CN204649858U - 一种基于磁控电抗器(mcr)的电压暂降发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于磁控电抗器(MCR)的电压暂降发生装置，其包括：固定电抗器、磁控电抗器、光伏电站与控制系统；磁控电抗器与所述光伏电站并联后与所述固定电抗器串联接入已知电压等级电源的母线；所述控制系统的一端连接在光伏电站进线口处，另一端与所述磁控电抗器相连。本实用新型公开的装置中，通过磁控电抗器实时检测光伏电站进线口处的电压值，并以此控制所述磁控电抗器的电抗值使得光伏电站的进线电压值在已知电压等级电源的电压U_N的10％～90％之间变化，来模拟电网故障时电网电压暂降，以此来测试光伏电站并网的低电压穿越能力；另外，基于磁控电抗器实现，因此其电感值可以做到连续无级可调，可以更精确的测试出光伏电站并网的低电压穿越能力。

Description

一种基于磁控电抗器(MCR)的电压暂降发生装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种新能源分布式发电并网技术领域的电压暂降试验装置，特别是一种基于磁控电抗器(MCR)的电压暂降发生装置。

背景技术

当前光伏发电已成为太阳能资源开发利用的重要形式，其中大型光伏电站的接入，将对电网的安全稳定运行产生深刻影响，特别是在电网故障时光伏电站的突然脱网会进一步恶化电网运行状态，带来更加严重的后果。

2010年底，国家电网公司出台的《光伏电站接入电网技术规定》明确指出，“光伏电站应具备一定的耐受电压异常的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的损失”。

因此，在电网故障的状况下，为了光伏电站不会突然脱网，进一步恶化电网的运行状态，需要一种能够测试出其低电压穿越能力的装置；然而，现有技术中还没有相关的研究方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于MCR的电网电压暂降发生装置，可以模拟电网故障时电网电压暂降的状态，来准确的测试出光伏电站并网时的低电压穿越能力。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于MCR的电网电压暂降发生装置，该装置包括：固定电抗器、磁控电抗器MRC、光伏电站与控制系统；

其中，所述磁控电抗器与所述光伏电站并联后与所述固定电抗器串联接入已知电压等级电源的母线；所述控制系统的一端连接在光伏电站进线口处，另一端与所述磁控电抗器相连。

进一步的，所述磁控电抗器包括相互连接的电抗器绕组和整流电路；

所述电抗器绕组包括两个铁芯，每个铁芯上均设有上下两组线圈，其中一个铁芯中的上下两组线圈记为线圈L_A与线圈L_C，另一个铁芯中的上下两组线圈记为线圈L_B与线圈L_D；

其中，线圈L_A的出线端和线圈L_D的进线端相连，线圈L_B的出线端和线圈L_C的进线端相连，同一个铁芯的上下两个线圈之间还设有晶闸管VT1、VT2；不同铁芯的上下两个线圈交叉连接后，在其交叉端点上横跨设置有续流二极管。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，通过利用控制系统实时检测进线电压，然后控制所述磁控电抗器的电抗值使得光伏电站的进线电压值在系统标称电压的10％～90％之间变化，来模拟电网故障时电网电压暂降；该方案基于磁控电抗器实现，因此电抗器的电感值可以做到连续无级可调，可以更精确的测试出光伏电站并网的低电压穿越能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于MCR的电网电压暂降发生装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的磁控电抗器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的确定电网电压暂降发生装置中电抗器参数及进行电网故障模拟的流程图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于MCR的电网电压暂降发生装置的结构示意图。如图1所示，该装置主要包括：固定电抗器L1、磁控电抗器(MCR)L2、光伏电站与控制系统。

其中，所述磁控电抗器与所述光伏电站并联后与所述固定电抗器串联接入已知电压等级电源的母线；所述已知电压等级电源的电压记为U_N；所述控制系统的一端连接在光伏电站进线口处，另一端与所述磁控电抗器相连。

该装置中还可以包括三个断路器K1、K2、K3，在电源未供电前，断路器K1、K2、K3均处于分闸状态，该电源供电后，K2闭合，K1和K3断开，为光伏电站旁路供电。

本实用新型实施例中，为了测试光伏电站并网时的低压穿越能力，因而将断路器K1和K3闭合，K2断开。此时，由控制系统实时检测光伏电站进线口处(如图1中的测试点)的电压值，并以此控制所述磁控电抗器的电抗值使得光伏电站的进线电压值在所述U_N的10％～90％之间变化，来模拟电网故障时电网电压暂降，以此来准确的测试光伏电站并网的低电压穿越能力。

由于固定电抗器在本装置中最高要承受90％的额定电压，所以应该选择额定电压较高的并联电抗器，并联电抗器的基本特征和参数可见国标《电抗器》(GB 10229)。在本实施例中，所述固定电抗器的额定电压与所述已知电压等级电源的电压相同，其电感值预设为L，则流过所述固定电抗器每相的额定电流为：

$I_L=\frac{U_N}{\sqrt{3}\×2\mathrm{\πfL}};$

其中，f为系统频率。

为了使光伏电站的进线电压在额定电压(U_N)的10％～90％之间变化，则磁控电抗器分得的电压应能够在10％～90％之间变化，所以磁控电抗器的电感值应该在之间；同时，设所述磁控电抗器的额定电压与所述已知电压等级电源的电压相同，则流过所述磁控电抗器每相的最大允许电流为：

$I_{\mathrm{MCR}}=\frac{U_N}{\sqrt{3}\×2\mathrm{\πf}\left(\frac{1}{9}L\right)};$

其中，L为固定电抗器的电感值；

当磁控电抗器为时，此时流过磁控电抗器的电流最大，表示为：

$I_{\max }=\frac{U_N}{\sqrt{3}\×2\mathrm{\πf}(L_S+L+\frac{1}{9}L)};$

其中，L_S为系统阻抗，其计算公式为：S_d为该母线的短路容量。

本实用新型实施例中，固定电抗器的额定电流和磁控电抗的最大允许电流都应该大于I_max，如果任何一个电抗器的额定电流小于此最大电流，则应该重新设置固定电抗器的电感值L。

当确定好固定电抗器和磁控电抗器的参数时，可计算光伏并网点(如图1中的光伏并网点)的最小短路容量，表示为：

$S_{d,\min }=\frac{{U_N}^2}{2\mathrm{\πf}(L+L_S)};$

其中，L为固定电抗器的电感值，L_S为系统阻抗；

由于光伏电站并网时会导致进线电压值不稳定，因此，光伏电站容量比光伏并网点的最小短路容量小10倍以上，以尽量减小光伏电站并网对进线电压的影响。

另外，本实用新型实施例的上述方案是基于磁控电抗器来实现的，磁控电抗器接线简单，电抗值可以做到连续无级可调。因此可以更精确的测试出光伏电站并网的低电压穿越能力。其结构示意图如图2所示，主要包括：相互连接的电抗器绕组和整流电路；

所述电抗器绕组包括两个铁芯，每个铁芯上均设有上下两组线圈，其中一个铁芯中的上下两组线圈记为线圈L_A与线圈L_C，另一个铁芯中的上下两组线圈记为线圈L_B与线圈L_D；其中，线圈L_A的出线端和线圈L_D的进线端相连，线圈L_B的出线端和线圈L_C的进线端相连，同一个铁芯的上下两个线圈之间还设有晶闸管VT1、VT2；不同铁芯的上下两个线圈交叉连接后，在其交叉端点上横跨设置有续流二极管。

当电源处于正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，VT2承受反向电压。若VT1被触发导通，电源向电路提供直流控制电压和电流。同理，若VT2在电源负半周时被触发导通，也将产生直流控制电压和电流，而且控制电流的方向和VT1导通时一致。在电源的一个工频周期内，晶闸管VT1、VT2的轮流导通起了全波整流的作用，续流二极管起着续流作用。改变VT1、VT2的触发角便可改变控制电流的大小，从而改变电抗器铁心的饱和度，平滑连续地调节电抗器的电抗值。

磁控电抗器的铁芯磁路的磁导率L-μ对应关系按照下式计算：

其中 $R_0=\frac{l_0}{{\mathrm{\μ\μ}}_0{S}_0}$

式中：磁链，单位为磁通(韦伯)；I为直流励磁电流；W为匝数；μ为相对磁导率；μ₀为气磁导率，0.4π10^-8亨/厘米；l₀为磁路长度(厘米)；S₀为磁路横截面(平方厘米)；R₀-磁阻。

以上为本实用新型所提供装置的主要组成结构，下面结合附图3针对其工作过程做详细的介绍。

如图3所示，首先，需要确定固定电抗器与磁控电抗器的额定电压与电感，再判定流过这两个电抗器的最大电流是否小于其额定电流(这两步已经在前面进行了详细的描述，故不再赘述)；如果是，则可继续下一步；否则，还需要重新确定固定电抗器与磁控电抗器的额定电压与电感。

然后，设定光伏电站进线口处(如图1处的测试点)的电压值，由控制系统实时检测光伏电站进线口处的电压值，再将检测的结果与设定的电压值比较，根据比较结果对磁控电抗器进行控制，直到光伏电站进线口处的电压值与设定的电压值相等。

其中，如果检测出的电压值比设定的电压值小，则由控制系统增大磁控电抗器中晶闸管VT1、VT2的触发角；触发角增大，则VT1、VT2导通角减小，引起线圈直流电流减小，铁芯饱和度降低，磁控电抗器的电抗值增大；

如果检测出的电压值比设定的电压值大，则控制系统减小磁控电抗器中晶闸管VT1、VT2的触发角；触发角减小，则VT1、VT2的导通角增大，引起线圈直流电流增大，铁芯饱和度增加，磁控电抗器的电抗值减小。

在上述调节晶闸管的过程中，可以由磁控电抗器的电感值，计算出与之对应的直流励磁电流I，由直流励磁电流I计算晶闸管的触发角α，从而对其进行调节。

为了便于理解，下面结合一具体的示例进行说明；需要说明的是，下述示例中所采用的数值仅为举例，用户可根据实际的需求做相应的更改。

本示例中，电源电压U_N设为35kV，母线的短路容量S_d为600MVA，则系统阻抗L_S为：

$X_S=\frac{U_N^2}{S_d}=\frac{{35}^2}{600}\mathrm{\Ω}=2.04\mathrm{\Ω},L_S=\frac{X_S}{2\mathrm{\πf}}=\frac{2.04}{314}H=\mathrm{6,5}\mathrm{mH};$

选取固定电抗器的额定电压为系统标称电压35kV，电感值L为300mH，所以流过该电抗器一相的额定电流为：

$I_L=\frac{3500}{\sqrt{3}\×2\mathrm{\π}\×50\×0.3}A=214.4A$

为了使磁控电抗器分得的电压能在10％～90％之间变化，磁控电抗器的电感值需在之间。选取磁控电抗器的额定电压为电网标称电压35kV，所以流过磁控电抗器每相的最大允许电流为：

$I_{\mathrm{MCR}}=\frac{3500}{\sqrt{3}\×2\mathrm{\π}\×50\×0.033}A=1949.2A$

当磁控电抗器的电感值为33.3mH时，线路的电流最大，此时的电流为：

$I_{\max }=\frac{3500}{\sqrt{3}\×2\mathrm{\π}\×50\×0.03398}A=189.3A$

上述固定电抗器的额定电流和磁控电抗器的最大允许电流均大于流过线路的最大电流，所以电抗器的选型成功。此时，光伏并网点的最小短路容量为：

$S_{d,\min }=\frac{{35}^2}{2\mathrm{\π}\×50\×0.3065}=12.72\mathrm{MVA}$

由于光伏电站并网时会导致进线电压值不稳定，因此，光伏电站容量比光伏并网点的最小短路容量小10倍以上，以尽量减小光伏电站并网对进线电压的影响，因此，本示例中可选取的光伏电站的容量在1MVA左右。

之后，可按照如图3所示的方式测试光伏电站的低压穿越能力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于磁控电抗器(MCR)的电压暂降发生装置，其特征在于，该装置包括：固定电抗器、磁控电抗器、光伏电站与控制系统；

其中，所述磁控电抗器与所述光伏电站并联后与所述固定电抗器串联接入已知电压等级电源的母线；所述控制系统的一端连接在光伏电站进线口处，另一端与所述磁控电抗器相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁控电抗器(MCR)的电压暂降发生装置，其特征在于，所述磁控电抗器包括相互连接的电抗器绕组和整流电路；

所述电抗器绕组包括两个铁芯，每个铁芯上均设有上下两组线圈，其中一个铁芯中的上下两组线圈记为线圈L_A与线圈L_C，另一个铁芯中的上下两组线圈记为线圈L_B与线圈L_D；

其中，线圈L_A的出线端和线圈L_D的进线端相连，线圈L_B的出线端和线圈L_C的进线端相连，同一个铁芯的上下两个线圈之间还设有晶闸管VT1、VT2；不同铁芯的上下两个线圈交叉连接后，在其交叉端点上横跨设置有续流二极管。