CN202737467U - 一种用于风电场的快速动态无功补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是有关于一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，主要由磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路和晶闸管投切电容器支路中的两种或三种支路组成，其中：组成所述补偿装置的所述磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路和晶闸管投切电容器支路与同一控制器的输出端连接，并分别通过高压断路器挂接到母线上。本实用新型一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，响应速度快、运行安全可靠、维护成本低、节能显著、损耗小，适应恶劣环境使用，尤其适用于风电场。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种快速动态无功补偿装置，特别是涉及一种用于风电场的动态无功补偿装置，以及风电场的动态无功补偿整改装置。
背景技术
相比较于火力发电，风力发电有其特殊性，当出现故障时，风电场的低电压穿越问题是一个不容忽视及回避的问题。低电压穿越问题如果无法解决，可能会造成风力发电机的大规模脱网，那风电场的可靠运行也无从谈起。
由于风电场的环境都比较恶劣，因此目前的无功补偿装置主要是磁控电抗器方式，也有一部分风电场的无功补偿装置采用了静止无功发生器（Static Var Generator,简称SVG）。从目前实际的应用情况来看，SVG虽然响应速度更快，但是风电场中可靠运行SVG占SVG总数的比例不到10%。而磁控电抗器虽然可靠性比较高，但是其响应速度很难适应风力发电场尤其是低电压穿越的要求。
目前一种应用比较广泛的做法是将磁控电抗器更换为带快速励磁及快速退磁的磁控电抗器，此种做法需要先将原先的磁控电抗器拆除，然后再安装带快速励磁及快速退磁的磁控电抗器，其工作量比安装一台新磁控电抗器的工作量还大。此外，即使改为带快速励磁及快速退磁的磁控电抗器， 其响应时间最快也只能达到30ms。
由此可见，现有风电场的无功补偿装置还存在着各种各样的问题及缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可实现无功容量的动态补偿和平滑无级调节，且响应速度要快，可靠性要高，以解决风电场的电压稳定性问题，尤其是低电压穿越问题的新型结构的用于风电场的快速动态无功补偿装置，实属当前业界极需改进的目标。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，使其可实现无功容量的动态补偿和平滑无级调节，且响应速度要快，可靠性要高，从而解决风电场的电压稳定性问题，尤其是低电压穿越的问题，克服现有的风电场无功补偿装置的各种不足，从而保障风电场的安全稳定运行。
为解决上述技术问题，本实用新型一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，主要由磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路和晶闸管投切电容器支路中的两种或三种支路组成，其中：组成所述补偿装置的所述磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路和晶闸管投切电容器支路与同一控制器的输出端连接，并分别通过高压断路器挂接到母线上。
作为本实用新型的一种改进，所述的晶闸管控制电抗器支路由空心电抗器、晶闸管阀和空心电抗器依次串联组成，三条晶闸管控制电抗器支路再采用三角形接法连接。
所述的晶闸管投切电容器支路由空心电抗器、晶闸管阀和电容器依次串联而成，两条晶闸管投切电容器支路还与一个固定电容器支路采用星形接法连接。
所述的磁控电抗器支路由磁控电抗器通过三角形接法连接而成。
所述的磁控电抗器支路还并联有固定电容器支路和避雷器支路。
所述的固定电容器支路是由空心电抗器与电容器串联而成。
所述的母线为10kV/35kV母线。
所述的控制器是采用高速数字信号处理器，并内置有现场可编程逻辑门阵列。
所述的控制器与磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路、晶闸管投切电容器支路通过光纤连接。
采用这样的结构后，本实用新型一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，至少具有以下优点：
1、通过自动调节无功输出来保证线路电压稳定，利用磁控电抗器、TCR、TSC与电容器组并联实现无功容量的动态补偿和平滑无级调节；
2、装置运行安全可靠、维护成本低、损耗小、容量动态无级调节、响应速度快，适应恶劣环境使用，特别适用于风电场的需求，可有效解决风电场的低电压穿越问题；
3、TCR支路和TSC支路还可以用于目前风电场的磁控电抗器的改造，在原有磁控电抗器不变的情况下，实现快速的动态无功补偿，并且投资小、回报率高，更适于广泛推广使用。
如上所述，本实用新型一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，响应速度快、运行安全可靠、维护成本低、节能显著、损耗小，适应恶劣环境使用，尤其适用于风电场。
附图说明
上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型一种用于风电场的快速动态无功补偿装置的电路连接示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本实用新型一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，主要由磁控电抗器（Magnetic Controlled Reactor，简称MCR）支路、晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor,简称TCR）支路和晶闸管投切电容（Thyristor Switched Capacitor，简称TSC）支路组成。如图所示，MCR支路、TCR支路和TSC支路与同一控制器7的输出端连接，并分别通过高压断路器2、1、10挂接到母线a、b、c上。
具体来说，MCR支路可由MCR6通过三角形接法连接而成，并与固定电容器支路和避雷器支路并联后，通过一组高压断路器2接入风电场的10kV/35kV集电线路（母线）。其中，固定电容器支路是由空心电抗器4与电容器5串联而成，三条固定电容器支路之间采用星形连接，避雷器支路由避雷器3并联组成。
TCR支路由空心电抗器9、晶闸管阀8和空心电抗器9依次串联组成，三条TCR支路再采用三角形接法连接，并通过另外一组高压断路器1接入10kV/35kV集电线路（母线）。
TSC支路由空心电抗器11、晶闸管阀12和电容器13依次串联而成，两条TSC支路还与一个固定电容器支路采用星形接法连接，该固定电容器支路同样由空心电抗器4与电容器5串联而成，TSC支路通过第三组高压 断路器10接入10kV/35kV集电线路（母线）。
较佳的，控制器7优选高速数字信号处理器，并内置有现场可编程逻辑门阵列，母线a、b、c为10kV/35kV母线，控制器7通过光纤与MCR支路的MCR6、TCR支路的晶闸管阀8、TSC支路的晶闸管阀12连接。
此外，除做整套装置使用外，TCR支路和TSC支路部分还可以用作现有风电场无功补偿装置的改造或者单独作为风电场的无功补偿装置使用。根据实际情况，MCR支路可以单独和TCR支路配合应用，MCR支路可以单独和TSC支路配合应用，TCR支路也可以单独和TSC支路配合应用，或者三种支路同时配合应用，均可达到本实用新型的技术效果，而各种支路的分支线路组成数量可由本领域技术人员根据具体情况酌情增减。
传统情况下，风电场的动态无功补偿主要是磁控电抗器和固定电容器支路并联组成方式，响应速度慢。固定电容器支路为风电场提供固定容量的容性无功，控制器根据检测的信息，调节MCR使其输出一定的感性无功，MCR输出的无功与固定电容器支路提供的无功之和满足风电场的需求。由于风电场的特殊性，出现故障时需要装置快速的提供一定的容性无功或者一定的感性无功，而这种情况只依靠调节MCR很难实现。而本实用新型的无功补偿装置，则可以满足上述的要求。
当风电场需要装置快速提供容性无功时，控制器发送触发命令到TSC支路，将TSC支路投入运行，在10ms-20ms内，风电场中的容性无功容量增大，同时控制器调节MCR输出的感性无功，使其逐步降低，当MCR输出的感性无功降低到需要的容量时，控制器停止发送到TSC支路的触发命令，将TSC支路退出运行。
当风电场需要装置快速提供感性无功时，控制器发送触发指令到TCR支路，将TCR支路投入运行，在10ms-20ms内，风电场中的感性无功容量增大，同时控制器调节MCR输出的感性无功，使其逐步增加，当MCR输出 的感性无功增加到需要的容量时，控制器停止发送到TCR支路的触发命令，将TCR支路退出运行。
由此可以看出，本实用新型利用固定电容器支路、MCR支路、TCR支路、TSC支路并联，实现了无功功率的快速补偿，可以快速的调节动态无功输出，响应时间提高到10ms~20ms，实现了无功容量的快速动态补偿和平滑无级调节。并且由于TSC支路和TCR支路都是工作在过渡状态，只有在过渡状态时会产生损耗，绝大多数时间都是工作在退出状态，因此损耗很低，发热量小，可以不必专门考虑TSC支路和TCR支路的散热设计，因此TSC支路和TCR支路的体积会更加轻巧。并且由于TSC支路和TCR支路的工作时间较短，所以可靠性更高。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于主要由磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路和晶闸管投切电容器支路中的两种或三种支路组成，其中：
组成所述补偿装置的所述磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路和晶闸管投切电容器支路与同一控制器的输出端连接，并分别通过高压断路器挂接到母线上。
2.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的晶闸管控制电抗器支路由空心电抗器、晶闸管阀和空心电抗器依次串联组成，三条晶闸管控制电抗器支路再采用三角形接法连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的晶闸管投切电容器支路由空心电抗器、晶闸管阀和电容器依次串联而成，两条晶闸管投切电容器支路还与一个固定电容器支路采用星形接法连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的磁控电抗器支路由磁控电抗器通过三角形接法连接而成。
5.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的磁控电抗器支路还并联有固定电容器支路和避雷器支路。
6.根据权利要求3或5所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的固定电容器支路是由空心电抗器与电容器串联而成。
7.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的母线为10kV/35kV母线。
8.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的控制器是采用高速数字信号处理器，并内置有现场可编程逻辑门阵列。
9.根据权利要求1所述的一种用于风电场的快速动态无功补偿装置，其特征在于所述的控制器与磁控电抗器支路、晶闸管控制电抗器支路、晶闸管投切电容器支路通过光纤连接。
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