包括两个相互并联的桥臂,两个桥臂的中点作为本链节的交流输出端,所述交流输出端之间并联有一旁路电路,所述取能电路将所得到的控制电源提供给控制电路和驱动电路,所述控制电路分别对H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路和旁路电路进行控制,所述驱动电路对H桥型电压源换流器中的IGBT器件和放电电路中的IGBT器件进行驱动。
其中,所述H桥型电压源换流器包括两个相并联的桥臂,每个桥臂由上、下两个电力电子元件串联构成,每个电力电子元件由大功率IGBT及二极管按反电流流向并联而成,所述两个桥臂的上端与直流电容C的正极相连,两个桥臂下端与直流电容C的负极相连,两个桥臂的中点作为本链节的交流输出端,所述交流输出端之间并联一旁路电路后再与相邻链节交流端首尾连接;所述放电电路包括IGBT器件VT1、放电电阻R和二极管D1,所述IGBT器件与放电电阻R相串联,所述二极管D1与放电电阻相并联。
其中,所述控制电路采用单片机。
链节中各部分电路的作用是:放电电路是为直流母线电容提供过压保护,当直流母线电压超过整定的阈值之后,放电IGBT导通,通过放电电阻Rd给直流母线电容放电;H桥型电压源换流器为链节功能的核心电路,根据控制器命令输出补偿电压;旁路部分为整个链节提供保护,当链节内部发生任何故障时,旁路晶闸管导通,同时实现冗余功能;单元控制器部分负责接收并执行主控制器下发的命令,把功率模块内部的状态上传给主控制器,对功率模块进行控制、监测和保护。
本实用新型的有益效果是:以模组为单个容量单元,由三个单相模组构成一个三相模组。通过三相模组的串联可以构成不同电压等级的STATCOM换流链,模组的并联可以构成不同容量等级的STATCOM换流链。这种模组化、积木式技术便于实现STATCOM的电压等级扩展和容量扩展以及装置的移动化,增加了装置的可靠性和灵活性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的单相模组组成示意图;
图2是本实用新型的单相模组的链节电路结构示意图;
图3是本实用新型的一种链节电路的单个链节中电路的实例示意图;
图4是依据本实用新型的模组化结构的三相换流模组;
图5是1个三相模组应用情况下构成的静止同步补偿器;
图6是3个三相模组串联构成的更高电压等级的静止同步补偿器;
图7是在图6基础上,装置并联使用,构成更大容量的静止同步补偿器;
图8是依据本实用新型的STATCOM系统主接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的可移动式静止同步补偿器做进一步详细的说明。
该补偿器由单相静止同步补偿器构成,每个单相静止同步补偿器包括单相换流链和两个连接电抗器,两个连接电抗器串联于单相换流链的两端,其中一个连接电抗器与单相换流链之间串联一启动电阻,该启动电阻的两端并联有一旁路断路器,每个单相换流链由至少一个单相模组构成,每个单相模组由链节串联或并联构成。
1.本实用新型涉及的名词术语:
STATCOM:静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator),由并联接入系统的电压源换流器构成,其输出的容性或感性无功电流连续可调且独立于与系统连接点的电压。
链式STATCOM:采用链式(H桥串联)电压源换流器的STATCOM装置。
移动式STATCOM:采用紧凑化结构设计、便于运输的方式,在寿命期内可快速转移安装地点,可根据系统条件简单配置即可投运的STATCOM装置。
电压源换流器(VSC):电压源换流器(Voltage Source Converter-VSC),由可关断器件实现换相,直流侧储能元件为电容器的换流器。
换流模块:一个基本的换流及用于换流的辅助设备所组成的运行单元。
链节:链式电压源换流器中的一个换流模块。
换流链:由多个链节组成的实现换流运行的组装换流设备,可以实现复杂的换流过程。
换流模组:指链式STATCOM中成组的链节。
2.各部分层次关系:
用于输电系统的链式结构STATCOM由三个单相STATCOM三角形连接构成,与系统并联使用。每个单相STATCOM由单相换流链、2个连接电抗器串联构成,两个连接电抗器位于单相换流链的两端,回路中可以串联启动回路,启动回路一般由启动电阻与旁路断路器并联构成。每个换流链由1个或若干个换流模组串联或并联构成。每个换流模组由若干个换流模块串联或并联构成,用于链式STATCOM的换流模块也称为链节。链节内主要电路为H桥型电压源换流器。
图1是本实用新型的单相模组组成示意图,即单个链节,模组由n个换流链节交流端串联构成。
图2是本实用新型的单相模组的链节电路结构示意图,链节电路包括取能/送能电路、控制电路、驱动电路、电压源换流器、放电电路、链节旁路电路等部分。其连接关系为放电电路在电压源换流器直流侧并联;链节旁路电路在电压源换流器交流侧并联。取能或送能电路得到稳定的控制电源提供给链节控制电路及驱动电路。
图3是本实用新型的一种链节电路的单个链节内电路的实例示意图。每个链节包括H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路、旁路电路、取能电路及控制电路,H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路及取能电路相互并联,H桥型电压源换流器包括两个相互并联的桥臂,两个桥臂的中点作为本链节的交流输出端,交流输出端之间并联有一旁路电路,控制电路分别对H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路和旁路电路进行控制。
H桥型电压源换流器包括两个相并联的桥臂,每个桥臂由上、下两个电力电子元件串联构成,每个电力电子元件由大功率IGBT及二极管按反电流流向并联而成,两个桥臂的上端与直流电容C的正极相连,两个桥臂下端与直流电容C的负极相连,两个桥臂的中点作为本链节的交流输出端,交流输出端之间并联一旁路电路后再与相邻链节交流端首尾连接。
放电电路包括IGBT器件VT1、放电电阻R和二极管D1,IGBT器件与放电电阻R相串联,二极管D1与放电电阻相并联。
控制电路可采用单片机,旁路电路和取能电路采用本领域人员公知的现有技术。
图4:三相模组,即由3个单相模组构成,A相模组首尾端分别记为A1、A2,B相模组首尾端分别记为B1、B2,C相模组首尾端分别记为C1、C2。
图5:由1个三相模组、连接电抗器构成的单位电压等级、单位容量的静止同步补偿器,每相模组两端分别与连接电抗器串联构成一相STATCOM,三相采用三角形连接,与系统并联使用。
图6:3个三相模组,各相串联,每相模组两端分别与连接电感串联构成一相STATCOM,三相采用三角形连接,与系统并联使用,扩展了STATCOM电压等级。
图7:在图4基础上,两套STATCOM并联使用,构成了更大容量等级的STATCOM。
如图1-3所示,每个单相模组由若干个功能结构完全相同的换流链节串联构成,一个三相模组由A相、B相、C相三个完全相同的单相模组构成,如图4所示。通过将每个三相模组中的单相模组的输出端串联起来可以构成不同电压等级的STATCOM换流链,通过模组的并联可以构成不同容量等级的STATCOM换流链。这种积木式的方法便于STATCOM电压等级的扩展和容量的扩展,实现STATCOM的高压大容量化,提高定制性工程的可靠性。如果将模组放置在移动化的平台上,则为动态无功补偿灵活配置提供了一种创新性的解决方案。
下面以实例介绍几种模组化结构的STATCOM。对于一个电压等级为12kV,容量为5.7MVA的单相模组。
应用一:电压等级为10kV、容量为17MVA的三相STATCOM,由三个单相模组三角接线配合6个连接电抗器共同构成,如图5所示,图中的电抗器是STATCOM接入系统的必要设备,主要由STATCOM的电压等级和容量等级决定。
应用二:电压等级为35kV、容量为50MVA的三相STATCOM,以应用一中的三相模组为单个容量单元,三个串联后三角接线配合6个连接电抗器共同构成,如图6所示。
应用三:电压等级为35kV、容量为100MVA的三相STATCOM,以应用二中的三相STATCOM为单个容量单元,并联构成即可,如图7所示。
如图8所示是本实用新型的STATCOM系统主接线示意图。
以35kV STATCOM应用为例:
工程中应用的移动式STATCOM接线方式如下:装置电源取自35kV母线,通过1台35kV隔离刀闸(带接地)、1台断路器、3只电流互感器、1台隔离开关(带接地)、3只避雷器与35kV STATCOM装置相连。
STATCOM每一相由单相换流链(由级联的H桥模块构成)、启动回路(由断路器与电阻并联构成)、连接电感串联组成,三相之间采用三角形接线,角外进线端设置1组带接地的隔离刀闸、1组避雷器(带计数器)。
图8中的附图标记如下:
G:带接地的隔离刀闸;DL:断路器;TA电流传感器;G1:带接地的隔离刀闸;FV:STATCOM进线避雷器;XK1、XK2、XK3:连接电抗器;R1、R2、R3:启动电阻;DL1、DL2、DL3:启动电阻旁路断路器;FV1、FV2、FV3:换流链避雷器,HLL1、HLL2、HLL3:换流链。
装置构成:移动式35kV百兆乏级STATCOM装置包括1个辅助设备集装箱、3个STATCOM功能模块集装箱、户外放置的6个连接电抗器及隔刀、避雷器、断路器等设备。
表1移动式STATCOM主要设备
所有集装箱、底座尽量无缝拼接放置,分别运输。
此处已经根据特定的示例性实施例对本实用新型进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本实用新型的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的,而不是对本实用新型的范围的限制,本实用新型的范围由所附的权利要求定义。
Claims (7)
1.一种模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其置于可移动的平台上,该补偿器由单相静止同步补偿器构成,其特征在于:每个单相静止同步补偿器包括单相换流链和两个连接电抗器,两个连接电抗器串联于单相换流链的两端,每个单相换流链由至少一个单相模组构成,每个单相模组由链节串联或并联构成。
2.如权利要求1所述的模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其特征在于:所述每个单相换流链由三个完全相同的单相模组构成一个三相模组,将每个三相模组中的单相模组的输出端相串联构成各种电压等级的STATCOM换流链,将每个三相模组中的单相模组的输出端相并联构成各种容量等级的STATCOM换流链。
3.如权利要求2所述的模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其特征在于:所述每个单相静止同步补偿器包括由启动电阻和旁路断路器构成的启动回路,所述启动电阻串联于单相换流链与其中一个连接电抗器之间,所述旁路断路器与启动电阻相并联。
4.如权利要求3所述的模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其特征在于:所述三个单相静止同步补偿器按照三角形接线构成1个三角形三相静止同步补偿器。
5.如权利要求1-4任一所述的模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其特征在于:所述每个链节包括H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路、旁路电路、取能电路、控制电路及驱动电路,所述H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路及取能电路相互并联,所述H桥型电压源换流器包括两个相互并联的桥臂,两个桥臂的中点作为本链节的交流输出端,所述交流输出端之间并联有一旁路电路,所述取能电路将所得到的控制电源提供给控制电路和驱动电路,所述控制电路分别对H桥型电压源换流器、直流电容C、放电电路和旁路电路进行控制,所述驱动电路对H桥型电压源换流器中的IGBT器件和放电电路中的IGBT器件进行驱动。
6.如权利要求5所述的模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其特征在于:所述H桥型电压源换流器包括两个相并联的桥臂,每个桥臂由上、下两个电力电子元件串联构成,每个电力电子元件由大功率IGBT器件及二极管按反电流流向并联而成,所述两个桥臂的上端与直流电容C的正极相连,两个桥臂下端与直流电容C的负极相连,两个桥臂的中点作为本链节的交流输出端,所述交流输出端之间并联一旁路电路后再与相邻链节交流端首尾连接;所述放电电路包括IGBT器件VT1、放电电阻R和二极管D1,所述IGBT器件与放电电阻R相串联,所述二极管D1与放电电阻相并联。
7.如权利要求5所述的模组化结构的可移动式静止同步补偿器,其特征在于:所述控制电路采用单片机。
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