CN207625293U - 一种串并联混合型补偿器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种串并联混合型补偿器，包含串、并联变压器、串联变压器旁路设备、电压源换流器、换流器快速旁路设备、快速开关、电抗器、启动电路以及交流断路器。电抗器与快速开关并联连接构成限流模块；串联侧换流器的交流侧与限流模块连接后再与串联变压器连接；串联侧电压源换流器的交流侧并联换流器快速旁路设备，直流侧与并联侧换流器的直流侧连接；并联侧换流器的交流侧经过启动电路连接至并联变压器。本实用新型的补偿器通过间接的投入限流模块可有效的限制系统的短路电流，降低补偿器所承受的故障电流，提高交流系统以及补偿器的可靠性；且限流模块的电压等级低、快速开关的开断电流小，具备较好的工程实用性。

Description

一种串并联混合型补偿器

技术领域

本实用新型涉及一种补偿器，具体涉及一种具有故障限流功能的串并联混合型补偿器。

背景技术

随着电力系统容量和规模的扩大，电力系统短路故障电流的水平也不断提高，短路故障对电力系统及与其相连的电气设备的破坏性也越来越大。另一方面，随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂度，用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流控制，电力系统对潮流控制以及短路电流限制的需求越来越大。

目前，限制系统短路电流的方案时采用故障限流器快速改变故障线路的阻抗参数，将短路电流限制在低水平，满足已有断路器在不超过其遮断能力的前提下切断短路故障，但已公开的故障限流器有谐振式故障限流器、固态故障限流器和超导故障限流器等，均是直接安装在高压线路上，限流设备所承受的故障电流较大，限流设备相应的分断开关或器件在分断时电流也较大，影响设备的可靠性。现有技术中采用串并联混合型补偿器可以优化调节系统潮流，但串并联混合型补偿器不能控制系统故障时的电流，且严重故障会影响串联补偿器设备的安全。因此，需要一种既能优化系统潮流，又能更安全可靠的限制系统短路电流的串并联混合型补偿器。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种可以优化系统潮流分布，还可以降低系统短路电流、提高系统可靠性且适用于工程应用的串并联混合型补偿器，本实用新型的解决方案是：

一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述串并联混合型补偿器包含串联变压器、串联变压器旁路设备、串联侧电压源换流器、换流器快速旁路设备、快速开关、电抗器、并联侧电压源换流器、并联变压器、启动电路以及交流断路器；

所述串联变压器为三相变压器，所述串联变压器第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；所述串联变压器第二侧绕组为星型连接方式；所述串联变压器至少一侧绕组的两端并联至少一个所述串联变压器旁路设备；所述电抗器与所述快速开关并联连接构成限流模块；所述串联变压器第二侧绕组的输出端三相分别连接所述限流模块的第一端的三相，所述限流模块的第二端的三相分别与所述换流器快速旁路设备的第一端的三相连接，所述换流器快速旁路设备的第二端的三相均连接至所述串联变压器第二侧绕组的中性线；所述串联变压器第二侧绕组的中性线直接接地，或者经电阻电地，或者经电抗接地；所述串联侧电压源换流器的三相交流输出侧与所述限流模块的第二端的三相连接；

所述并联变压器为三相变压器，所述并联变压器的第一侧绕组的三相与所述交流断路器的第一端的三相分别连接；所述交流断路器的第二端的三相分别至交流系统的三相交流母线，或者连接至所述串联变压器第一侧绕组所串联接入的三相交流线路；所述并联变压器的第二侧绕组的三相与所述启动电路的第一端的三相分别连接；所述启动电路的第二端与所述并联侧电压源换流器的交流输出侧分别连接；所述并联侧电压源换流器的直流输出侧与所述串联侧电压源换流器的直流输出侧连接。

进一步地，上述串联变压器包含第三侧绕组，第三侧绕组的其中一相绕组与一个电抗器串联连接，再与其它两相的绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端。

进一步地，上述串联变压器第三侧绕组的三相输出端的其中一端直接接地，另外两端与过电压保护设备连接后再接地；所述过电压保护设备包括避雷器和火花间隙。

进一步地，上述串联变压器至少一侧绕组的两端并联至少一个过电压保护设备；所述过电压保护设备包括避雷器和火花间隙。

进一步地，上述启动电路包含电阻和隔离开关，上述隔离开关与上述电阻并联连接构成上述启动电路；

或者，所述启动电路包含电阻和断路器，所述电阻与断路器并联连接构成所述启动电路。

进一步地，上述串联变压器旁路设备为机械旁路开关，或者由电力电子设备构成的旁路开关；上述换流器快速旁路设备为快速机械旁路开关，或者由电力电子设备构成的快速旁路开关；上述快速开关为机械开关，或者由电力电子设备构成的开关。

或者，上述串联变压器为三相变压器，上述串联变压器第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；上述串联变压器第二侧绕组为角型连接方式，上述串联变压器第二侧绕组的三相绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端，上述串联变压器第二侧绕组的三相输出端分别连接上述限流模块的第一端的三相，上述限流模块的第二端的三相分别连接上述电压源换流器的交流输出端的三相；上述换流器快速旁路设备的三相设备依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端，上述换流器快速旁路设备的三相输出端分别与上述串联侧电压源换流器的交流输出端的三相连接。

或者，上述的限流模块还包括电容；上述电容与上述电抗器并联连接组合形成阻抗单元，上述阻抗单元再与上述快速开关并联连接构成限流模块。

或者，上述串并联混合型补偿器包含N个快速开关和N个电抗器，N为自然数，且N大于1；上述N个电抗器分别与上述N个快速开关并联连接，每个电抗器与一个快速开关并联连接，构成一个限流模块，一共构成N个限流模块；上述N个限流模块依次串联连接构成一个限流模块组；上述串联变压器为三相变压器，上述串联变压器第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；上述串联变压器第二侧绕组为星型连接方式；上述串联变压器第二侧绕组的输出端三相分别连接上述限流模块组的第一端的三相，上述限流模块组的第二端的三相分别与上述换流器快速旁路设备的第一端的三相连接，上述换流器快速旁路设备的第二端的三相均连接至上述串联变压器第二侧绕组的中性线；上述串联侧电压源换流器的三相交流输出侧与上述限流模块组的第二端的三相连接。

采用上述方案后，本实用新型在交流系统正常时可以通过对串并联混合型换流器的控制来优化交流系统的潮流；在交流系统故障时，一方面通过串联侧换流器的快速旁路开关将串联侧换流器与故障隔离，另一方面可以通过限流模块的快速投入限制交流系统的故障电流，保护交流系统的安全运行以及串联变压器的安全，避免了现有的故障限流设备安装在高电压等级系统所承受的高电压和大电流，提高了设备的可靠性和经济性。当采用多个限流模块串联时，还可根据系统故障的严重程度进行不同等级的限流，且当部分限流模块故障后，不影响其它的故障模块运行，进一步提高了故障限流模块的利用率和可靠性；此外，还可以在稳态运行时，仅投入部分限流模块，配合串联侧换流器的控制优化系统的潮流，其经济效益更加明显。

附图说明

图1是本实用新型第一个实施例的串并联混合型补偿器；

图2是本实用新型第二个实施例的串并联混合型补偿器；

图3是本实用新型第三个实施例的串并联混合型补偿器；

图4是本实用新型第四个实施例的串并联混合型补偿器；

图5是本实用新型第五个实施例的串并联混合型补偿器；

其中：1-串联变压器、2-串联变压器旁路设备、3-电压源换流器、4-换流器快速旁路设备、5-快速开关、6-电抗器、7-限流模块、8-电容、9-过电压保护设备、10-电压保护设备、11-限流模块组、12-电压源换流器、13-并联变压器、14-交流断路器、15-启动电路、16-电阻、17-隔离开关、18-变压器中性线接地电阻、19-过电压保护设备、20-电抗器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

本实用新型提出一种串并联混合型补偿器，其一个较优的实施例如附图1所示。所述串并联混合型补偿器包括串联侧和并联侧两部分，串联侧包括：一个串联变压器1、一个串联变压器旁路设备2、一个电压源换流器3、一个换流器快速旁路设备4、一个快速开关5、一个电抗器6、电抗器20以及一个变压器中性线接地电阻18；并联侧包括：一个电压源换流器12、一个并联变压器13、一个交流断路器14、一个电阻16以及一个隔离开关17。

串联变压器1为三相变压器，串联变压器1的第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；串联变压器1的第一侧绕组的两端并联一个串联变压器旁路设备2；电抗器6与快速开关5并联连接构成限流模块7；串联变压器1第二侧绕组为星型连接方式，串联变压器1第二侧绕组的输出端三相分别连接限流模块7的第一端的三相，限流模块7的第二端的三相分别与换流器快速旁路设备4的第一端的三相连接，换流器快速旁路设备4的第二端的三相连接至串联变压器1第二侧绕组的中性线；串联变压器1第二侧绕组的中性线经过变压器接地电阻18接地；电压源换流器3的三相交流输出侧与限流模块7第二端的三相连接；

电压源换流器3的直流输出侧与电压源换流器12的直流输出侧并联连接；电阻16与隔离开关17并联连接构成启动电路15；电压源换流器12的三相交流输出侧与启动电路15的第一端的三相连接；启动电路15的第二端与并联变压器13的第一端连接；并联变压器13的第二端与交流断路器14的第一端连接；交流断路器14的第二端连接至交流母线。

串联变压器1还包含第三侧绕组，第三侧绕组的其中一相绕组与一个电抗器20串联连接，再与其它两相的绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端。

附图2所示为本实用新型提出的串并联混合型补偿器的第二个较优的实施例，串联变压器1的第一侧绕组并联一个过电压保护设备9，换流器快速旁路设备4两端并联至少一个过电压保护设备10；前述的过电压保护设备9和过电压保护设备10包括避雷器和火花间隙；串联变压器1的第三侧绕组的三相输出端的其中一端直接接地，另外两端与过电压保护设备19连接后接地，过电压保护设备包括有避雷器和火花间隙。

附图3所示为本实用新型提出的串并联混合型补偿器的第三个较优的实施例，限流模块7还包括至少一个电容8；电容8与电抗器6并联连接组合形成阻抗单元，再与快速开关5并联连接构成限流模块7。

附图4所示为本实用新型提出的串并联混合型补偿器的第四个较优的实施例，串联变压器1为三相变压器，串联变压器1的第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；串联变压器1的第一侧绕组的两端并联一个串联变压器旁路设备2；电抗器6与快速开关5并联连接构成限流模块7；串联变压器1的第二侧绕组为角型连接方式，串联变压器1的第二侧绕组的三相绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端，串联变压器1的第二侧绕组的三相输出端分别连接限流模块7的第一端的三相，限流模块7的第二端的三相分别连接电压源换流器3的交流输出端的三相；换流器快速旁路设备4的三相设备依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端，换流器快速旁路设备4的三相输出端分别与串联侧电压源换流器3的交流输出端的三相连接。

电压源换流器3的直流输出侧与电压源换流器12的直流输出侧并联连接；电阻16与隔离开关17并联连接构成启动电路15；电压源换流器12的三相交流输出侧与启动电路15的第一端的三相连接；启动电路15的第二端与并联变压器13的第一端连接；并联变压器13的第二端与交流断路器14的第一端连接；交流断路器14的第二端连接至交流母线。

上述所有实施例中，串联变压器旁路设备2为机械旁路开关，或者由电力电子设备构成的旁路开关；换流器快速旁路设备4为快速机械旁路开关，或者由电力电子设备构成的快速旁路开关；上述快速开关5为机械开关，或者由电力电子设备构成的开关。

上述所有实施例的串并联混合型补偿器的相应使用方法为：

交流系统正常运行时，与电抗器6并联的快速开关5保持闭合状态，串联变压器旁路设备2为断开状态，换流器快速旁路设备4为断开状态，电压源换流器3为解锁状态，交流断路器14处于闭合状态，启动电路15里的隔离刀闸17处于闭合状态，电压源换流器4为解锁状态，串并联混合型补偿器投入交流系统运行。当判断出补偿器接入的线路近端发生严重故障后，先将电压源换流器3闭锁、闭合换流器快速旁路设备4，然后断开快速开关5，对线路故障电流进行限制；当判断出线路故障清除后，再闭合串联变压器旁路设备2、以及闭合快速开关5。

前述判断出线路近端发生严重故障的方法为：检测到流过前述串联补偿器接入线路的电流大于预设电流阈值，且持续时间大于预设时间；前述判断出线路故障清除的方法为：检测到流过前述串联补偿器接入线路的电流小于预设电流阈值，且持续时间大于预设时间。

附图5所示为本实用新型提出的串并联混合型补偿器的第五个较优的实施例，补偿器包含N个快速开关5和N个电抗器6，N为自然数，且N大于1；

N个电抗器6分别与N个快速开关5并联连接，每个电抗器6与一个快速开关5并联连接，构成一个限流模块7，一共构成N个限流模块7；N个限流模块7依次串联连接构成一个限流模块组11；

串联变压器1为三相变压器，串联变压器1的第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；串联变压器1第二侧绕组为星型连接方式；串联变压器1第二侧绕组的输出端三相分别连接限流模块组11的第一端的三相，限流模块组11的第二端的三相分别与换流器快速旁路设备4的第一端的三相连接，换流器快速旁路设备4的第二端的三相均连接至串联变压器1第二侧绕组的中性线；串联变压器1第二侧绕组的中性线经过变压器接地电阻18接地；电压源换流器3的三相交流输出侧与限流模块组11第二端的三相连接；

电压源换流器3的直流输出侧与电压源换流器12的直流输出侧并联连接；电阻16与隔离开关17并联连接构成启动电路15；电压源换流器12的三相交流输出侧与启动电路15的第一端的三相连接；启动电路15的第二端与并联变压器13的第一端连接；并联变压器13的第二端与交流断路器14的第一端连接；交流断路器14的第二端连接至交流母线。

串联变压器1还包含第三侧绕组，第三侧绕组的三相绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端；串联变压器1的第三侧绕组的三相输出端的其中一端直接接地，另外两端与过电压保护设备19连接后接地，过电压保护设备包括有避雷器和火花间隙。

串联变压器1的第一侧绕组并联一个过电压保护设备9，换流器快速旁路设备4两端并联至少一个过电压保护设备10；前述的过电压保护设备9和过电压保护设备10包括避雷器和火花间隙；

附图5所示实施例的串并联混合型补偿器的控制方法为：

交流系统正常运行时，按第一指定规则将限流模块7中的快速开关5断开和闭合、投入和退出限流模块7，串联变压器旁路设备2为断开状态，换流器快速旁路设备4为断开状态，电压源换流器3为解锁状态，交流断路器14处于闭合状态，启动电路15里的隔离刀闸17处于闭合状态，电压源换流器4为解锁状态，串并联混合型补偿器投入交流系统运行。

当判断出线路近端发生严重故障后，先将电压源换流器3闭锁、闭合换流器快速旁路设备4，然后按第二指定规则投入限流模块7，对线路故障电流进行限制。

前述第一指定规则为，根据系统潮流优化的需求，计算出串联补偿器所需投入线路的限流模块7的数量；前述第二指定规则为，设置m个预设电流阈值，当检测到流过所述串联补偿器接入线路的电流大于第m个预设电流阈值、且持续时间大于第m个预设时间，则断开限流模块组11里的m个限流模块7的快速开关5，m为自然数，m小于等于N。

需要说明的是,本实用新型中的各元件，如电抗器、电阻、开关等，大多是指等效元件；也就是说，电路结构中的等效元件既可以是单个的元件，也可以是多个同样的元件级联(串联、并联等)而成。对于本实用新型实施例中的任何等效元件，能够实现同样功能的任何等效电路应当都涵盖在本实用新型实施例的保护范围之内。另外，本实用新型实施例中的各元件之间的连接为最基本的连接，实际可以采用电力系统中常用的连接方式以及常规的连接设备进行连接。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述串并联混合型补偿器包含串联变压器、串联变压器旁路设备、串联侧电压源换流器、换流器快速旁路设备、快速开关、电抗器、并联侧电压源换流器、并联变压器、启动电路以及交流断路器；

所述串联变压器为三相变压器，所述串联变压器第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；所述串联变压器第二侧绕组为星型连接方式；所述串联变压器至少一侧绕组的两端并联至少一个所述串联变压器旁路设备；

所述电抗器与所述快速开关并联连接构成限流模块；

所述串联变压器第二侧绕组的输出端三相分别连接所述限流模块的第一端的三相，所述限流模块的第二端的三相分别与所述换流器快速旁路设备的第一端的三相连接，所述换流器快速旁路设备的第二端的三相均连接至所述串联变压器第二侧绕组的中性线；所述串联变压器第二侧绕组的中性线直接接地，或者经电阻电地，或者经电抗接地；所述串联侧电压源换流器的三相交流输出侧与所述限流模块的第二端的三相连接；

所述并联变压器为三相变压器，所述并联变压器的第一侧绕组的三相与所述交流断路器的第一端的三相分别连接；所述交流断路器的第二端的三相分别至交流系统的三相交流母线，或者连接至所述串联变压器第一侧绕组所串联接入的三相交流线路；所述并联变压器的第二侧绕组的三相与所述启动电路的第一端的三相分别连接；所述启动电路的第二端与所述并联侧电压源换流器的交流输出侧分别连接；

所述并联侧电压源换流器的直流输出侧与所述串联侧电压源换流器的直流输出侧连接。

2.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述串联变压器为三相变压器，所述串联变压器第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；所述串联变压器第二侧绕组为角型连接方式，所述串联变压器第二侧绕组的三相绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端，所述串联变压器第二侧绕组的三相输出端分别连接所述限流模块的第一端的三相，所述限流模块的第二端的三相分别连接所述电压源换流器的交流输出端的三相；所述换流器快速旁路设备的三相设备依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端，所述换流器快速旁路设备的三相输出端分别与所述串联侧电压源换流器的交流输出端的三相连接。

3.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述串联变压器包含第三侧绕组，第三侧绕组的其中一相绕组与一个电抗器串联连接，再与其它两相的绕组依次首尾连接构成角型结构并形成三相输出端。

4.如权利要求3所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述三相输出端的其中一端直接接地，另外两端与过电压保护设备连接后再接地；所述过电压保护设备包括避雷器和火花间隙。

5.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：所述串联变压器至少一侧绕组的两端并联至少一个过电压保护设备；所述换流器快速旁路设备两端并联至少一个过电压保护设备；所述过电压保护设备包括避雷器和火花间隙。

6.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述的限流模块还包括电容；所述电容与所述电抗器并联连接组合形成阻抗单元，所述阻抗单元再与所述快速开关并联连接构成限流模块。

7.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述串联变压器旁路设备为机械旁路开关，或者由电力电子设备构成的旁路开关；所述换流器快速旁路设备为快速机械旁路开关，或者由电力电子设备构成的快速旁路开关；所述快速开关为机械开关，或者由电力电子设备构成的开关。

8.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述启动电路包含电阻和隔离开关，所述隔离开关与所述电阻并联连接构成所述启动电路；

或者，所述启动电路包含电阻和断路器，所述电阻与断路器并联连接构成所述启动电路。

9.如权利要求1所述的一种串并联混合型补偿器，其特征在于：

所述串并联混合型补偿器包含N个快速开关和N个电抗器，N为自然数，且N大于1；所述N个电抗器分别与所述N个快速开关并联连接，每个电抗器与一个快速开关并联连接，构成一个限流模块，一共构成N个限流模块；所述N个限流模块依次串联连接构成一个限流模块组；

所述串联变压器为三相变压器，所述串联变压器第一侧绕组三相的两端分别串联接入三相交流线路；所述串联变压器第二侧绕组为星型连接方式；所述串联变压器第二侧绕组的输出端三相分别连接所述限流模块组的第一端的三相，所述限流模块组的第二端的三相分别与所述换流器快速旁路设备的第一端的三相连接，所述换流器快速旁路设备的第二端的三相均连接至所述串联变压器第二侧绕组的中性线；所述串联侧电压源换流器的三相交流输出侧与所述限流模块组的第二端的三相连接。