專利名稱：一種變壓器式可調(diào)電抗器及其構(gòu)成的靜止無(wú)功補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器式可調(diào)電抗器，以及由此構(gòu)成的靜止無(wú)功補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平同無(wú)功功率平衡密切相關(guān)。為此，必需裝設(shè)相應(yīng)的補(bǔ)償裝置以解決電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下可能出現(xiàn)的無(wú)功不足和無(wú)功過(guò)剩問(wèn)題。歸納起來(lái)，當(dāng)前正在應(yīng)用和研究中的無(wú)功補(bǔ)償器有以下幾種靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static Var Compensator，SVC)在這類補(bǔ)償器中，目前研究和使用較多的是采用基于晶閘管控制電抗器(Thyristor Controlledreactor，TCR)的SVC，它能較好地解決負(fù)荷的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，但TCR工作過(guò)程中將產(chǎn)生大量的諧波電流注入系統(tǒng)，為消除這些諧波需增加大量的濾波器，從而增加了裝置的占地面積和造價(jià)。此類技術(shù)參考文獻(xiàn)有肖立軍，賀炳慶，伍世民，彭建中譯.靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置.長(zhǎng)沙湖南大學(xué)出版社，1989.以及N.GHingorani，L.Gyugyi.Understanding FACTSConcepts and technology of flexible ac transmission systems，Chapter 5.NewYorkIEEE Press(ISBN 0-7803-3455-8)，2000.
基于變壓器式可調(diào)電抗器(Controllable Shunt Reactors of TransformerType，CSRT)的無(wú)功補(bǔ)償器和TCR相比，CSRT具有諧波電流較小、功率損耗較低等優(yōu)點(diǎn)。但CSRT存在如下缺點(diǎn)①輕載時(shí)為了減小注入系統(tǒng)電流的諧波畸變率，存在不可調(diào)的死區(qū)；②為滿足工作區(qū)內(nèi)電抗器輸出電流的諧波限制，控制繞組的各級(jí)容量和調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)必需滿足一定的關(guān)系，從而使裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)變得復(fù)雜。此類技術(shù)參考文獻(xiàn)有田銘興，勵(lì)慶孚.變壓器式可控電抗器的諧波分析和功率級(jí)數(shù)計(jì)算，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(8)168-171。
常規(guī)的變壓器式可調(diào)電抗器(CSRT)的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，WC為原方繞組，直接并聯(lián)接入系統(tǒng)，iC為流過(guò)CSRT原方繞組的電流(稱為CSRT的輸出電流)；WC1，WC2，...，WCN(N為大于等于1的正整數(shù))為副方繞組，T1，T2，...，TN和X1，X2，...，XN分別為串聯(lián)在副方繞組中的反并聯(lián)晶閘管和限流電抗器，iC1，iC2，...，iCN分別為流過(guò)各副方繞組的電流。通過(guò)控制各副方繞組反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷可以達(dá)到分級(jí)平滑調(diào)節(jié)整個(gè)電抗器等效阻抗的目的。
先進(jìn)靜止無(wú)功發(fā)生器(Advanced Static Var Generator，ASVG)與基于可調(diào)電抗器的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備相比，ASVG具有調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更廣、諧波輸出更小，及欠壓條件下的無(wú)功調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但限于電力電子器件的生產(chǎn)和發(fā)展水平，目前制造大容量的ASVG仍存在技術(shù)難度大、造價(jià)高等問(wèn)題。此類技術(shù)參考文獻(xiàn)有Hanson，D，J.，Woodhouse，M.L.，Horwill，C.，et al.STATCOMa new era of reactive compensation.PowerEngineering Journal[see also Power Engineer]，2002，16(3)151-160.以及Schauder，C.，Gernhardt，M.，Stacey，E.，et al.Operation of±100 MVAR TVASTATCON.IEEE Transactions on Power Delivery，1997，12(4)1805-1811.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題和不足，提出一種新型的變壓器式可調(diào)電抗器及其構(gòu)成的靜止無(wú)功補(bǔ)償器，它綜合利用了CSRT和ASVG的技術(shù)特點(diǎn)，具有易于大容量化、諧波污染小、性價(jià)比高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提供一種變壓器式可調(diào)電抗器，包括并聯(lián)變壓器單元，其特征在于它還包括電壓源型逆變器組合單元和可調(diào)電抗組合單元；并聯(lián)變壓器單元副方有N個(gè)繞組WC1～WCN，N為大于等于1的正整數(shù)，其原、副方電壓同相，且原方與副方各繞組變比一定；電壓源型逆變器組合單元由一個(gè)雙橋臂逆變電源和一個(gè)限流電抗器串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)在并聯(lián)變壓器單元副方第1個(gè)繞組WC1上，其輸出電流iVSI的范圍為[-I，+I]；可調(diào)電抗組合單元由N-1個(gè)晶閘管投切電抗器支路構(gòu)成，每個(gè)晶閘管投切電抗器支路分別由一個(gè)反并聯(lián)晶閘管Ti1和一個(gè)電抗器Xi1串聯(lián)構(gòu)成，I＝2，...，N，該N-1個(gè)晶閘管投切電抗器支路分別串聯(lián)在并聯(lián)變壓器單元副方第2至第N個(gè)繞組WC2～WCN上；并聯(lián)變壓器單元用于將可調(diào)電抗器并聯(lián)接入電網(wǎng)，降低變壓器副方電壓等級(jí)，其副方的多繞組結(jié)構(gòu)用于減小各繞組容量、實(shí)現(xiàn)電流的分級(jí)調(diào)節(jié)；電壓源型逆變器組合單元用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的容性/感性電流；可調(diào)電抗組合單元用于產(chǎn)生分級(jí)可調(diào)的感性電流。
由上述可調(diào)電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償器，其特征在于它還包括固定并聯(lián)電容器單元，測(cè)量單元和控制單元；固定并聯(lián)電容器單元與可調(diào)電抗器的原方并聯(lián)接入電網(wǎng)；可調(diào)電抗器提供連續(xù)可調(diào)的感性無(wú)功；固定并聯(lián)電容器單元提供固定的容性無(wú)功；測(cè)量單元測(cè)量相關(guān)電壓電流量；控制單元根據(jù)測(cè)量單元所測(cè)得的電壓電流對(duì)可調(diào)電抗器進(jìn)行控制，使得可調(diào)電抗器發(fā)出的無(wú)功與固定并聯(lián)電容器單元發(fā)出的無(wú)功一起，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償。
與現(xiàn)有的可調(diào)電抗器相比，本發(fā)明所提供的變壓器式可調(diào)電抗器具有如下優(yōu)點(diǎn)①具有更快的響應(yīng)速度；②具有更廣的調(diào)節(jié)范圍；③具有更好諧波性能，輸出電流諧波很小，無(wú)需設(shè)計(jì)專門的濾波器就可以直接接入系統(tǒng)運(yùn)行；④本發(fā)明所提供的變壓器式可調(diào)電抗器還可以工作于有源濾波器(Active Power Filter，APF)方式，補(bǔ)償無(wú)功的同時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，用于諸如鋼鐵廠、電氣化鐵道等負(fù)荷的無(wú)功和諧波補(bǔ)償。
由本發(fā)明提供的變壓器式可調(diào)電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償器與現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、容易實(shí)現(xiàn)大容量化。本發(fā)明提供的變壓器式可調(diào)電抗器的調(diào)節(jié)繞組采用了VSI(VSI的開關(guān)器件采用GTO、IGBT等)進(jìn)行控制，其他控制繞組均采用反并聯(lián)晶閘管控制。根據(jù)目前電力電子器件的發(fā)展現(xiàn)狀，新型補(bǔ)償器的大容量化主要受VSI的限制，由于在本發(fā)明提供的無(wú)功補(bǔ)償器中，VSI的額定容量?jī)H占整個(gè)補(bǔ)償器額定容量的很小一部分，因此，容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的大容量化，從而滿足大容量的無(wú)功補(bǔ)償要求。
2、諧波污染小?；谙率鲆蛩?，本發(fā)明提供的無(wú)功補(bǔ)償器的諧波污染非常小。通?？梢哉J(rèn)為處于全導(dǎo)通或全關(guān)斷的繞組不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生諧波污染；VSI輸出電流的諧波含量遠(yuǎn)小于TCR輸出電流的諧波含量，同時(shí)由于新型變壓器式靜止無(wú)功補(bǔ)償器中的VSI容量相對(duì)較小，所以其產(chǎn)生的諧波電流在整個(gè)補(bǔ)償器輸出電流中所占的比例很??；此外，VSI的損耗在整個(gè)裝置中所占的比例也較小，因此還可以采用較高開關(guān)頻率以進(jìn)一步減小其輸出電流中的諧波。
3、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。當(dāng)負(fù)荷無(wú)功發(fā)生變化時(shí)，本發(fā)明所述變壓器式靜止無(wú)功補(bǔ)償器僅需半個(gè)周波到一個(gè)周波時(shí)間就可以響應(yīng)負(fù)荷變化，實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)償。
4、該發(fā)明綜合了CSRT和ASVG的技術(shù)特點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)的并聯(lián)電抗器/電容器響應(yīng)速度慢、連續(xù)可控性差，基于TCR的SVC輸出電流諧波畸變大，基于常規(guī)CSRT的無(wú)功補(bǔ)償器工作區(qū)域受負(fù)載條件限制、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，以及ASVG造價(jià)高、難于大容量化等缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明具有較高的性價(jià)比。


圖1為常規(guī)變壓器式可調(diào)電抗器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的變壓器式可調(diào)電抗器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為由圖2改進(jìn)的一種變壓器式可調(diào)電抗器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為由圖2所示電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為由圖3所示電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明所述之變壓器式可調(diào)電抗器包括三個(gè)部分并聯(lián)變壓器單元1，電壓源型逆變器(Voltage Source Inverter，VSI)組合單元2和可調(diào)電抗器組合單元3。并聯(lián)變壓器單元1副方有N個(gè)繞組WC1～WCN；VSI組合單元2由一個(gè)雙橋臂逆變電源2.1和一個(gè)限流電抗器X1串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)在并聯(lián)變壓器單元1副方第1個(gè)繞組WC1上；可調(diào)電抗器組合單元3由(N-1)個(gè)晶閘管投切電抗器(Thyristor Switched Reactor，TSR)支路3.2～3.N構(gòu)成，每個(gè)TSR支路分別由一個(gè)反并聯(lián)晶閘管Ti1(i＝2，...，N)和一個(gè)電抗器Xi1(i＝2，...，N)串聯(lián)構(gòu)成，這(N-1)個(gè)TSR支路分別串聯(lián)在并聯(lián)變壓器單元1副方第2至第N個(gè)繞組WC2～WCN上。
各個(gè)單元主要功能為并聯(lián)變壓器單元1用于將可調(diào)電抗器并聯(lián)接入電網(wǎng)，降低變壓器副方電壓等級(jí)，其副方的多繞組結(jié)構(gòu)可以減小各繞組容量、實(shí)現(xiàn)電流的分級(jí)調(diào)節(jié)；VSI組合單元2用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的容性/感性電流；可調(diào)電抗器組合單元3用于產(chǎn)生分級(jí)可調(diào)(不連續(xù))的感性電流。
本發(fā)明所述之變壓器式可調(diào)電抗器具有如下特點(diǎn)設(shè)計(jì)并聯(lián)變壓器單元1原副方電壓同相，且原副方各繞組變比一定，為k∶1，變壓器變比值k可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要在
內(nèi)取值；設(shè)計(jì)VSI組合單元2輸出電流iVSI的范圍為[-I，+I](其中負(fù)號(hào)表示iVSI以90°超前于原方電壓v，即容性；正號(hào)表示iVSI以90°滯后于原方電壓v，即感性；以下同)，電流值I可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要確定(其值可以從幾安培到上千安培)，這樣該繞組發(fā)出的無(wú)功可以在[-Q1，+Q1](無(wú)功值Q1可以根據(jù)副方繞組電壓和電流值I直接確定)范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，因此該繞組又稱為調(diào)節(jié)繞組；在控制中，設(shè)定Ti1(i＝2，...，N)或者全導(dǎo)通，或者全關(guān)斷，即流過(guò)并聯(lián)變壓器單元1副方第2至第N個(gè)繞組的電流iC2～iCN或者為額定值，或者為0；設(shè)計(jì)合適的電抗器Xi1(i＝2，...，N)的值，使得iC2＝+2I、iC3＝+4I、……、iCN＝+2N-1I，即各繞組容量比值為Q1∶Q2∶...∶QN＝1∶2∶...∶2N-1。在以上設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)VSI組合單元2.1和Ti1(i＝2，...，N)的控制，流過(guò)并聯(lián)變壓器單元1副方繞組的總電流可以在[-I+(2N-1)I]范圍內(nèi)連續(xù)變化，于是并聯(lián)變壓器單元1原方繞組電流可以在[-I/k，+(2N-1)I/k]之間連續(xù)變化，即該可調(diào)電抗器可以向外發(fā)出連續(xù)可調(diào)的無(wú)功電流(主要是感性)。
如圖3所示，根據(jù)圖2所示變壓器式可調(diào)電抗器改進(jìn)得到的另一種變壓器式可調(diào)電抗器，包括三個(gè)部分并聯(lián)變壓器單元1，VSI組合單元2和可調(diào)電抗-電容組合單元4。并聯(lián)變壓器單元1和VSI組合單元2的結(jié)構(gòu)同前，主要的改進(jìn)在于采用可調(diào)電抗-電容組合單元4代替了可調(diào)電抗組合單元3；可調(diào)電抗-電容組合單元4由TSR支路與晶閘管投切電容器(Thyristor Switched Capacitor，TSC)支路并聯(lián)構(gòu)成，可調(diào)電抗-電容組合單元4用于產(chǎn)生分級(jí)可調(diào)(不連續(xù))的容性/感性電流。TSC支路由反并聯(lián)晶閘管Ti2(i＝2，...，N)、電容器Ci(i＝2，...，N)以及阻尼電抗器Xi2(i＝2，...，N)串聯(lián)而成，阻尼電抗器的作用在于降低電容器投入或故障時(shí)電路的沖擊電流。
上述變壓器式可調(diào)電抗器具有如下特點(diǎn)設(shè)計(jì)并聯(lián)變壓器單元1原副方電壓同相，且原副方各繞組變比一定，為k∶1；設(shè)計(jì)VSI組合單元2輸出電流iVSI的輸出電流范圍為[-I，+I]；在控制中，設(shè)定Tij(i＝2，...N；j＝1，2)或者全導(dǎo)通，或者全關(guān)斷，即并聯(lián)變壓器單元1副方第2至第N個(gè)繞組電流iC2～iCN或者為額定值，或者為0；設(shè)計(jì)合適的電抗器Xi1(i＝2，...，N)和電容器Ci(i＝2，...，N)的值，使得iC2＝±2I、iC3＝±4I、……、iCN＝±2N-1I。在以上設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)VSI組合單元2.1和Tij(i＝2，...，N；j＝1，2)的控制，并聯(lián)變壓器單元1副方繞組的電流可以在[-(2N-1)I，+(2N-1)I]范圍內(nèi)連續(xù)變化，于是并聯(lián)變壓器單元1原方繞組電流可以在[-(2N-1)I/k，+(2N-1)I/k]范圍內(nèi)連續(xù)變化，即該可調(diào)電抗器可以向外發(fā)出連續(xù)可調(diào)的容性/感性無(wú)功電流。
由圖2所示的電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括四個(gè)單元可調(diào)電抗器5，固定并聯(lián)電容器(Fixed Capacitor，F(xiàn)C)單元6，測(cè)量單元7和控制單元8。各個(gè)單元主要功能為可調(diào)電抗器5提供連續(xù)可調(diào)的感性無(wú)功；FC單元6提供固定的容性無(wú)功；測(cè)量單元7測(cè)量相關(guān)電壓電流量；控制單元8根據(jù)測(cè)量單元7所測(cè)得的電壓電流對(duì)可調(diào)電抗器5進(jìn)行控制，從而使得可調(diào)電抗器5發(fā)出的無(wú)功與FC單元6發(fā)出的無(wú)功一起對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償。
測(cè)量單元7包括電壓測(cè)量單元7.1、負(fù)荷電流測(cè)量單元7.2、VSI電流測(cè)量單元7.3和信號(hào)采集單元7.4。其中，電壓測(cè)量單元7.1在負(fù)荷側(cè)測(cè)量負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓v；負(fù)荷電流測(cè)量單元7.2在負(fù)荷側(cè)測(cè)量負(fù)荷電流iL；VSI電流測(cè)量單元7.3在VSI輸出電路上測(cè)量VSI輸出電流iVSI；信號(hào)采集單元7.4則對(duì)前述測(cè)得的電壓電流信號(hào)加以采集，供給控制單元8使用?？刂茊卧?包括無(wú)功電流計(jì)算單元8.1、無(wú)功電流分配單元8.2、脈沖發(fā)生器單元8.3、VSI參考輸出電流單元8.4和滯環(huán)電流控制單元8.5。其中，無(wú)功電流計(jì)算單元8.1根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓v和負(fù)荷電流iL計(jì)算出負(fù)荷電流中無(wú)功分量的幅值，并對(duì)該無(wú)功分量的屬性(容性或感性)進(jìn)行識(shí)別；無(wú)功電流分配單元8.2根據(jù)無(wú)功電流的幅值和屬性將其分配到各個(gè)控制繞組中去，從而決定控制繞組中各反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通或關(guān)斷，并給出調(diào)節(jié)繞組輸出參考電流的幅值和屬性(該參考電流的屬性可能和負(fù)荷無(wú)功電流相同，也可能不同)；脈沖發(fā)生器單元8.3用來(lái)產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)脈沖；VSI參考輸出電流單元8.4根據(jù)計(jì)算所得的參考電流幅值和屬性以及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓v產(chǎn)生VSI輸出電流的參考量；滯環(huán)電流控制單元8.5根據(jù)VSI參考輸出電流單元8.4輸出的VSI輸出電流參考量和VSI輸出電流實(shí)際值向VSI提供所需的PWM脈沖信號(hào)。
上述補(bǔ)償器的工作原理如下可調(diào)電抗器5的原方繞組與FC單元6一起并聯(lián)接入系統(tǒng)?？烧{(diào)電抗器5副方N個(gè)繞組的設(shè)置如前所述，即各繞組容量比值為Q1∶Q2∶...∶QN＝1∶2∶...∶2N-1。通過(guò)控制VSI的輸出電流，調(diào)節(jié)繞組發(fā)出的無(wú)功可以在-Q1～+Q1之間連續(xù)調(diào)節(jié)；其余的(N-1)個(gè)副方繞組發(fā)出的無(wú)功要么是0，要么是Qn(n＝2，3，...，N)。因此，具有N個(gè)控制繞組的新型變壓器式可調(diào)電抗器的等效電抗可以實(shí)現(xiàn)2N級(jí)分級(jí)連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。
測(cè)量單元7采集獲得iVSI、v和iL。測(cè)量單元7測(cè)得的v和iL作為無(wú)功電流計(jì)算單元8.1的輸入。無(wú)功電流計(jì)算單元8.1的輸出與無(wú)功電流分配單元8.2相連。無(wú)功電流分配單元8.2的輸出與脈沖發(fā)生器單元8.3及VSI參考輸出電流單元8.4相連。脈沖發(fā)生器單元8.3發(fā)出各反并聯(lián)晶閘管組的旁路或阻斷脈沖。VSI參考輸出電流單元8.4的輸入由兩部分構(gòu)成，一是無(wú)功電流分配單元8.2的輸出，一是測(cè)量單元7測(cè)得的v。VSI參考輸出電流單元8.4的輸出與測(cè)量單元7測(cè)得的iVSI一起輸入到滯環(huán)電流控制單元8.5。滯環(huán)電流控制單元8.5發(fā)出觸發(fā)脈沖用于觸發(fā)導(dǎo)通VSI各橋臂的電力電子開關(guān)元件(如GTO、IGBT等)。由于FC單元6穩(wěn)定地吸收系統(tǒng)感性無(wú)功(即發(fā)出容性無(wú)功)，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電抗器5所發(fā)出的感性無(wú)功可以調(diào)節(jié)整個(gè)補(bǔ)償器的輸出無(wú)功，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)感性/容性無(wú)功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，其中FC的額定容量可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要選定。
以一個(gè)具有四個(gè)控制繞組的可調(diào)電抗器式新型靜止無(wú)功補(bǔ)償器為例，假設(shè)系統(tǒng)所需的無(wú)功補(bǔ)償范圍是-Q(容性)～+Q(感性)，則設(shè)置FC的額定容量為 四個(gè)控制繞組的額定容量分別為 和Q；這樣，負(fù)荷在-Q～+Q之間變化時(shí)，這個(gè)新型變壓器式靜止無(wú)功補(bǔ)償器就可以動(dòng)態(tài)跟蹤負(fù)荷無(wú)功的變化，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷無(wú)功的全補(bǔ)償。
由圖3所示的新型變壓器式可調(diào)電抗器也可以構(gòu)成一種靜止無(wú)功補(bǔ)償器，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。它由三個(gè)單元構(gòu)成可調(diào)電抗-電容器9；測(cè)量單元7；控制單元8；各單元結(jié)構(gòu)同前。
各個(gè)單元主要功能為可調(diào)電抗-電容器9提供連續(xù)可調(diào)的感性/容性無(wú)功；測(cè)量單元7測(cè)量相關(guān)電壓電流量；控制單元8根據(jù)測(cè)量單元7所測(cè)得的電壓電流對(duì)可調(diào)電抗-電容器9進(jìn)行控制，從而使得可調(diào)電抗-電容器9發(fā)出的無(wú)功可以對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償。
上述補(bǔ)償器的工作原理如下可調(diào)電抗-電容器9的原方繞組并聯(lián)接入系統(tǒng)?？烧{(diào)電抗-電容器9副方N個(gè)控制繞組的額定容量比值可以設(shè)定為Q1∶QL2∶...∶QLN＝1∶2∶...∶2N-1以及Q1∶QC2∶...∶QCN＝1∶2∶...∶2N-1，也可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際補(bǔ)償要求分別作相應(yīng)的設(shè)定。測(cè)量單元7和控制單元8的結(jié)構(gòu)和工作原理同前。
通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電抗-電容器9所發(fā)出的感性/容性無(wú)功就可以對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。以一個(gè)副方具有四個(gè)控制繞組的靜止無(wú)功補(bǔ)償器為例，假設(shè)系統(tǒng)所需的無(wú)功補(bǔ)償范圍是-Q～+Q，則設(shè)置四個(gè)繞組容量分別為Q1=±115Q,QL2=+215Q/QC2=-215Q,QL3=+415Q/QC3=-415Q]]>和QL4=+815Q/QC4=-815Q;]]>這樣，負(fù)荷在-Q～+Q之間變化時(shí)，這種補(bǔ)償器就可以動(dòng)態(tài)跟蹤負(fù)荷無(wú)功的變化，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷無(wú)功的全補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.一種變壓器式可調(diào)電抗器，包括并聯(lián)變壓器單元，其特征在于它還包括電壓源型逆變器組合單元(2)和可調(diào)電抗組合單元(3)；并聯(lián)變壓器單元(1)副方有N個(gè)繞組WC1～WCN，N為大于等于1的正整數(shù)，其原、副方電壓同相，且原方與副方各繞組變比一定；電壓源型逆變器組合單元(2)由一個(gè)雙橋臂逆變電源(2.1)和一個(gè)限流電抗器(X1)串聯(lián)構(gòu)成，串聯(lián)在并聯(lián)變壓器單元(1)副方第1個(gè)繞組WC1上，其輸出電流iVSI的范圍為[-I，+I]；可調(diào)電抗組合單元(3)由N-1個(gè)晶閘管投切電抗器支路(3.2～3.N)構(gòu)成，每個(gè)晶閘管投切電抗器支路分別由一個(gè)反并聯(lián)晶閘管Ti1和一個(gè)電抗器Xi1串聯(lián)構(gòu)成，i＝2，...，N，該N-1個(gè)晶閘管投切電抗器支路分別串聯(lián)在并聯(lián)變壓器單元(1)副方第2至第N個(gè)繞組WC2～WCN上；并聯(lián)變壓器單元(1)用于將可調(diào)電抗器并聯(lián)接入電網(wǎng)，降低變壓器副方電壓等級(jí)，其副方的多繞組結(jié)構(gòu)用于減小各繞組容量、實(shí)現(xiàn)電流的分級(jí)調(diào)節(jié)；電壓源型逆變器組合單元(2)用于產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的容性/感性電流；可調(diào)電抗組合單元(3)用于產(chǎn)生分級(jí)可調(diào)的感性電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)電抗器，其特征在于上述各晶閘管投切電抗器支路(3.2～3.N)上均并聯(lián)有晶閘管投切電容器支路，用于產(chǎn)生分級(jí)可調(diào)的容性/感性電流；上述各晶閘管投切電容器支路由反并聯(lián)晶閘管Ti2、電容器Ci以及阻尼電抗器Xi2串聯(lián)而成，其中i＝2，...，N。
3.由權(quán)利要求1所述可調(diào)電抗器構(gòu)成的補(bǔ)償器，其特征在于它還包括固定并聯(lián)電容器單元(6)，測(cè)量單元(7)和控制單元(8)；固定并聯(lián)電容器單元(6)與可調(diào)電抗器(5)的原方并聯(lián)接入電網(wǎng)；可調(diào)電抗器(5)提供連續(xù)可調(diào)的感性無(wú)功；固定并聯(lián)電容器單元(6)提供固定的容性無(wú)功；測(cè)量單元(7)測(cè)量相關(guān)電壓電流量；控制單元(8)根據(jù)測(cè)量單元(7)所測(cè)得的電壓電流對(duì)可調(diào)電抗器(5)進(jìn)行控制，使得可調(diào)電抗器(5)發(fā)出的無(wú)功與固定并聯(lián)電容器單元(6)發(fā)出的無(wú)功一起，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的補(bǔ)償器，其特征在于測(cè)量單元(7)包括電壓測(cè)量單元(7.1)、負(fù)荷電流測(cè)量單元(7.2)、電壓源型逆變器電流測(cè)量單元(7.3)和信號(hào)采集單元(7.4)；電壓測(cè)量單元(7.1)用于在負(fù)荷側(cè)測(cè)量負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓v；負(fù)荷電流測(cè)量單元(7.2)用于在負(fù)荷側(cè)測(cè)量負(fù)荷電流iL；電壓源型逆變器電流測(cè)量單元(7.3)用于在電壓源型逆變器輸出電路上測(cè)量電壓源型逆變器輸出電流iVSI；信號(hào)采集單元(7.4)用于對(duì)前述測(cè)得的電壓電流信號(hào)加以采集，供給控制單元(8)使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的補(bǔ)償器，其特征在于控制單元(8)包括無(wú)功電流計(jì)算單元(8.1)、無(wú)功電流分配單元(8.2)、脈沖發(fā)生器單元(8.3)、VSI參考輸出電流單元(8.4)和滯環(huán)電流控制單元(8.5)；其中，無(wú)功電流計(jì)算單元(8.1)根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓v和負(fù)荷電流iL計(jì)算出負(fù)荷電流中無(wú)功分量的幅值，并對(duì)該無(wú)功分量的屬性進(jìn)行識(shí)別；無(wú)功電流分配單元(8.2)根據(jù)無(wú)功電流的幅值和屬性將其分配到各個(gè)控制繞組中去，以決定控制繞組中各反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通或關(guān)斷，并給出調(diào)節(jié)繞組輸出參考電流的幅值和屬性；脈沖發(fā)生器單元(8.3)用于產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)脈沖；電壓源型逆變器參考輸出電流單元(8.4)根據(jù)計(jì)算所得的參考電流幅值和屬性以及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓v產(chǎn)生電壓源型逆變器輸出電流的參考量；滯環(huán)電流控制單元(8.5)根據(jù)電壓源型逆變器參考輸出電流單元(8.4)輸出的電壓源型逆變器輸出電流參考量和電壓源型逆變器輸出電流實(shí)際值向電壓源型逆變器提供所需的PWM脈沖信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變壓器式可調(diào)電抗器及其構(gòu)成的靜止無(wú)功補(bǔ)償器?？烧{(diào)電抗器包括并聯(lián)變壓器單元、電壓源型逆變器組合單元和可調(diào)電抗組合單元；電壓源型逆變器組合單元由一個(gè)雙橋臂逆變電源和一個(gè)限流電抗器串聯(lián)構(gòu)成，可調(diào)電抗組合單元由N－1個(gè)晶閘管投切電抗器支路構(gòu)成，每個(gè)晶閘管投切電抗器支路分別由一個(gè)反并聯(lián)晶閘管T
文檔編號(hào)H02J3/18GK1588746SQ20041006066
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月31日
發(fā)明者丁洪發(fā), 段獻(xiàn)忠, 朱慶春 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)