CN2899234Y - 具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，由具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器、电压源逆变器、储能电容器、输出滤波器、检测电路、控制电路、驱动电路组成；其中，储能电容接在电压源逆变器的直流输入侧；电压源逆变器的交流输出经过滤波器滤波后，加在耦合变压器的原边；检测电路连接控制电路，所述控制电路是一个以DSP或单片微型计算机为中心的信息采集与处理电路单元，通过驱动电路与电压源逆变器连接；驱动电路可以驱动电压源逆变器中的开关管。该装置，在系统正常的情况下，可以对系统进行串联无功补偿，在有短路故障发生的情况下，可以对短路故障电流及其上升率进行限制，系统运行可靠性高。

Description

具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置

                        技术领域

本实用新型涉及一种应用于交流电压供电系统，在系统正常的情况下，对系统进行串联无功补偿，在有短路故障发生的情况下，对短路故障电流及其上升率进行限制的装置，属于交流柔性输电技术的技术领域。具体说是一类基于变阻抗变压器限流和静止同步串联补偿原理的柔性交流输电装置——具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置。

                        背景技术

电力系统规模的日益增大，短路电流数值也随之增加，短路故障对系统的危害也越来越大。基于电力电子技术的桥式固态短路故障限流器在检测到短路故障发生后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，将短路电流限制在允许的水平，以保护电力设备，已经成为柔性交流输电系统的关键元件之一。限流器是一种大容量电力装置，体积、重量、成本较大，但因其功能的原因，专门的限流器只在短路故障发生的极短时间内起作用，在占绝大多数运行时间的正常情况下，限流器处于“准备”状态，设备利用率很低，在一定程度上是一种浪费。

静止同步串联补偿器SSSC(Static Synchronous SeriesCompensator)，向线路注入一个串联的可控电压，该电压与线路电流成90°，且可与线路电流无关地予以控制，以增大或减小沿线的总无功电压降，并以此控制线路输送功率、抑制功率振荡和电压振荡，是FACTS家族的一个重要成员。静止同步串联补偿器SSSC，在无短路故障发生的正常状态下，通过串联电压的幅值和相位调节，对系统进行无功补偿，当短路故障发生时，在没有限流措施的情况下，将有一个很大的短路电流经过耦合变压器的副边，从而使耦合变压器的原边电流和电压源逆变器的输出电流急剧增加，对静止同步串联补偿器SSSC产生冲击，所以，静止同步串联补偿器SSSC需要一套可靠的保护电路。由于静止同步串联补偿器SSSC通过一个耦合变压器串联接入电网，向线路注入一个串联的可控电压Vq，通过控制电压Vq的幅值和相位，可以连续平滑地调节线路电压和电流，所以，从静止同步串联补偿器SSSC电路拓扑和控制原理上看，它是具有短路电流限制的潜力的。如果设计一种具有短路限流功能的静止同步串联补偿器SSSC，在系统正常的情况下，用来实现无功补偿和调节，而在短路故障发生时，能够自动、有效地限制短路电流的上升，就可以省去一套专门的短路限流装置，不但可以节省投资，还可以提高静止同步串联补偿器SSSC的可靠性。

正是在这样的思路和背景下，本实用新型提出了一种具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置。

                      实用新型内容

静止同步串联补偿装置的组成如附图1所示，通过控制Vc，使其在短路故障发生时与电源电压反相，可以使短路电流有所减小，但由于Vc的幅值和电源电压幅值相比很小，限流作用很小，提高Vc幅值，需要将静止同步串联补偿器SSSC中的电压源逆变器的容量和储能元件的容量提高很多，事实上是不现实、不经济的。

如果耦合变压器采用特殊的设计，使得在线路电流大于额定负载电流时，耦合变压器的磁路进入饱和区域，从而使耦合变压器的漏磁通和漏感大大增加，当耦合变压器的漏感足够大时，静止同步串联补偿器就具有了短路故障状态下的限流功能，这样可以大大加强静止同步串联补偿器的功能，提高其可靠性，具有非常重要的学术价值和应用价值。假设短路点之前的线路阻抗为Z₁，电源电压为Vs，静止同步串联补偿器的输出电压为Vc，耦合变压器的漏感为L₁，则短路电流的数值为：

$I_{\mathrm{sc}}=\frac{|{\stackrel{\→}{V}}_s-{\stackrel{\→}{V}}_c|}{|Z_1+\mathrm{j\ω}{L}_1|}$ 式1

其中线路阻抗Z₁的数值很小，可以忽略，电源电压和补偿器输出电压的矢量差的幅值接近电源电压的幅值，所以，在电源电压给定的情况下，短路电流的大小主要由耦合变压器的磁路饱和后的漏电感决定。

本实用新型的目的在于加强现有的静止同步串联补偿器SSSC功能，开发静止同步串联补偿器SSSC的潜在的短路限流功能，提高设备利用率和整个系统的可靠性。

本实用新型具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，由耦合变压器1、电压源逆变器2、储能电容器3、输出滤波器4、检测电路5、控制电路6、驱动电路7组成；其中，所述耦合变压器1为具有过电流磁路饱和特性的变阻抗变压器；储能电容3接在电压源逆变器2的直流输入侧；电压源逆变器2的交流输出经过滤波器4滤波后，加在耦合变压器1的原边；检测电路5连接控制电路6，所述控制电路6是一个以DSP或单片微型计算机为中心的信息采集与处理电路单元，通过驱动电路7与电压源逆变器2连接；驱动电路7用来驱动电压源逆变器2中的开关管。

本实用新型具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，在系统正常的情况下，可以对系统进行串联无功补偿，在有短路故障发生的情况下，可以对短路故障电流及其上升率进行限制，提高系统运行的可靠性。

附图说明

图1、为本实用新型具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置原理图；

图2、为控制电路原理图；

图3、为控制电路工作的程序框图。

图4、为本实用新型三相具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例：如图1所示，一种具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，由具有过电流磁路饱和特性的的变阻抗耦合变压器1、电压源逆变器2、储能电容器3、输出滤波器4、检测电路5、控制电路6、驱动电路7组成。其中，储能电容3接在电压源逆变器2的直流输入侧；电压源逆变器2的交流输出经过滤波器4滤波后，加在具有过电流磁路饱和特性的变阻抗耦合变压器1的原边，耦合变压器的副边串联接在交流电源和负载之间的线路上；检测电路5检测出系统电流和电压后，送给控制电路6，控制电路6的组成框图如图2所示，是一个以DSP或单片微型计算机为中心的信息采集与处理电路单元，其输入量为来自检测电路的电压检测信号和电流检测信号，根据线路电压、线路电流及其相位差，计算出线路中的无功功率，根据线路中的无功功率计算出需要产生的补偿电压的相位和幅值，进而产生用来驱动电压源逆变器2的多路脉宽调制信号，送给驱动电路7。驱动电路7的作用是实现信号的功率放大和隔离，其输出信号为电压型逆变器2中开关管所需的驱动信号。该具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置的特点是，在系统正常的情况下，耦合变压器磁路不饱和，漏感很小，该静止同步串联补偿器用来对系统的无功进行补偿，当短路故障发生时，负载阻抗突然变为接近零，静止同步串联补偿器的输出电压还来不及变化，电源电压Vs和静止同步串联补偿器的输出电压Vc的矢量差加在线路阻抗、耦合变压器的漏感和副边绕组上，从而引起副边电流的增加，当电流超过设定的线路额定电流之后，变压器磁路饱和，漏感增大，起到限制短路电流的作用。

控制电路6是以数字信号处理器DSP或单片微型计算机CPU为中心的信息采集与处理电路，还包括了晶振、复位电路、程序存储器、数据存储器、译码器、锁存器、A/D或D/A转换器、I/O电路等，其工作的程序如图3所示。

实施例2，为三相具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，其主电路如图4中虚线框内部分所示，其中C1为储能电容，T1-T6组成三相电压源逆变器主电路，三相电感L1和三相电容C2构成三相滤波器，耦合变压器Tr1为三相变阻抗变压器。

Claims (3)

1、一种具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，由耦合变压器(1)、电压源逆变器(2)、储能电容器(3)、输出滤波器(4)、检测电路(5)、控制电路(6)、驱动电路(7)组成；储能电容(3)接在电压源逆变器(2)的直流输入侧；电压源逆变器(2)的交流输出经过滤波器(4)滤波后，加在耦合变压器(1)的原边；检测电路(5)连接控制电路(6)，所述控制电路(6)是一个以DSP或单片微型计算机为中心的信息采集与处理电路单元，通过驱动电路(7)与电压源逆变器(2)连接；驱动电路(7)用来驱动电压源逆变器(2)中的开关管；其特征是：所述耦合变压器(1)为具有过电流磁路饱和特性的变阻抗变压器。

2、权利要求1所述具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，其特征是：所述电压源逆变器(2)、滤波器(4)和耦合变压器(1)为单相结构。

3、权利要求1所述具有短路限流功能的静止同步串联补偿装置，其特征是：所述电压源逆变器(2)、滤波器(4)和耦合变压器(1)为三相结构。

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