專利名稱:采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域,尤其涉及一種采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥 控型可控并聯(lián)電抗器裝置。
背景技術(shù):
根據(jù)國家可再生能源發(fā)展規(guī)劃,西北地區(qū)將沿河西走廊建設(shè)千萬千瓦級風(fēng)電基 地,其遠(yuǎn)離負(fù)荷中心,大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)情況下風(fēng)電的高效經(jīng)濟(jì)送出和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行 已經(jīng)成為制約西北地區(qū)風(fēng)電發(fā)展的兩大技術(shù)難題。風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性 的特點(diǎn)。風(fēng)電場出力變化較大,風(fēng)電功率波動(dòng)使西北750kV輸電通道上無功波動(dòng)頻繁,無功 電壓控制困難并導(dǎo)致了電壓穩(wěn)定問題,增加了西北電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的難度,限制過電壓和無 功補(bǔ)償矛盾突出。特高壓輸電線路巨大的容性充電功率、劇烈的潮流變化以及有限的絕緣裕度給系 統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)、過電壓抑制提出了較高的要求,存在限制過電壓和無功調(diào)節(jié)之間矛盾難以 協(xié)調(diào)的問題??煽夭⒙?lián)電抗器作為提高系統(tǒng)調(diào)控靈活性的有效手段,可有效解決750kV風(fēng)電送 出通道以及特高壓輸電線路無功補(bǔ)償和電壓控制的問題,提高電壓穩(wěn)定性水平和暫態(tài)運(yùn)行 極限,降低線路輸送損耗,平衡無功分布,并可以有效減輕調(diào)度運(yùn)行的壓力,是實(shí)現(xiàn)750kV 以及特高壓輸電通道高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要工具。目前,在我國750kV輸電系統(tǒng)和特高壓輸電系統(tǒng)中還沒有可控并聯(lián)電抗器裝置投 入使用。國內(nèi)外也沒有本發(fā)明提出的采用閥串聯(lián)配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置 投入超高壓/特高壓電網(wǎng)應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型分級式可控并聯(lián)電 抗器裝置,解決我國750kV風(fēng)電送出通道以及特高壓輸電線路無功補(bǔ)償和限制過電壓之間 的矛盾,提高電壓穩(wěn)定性水平和暫態(tài)運(yùn)行極限,降低線路輸送損耗,平衡無功分布,減輕調(diào) 度運(yùn)行的壓力,并配合中性點(diǎn)電抗器限制潛供電流。本發(fā)明提供了采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置。本裝置特 別適合于容量調(diào)節(jié)頻繁的750kV電網(wǎng)和特高壓系統(tǒng)。提供的一種采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置,其本體采用 變壓器結(jié)構(gòu),根據(jù)需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓 側(cè)繞組接成“Y”型,直接接到高壓電網(wǎng)上,中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側(cè)繞組首 端分別經(jīng)套管引出,低壓側(cè)繞組末端直接接地。低壓側(cè)首、末端之間配置晶間管閥、容量配 置電抗器、斷路器串聯(lián)電抗器、旁路斷路器。各晶閘管閥組采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式,并分別與相 應(yīng)的容量配置電抗器并聯(lián)。旁路斷路器與斷路器串聯(lián)電抗器串聯(lián),配置于低壓側(cè)繞組首、末 端之間。
裝置無功輸出和容量調(diào)節(jié)通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通情況實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)無功補(bǔ)償 的不同需求,晶閘管閥的控制方式可采用電流過零投切或相位控制兩種方式。當(dāng)采用晶閘管閥電流過零投切方式時(shí),由于容量配置電抗器的分壓作用為相應(yīng)晶 閘管閥提供取能和開通電壓,因此通過控制相應(yīng)晶閘管閥電流過零實(shí)現(xiàn)輸出容量的分級調(diào) 節(jié),對系統(tǒng)無沖擊;在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí),控制所有晶閘管閥在電流過零時(shí)快速投切導(dǎo)通 或關(guān)合旁路斷路器使輸出迅速達(dá)到最大輸出容量,可有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。當(dāng)采用晶閘管閥相位控制的方式時(shí),容量配置電抗器的分壓作用為相應(yīng)晶閘管閥 提供取能和開通電壓。通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角,實(shí)現(xiàn)輸出無功功率的平滑、快速調(diào)節(jié); 在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí),控制各晶閘管閥的導(dǎo)通角或關(guān)合旁路斷路器使輸出迅速達(dá)到最大 輸出容量,有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。本發(fā)明的有益效果是①采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器,特別適合于頻繁調(diào)節(jié)的超 /特高壓輸電系統(tǒng),可有效解決限制過電壓和無功補(bǔ)償之間的矛盾,并配合中性點(diǎn)電抗器限 制潛供電流;②采用各晶閘管閥串聯(lián)并分別與相應(yīng)的容量配置電抗器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式,容量配 置電抗器的分壓作用為相應(yīng)晶閘管閥提供取能和開通電壓,因此裝置無功輸出和容量調(diào)節(jié) 可通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn);③容量調(diào)節(jié)過程可選擇采用晶閘管閥電流過零投切或相位控制的方式。選用晶閘 管閥過零投切的方式時(shí),調(diào)節(jié)方式簡單,響應(yīng)迅速,對系統(tǒng)無沖擊。選用晶閘管閥相位控制 方式時(shí),通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角,實(shí)現(xiàn)輸出無功功率的快速、平滑調(diào)節(jié);④整個(gè)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程沒有斷路器參與,完全依靠晶間管閥完成,頻繁調(diào)節(jié)不影響 斷路器的使用壽命。暫態(tài)控制由晶閘管閥或斷路器實(shí)現(xiàn),響應(yīng)迅速,可有效限制工頻過電壓 和操作過電壓。技術(shù)的新穎性兩北750kV風(fēng)電外送通道和IOOOkV特高壓輸電系統(tǒng)具有電壓等級高、充電無功 大、限制過電壓和無功補(bǔ)償矛盾突出、無功電壓控制難度大等問題,目前還沒有可控并聯(lián)電 抗器裝置投入使用。本發(fā)明提供的采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置 適用于無功電壓波動(dòng)頻繁的750kV風(fēng)電外送通道和IOOOkV輸電系統(tǒng)。此外,目前在超高壓 輸電系統(tǒng)(500kV和330kV輸電系統(tǒng))中也沒有本發(fā)明提供的采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管 閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置投入應(yīng)用。技術(shù)的創(chuàng)造性(1)本發(fā)明提供的采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器采用各晶閘 管閥相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式,各晶閘管閥端間并聯(lián)有容量配置電抗器。由于容量配置電抗器的 分壓作用,可為并聯(lián)的晶閘管閥提供取能和開通電壓,因此裝置容量的調(diào)節(jié)完全通過控制 晶閘管閥導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)。目前國內(nèi)、外投入工程應(yīng)用的可控并聯(lián)電抗器沒有采用此種結(jié)構(gòu)形式。(2)晶閘管閥的控制方式可根據(jù)需求采用電流過零投切或相位控制。當(dāng)采用晶閘 管閥電流過零投切方式時(shí),容量分級調(diào)節(jié)過程完全依靠晶間管閥電流過零投切完成,響應(yīng) 速度快,對系統(tǒng)無沖擊;當(dāng)采用晶閘管閥相位控制方式時(shí),通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角,實(shí) 現(xiàn)輸出無功功率的快速、平滑調(diào)節(jié)。整個(gè)容量調(diào)節(jié)過程不需要斷路器參與,適合于頻繁調(diào)節(jié)的場合。(3)與目前國內(nèi)、外已投運(yùn)的唯一 1臺分級式可控并聯(lián)電抗器--昕州500kV分級
式可控并聯(lián)電抗器裝置相比所提出的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置的晶閘管閥根據(jù) 系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)牟煌罂蛇x擇采用過零投切或相位控制兩種方式;容量調(diào)節(jié)過程完全依 靠控制晶閘管閥導(dǎo)通情況實(shí)現(xiàn),響應(yīng)速度可達(dá)10ms,避免了忻州裝置的容量分級調(diào)節(jié)過程 中出現(xiàn)的瞬間容量跌落現(xiàn)象,解決了采用斷路器不能實(shí)現(xiàn)容量頻繁調(diào)節(jié)的問題。技術(shù)的實(shí)用性(1)所提出的采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置,容量配置 電抗器的分壓作用為并聯(lián)的晶閘管閥提供取能和開通電壓,裝置容量的調(diào)節(jié)完全通過控制 晶閘管閥實(shí)現(xiàn)。根據(jù)無功補(bǔ)償?shù)牟煌枨螅чl管閥的控制方式可采用電流過零投切或相 位控制①當(dāng)采用晶閘管閥電流過零投切方式時(shí),容量分級調(diào)節(jié)過程完全依靠晶閘管閥電 流過零投切完成,響應(yīng)速度快,對系統(tǒng)無沖擊;②當(dāng)采用晶閘管閥相位控制方式時(shí),通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角,實(shí)現(xiàn)輸出無功 功率的快速、平滑調(diào)節(jié);(2)西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng)無功波動(dòng)頻繁,無功電壓控制困難,對 可控并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)頻度要求很高。所提出的采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并 聯(lián)電抗器裝置,適合于頻繁調(diào)節(jié),特別適用于西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統(tǒng),有較 好的工程實(shí)用前景。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。附圖1是采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置一種典型接線 的原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器可用作線路可 控并聯(lián)電抗器和母線可控并聯(lián)電抗器兩種工作方式。用作線路可控并聯(lián)電抗器時(shí),可吸收 輸電線路的容性充電功率,限制工頻過電壓和操作過電壓,抑制潛供電流,提高線路輸送能 力和系統(tǒng)穩(wěn)定性;用作母線可控并聯(lián)電抗器時(shí),通過調(diào)節(jié)輸出無功,確保母線電壓的穩(wěn)定。附圖1展示了一種采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置的典 型原理接線圖。采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器本體采用變壓器結(jié)構(gòu), 根據(jù)需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓側(cè)繞組接成 “Y”型,直接接到高壓電網(wǎng)上,中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地。三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套 管引出,低壓側(cè)繞組末端直接接地。低壓側(cè)首、末端之間配置晶間管閥、容量配置電抗器、斷 路器串聯(lián)電抗器、旁路斷路器。各晶閘管閥組采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式,并分別與相應(yīng)的容量配置 電抗器并聯(lián)。旁路斷路器與斷路器串聯(lián)電抗器串聯(lián),配置于低壓側(cè)繞組首、末端之間。裝置無功輸出和容量調(diào)節(jié)通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通情況實(shí)現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)無功補(bǔ)償 的不同需求,晶閘管閥的控制方式可采用電流過零投切或相位控制兩種方式。下面針對晶
5閘管閥采用電流過零投切和相位控制兩種不同方式分別闡述相應(yīng)的工作過程。(1)晶閘管閥采用電流過零投切方式裝置容量的分級調(diào)節(jié)采用晶閘管閥電流過零投切的方式,可分多級。各級晶閘管 閥相串聯(lián),根據(jù)分級數(shù)來確定晶閘管閥數(shù)量。附圖1以等分4級容量(25^^50^^75%, 100% 4個(gè)容量級)為例,示出了等分4級容量時(shí)的三相原理接線圖。下面以附圖1所示的 4級容量為例來說明工作原理。裝置分25%、50%、75%、100%四個(gè)容量級。對于A相,a端 為可控電抗器低壓側(cè)首端,χ端為可控電抗器低壓側(cè)末端,Xal、Xa2、Xa3、Xa4為A相容量配 置電抗器,Xal、Xa2、Xa3端間分別并聯(lián)閥組Tal、Ta2、Ta3 ;Da為A相旁路斷路器,Xall為 A相斷路器串聯(lián)電抗器,Da與fell串聯(lián)后連接于低壓側(cè)首、末兩端。同理,)(bl、)(b2、)(b3、 Xb4為B相容量配置電抗器,XbUXb2ab3端間分別并聯(lián)閥組Tbl、Tb2、Tb3 ;Db為B相旁路 斷路器,Xbll為B相斷路器串聯(lián)電抗器del、Xc2, Xc3, Xc4為C相容量配置電抗器,XcU Xc2, Xc3端間分別并聯(lián)閥組Tel、Tc2、Tc3 ;Dc為C相旁路斷路器,kll為C相斷路器串聯(lián) 電抗器。以A相為例闡述裝置工作于各容量級時(shí)晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3的狀態(tài),B、C相的 工作原理與A相完全相同正常工作過程中,控制晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3全部導(dǎo)通時(shí),裝置 運(yùn)行于100%容量級;當(dāng)控制晶閘管閥Ta2、Ta3導(dǎo)通,Tal閉鎖時(shí),裝置運(yùn)行于75%容量級; 當(dāng)控制晶閘管閥Ta3導(dǎo)通,Tal、Ta2閉鎖時(shí),裝置運(yùn)行于50%容量級;當(dāng)控制晶閘管閥Tal、 Ta2、Ta3全部閉鎖時(shí),裝置運(yùn)行于25%容量級。裝置容量與晶閘管閥控對應(yīng)關(guān)系如表1所 示表1投切容量控制表
閥 ^^^25%50%75%100%TalXXX〇Ta2XX〇〇Ta3X〇〇〇其中,X——表示斷開,〇——表示導(dǎo)通。裝置容量的分級調(diào)節(jié)過程通過控制相應(yīng)晶閘管閥電流過零投切的方式實(shí)現(xiàn),下面 具體闡述容量的切換過程,以圖1中的A相為例,B、C相的工作原理與A相相同①在容量從小到大切換時(shí),容量配置電抗器的分壓作用為其端間并聯(lián)的晶閘管閥 提供取能和開通電壓。以圖1中25%容量級向50%容量級切換為例容量配置電抗器敘3 為晶閘管閥因此晶閘管閥可采用電流過零投切的方式完成容量的分級調(diào)節(jié);②在容量從大到小切換時(shí),根據(jù)控制要求在電流過零點(diǎn)處關(guān)斷相應(yīng)晶閘管閥,將 與之并聯(lián)的電抗器投入主電路。以圖1中100%容量級向75%容量級切換為例發(fā)晶閘管 閥Tal關(guān)斷命令,使其在Tal電流過零時(shí)關(guān)斷;③當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),控制晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3開通,使可控并聯(lián)電抗器迅速 達(dá)100%輸出容量。當(dāng)可控并聯(lián)電抗器本體高壓側(cè)發(fā)生近區(qū)故障時(shí),閥基電子單元(VBE)無 法有效取能,對應(yīng)的閥組不能觸發(fā)開通,此時(shí)可通過關(guān)合旁路斷路器Da的方式,將輸出容量調(diào)至100%,有效抑制工頻過電壓和操作過電壓;④由于裝置基本為純感性元件,流過晶閘管閥的電流過零點(diǎn)與晶閘管閥兩端電壓 峰值點(diǎn)基本重合,因此可通過檢測晶閘管閥兩端電壓的峰值點(diǎn)來確定電流的過零點(diǎn)。(2)晶閘管閥采用相位控制方式當(dāng)晶閘管閥采用相位控制的方式時(shí),為闡述方便,仍以附圖1中的A相為例,B、C 相的工作原理與A相相同由于容量配置電抗器)(bl、)(b2、)(b3的分壓作用,因此可通過控制 晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3的導(dǎo)通角,實(shí)現(xiàn)可控并聯(lián)電抗器輸出無功的連續(xù)、平滑調(diào)節(jié);當(dāng)系統(tǒng) 發(fā)生故障時(shí),控制對應(yīng)的晶閘管閥的觸發(fā)角,使可控并聯(lián)電抗器迅速達(dá)100%輸出容量。當(dāng) 可控并聯(lián)電抗器本體高壓側(cè)發(fā)生近區(qū)故障時(shí),閥基電子單元(VBE)無法有效取能,對應(yīng)的 閥組不能觸發(fā)開通,此時(shí)可通過關(guān)合旁路斷路器Da的方式,將輸出容量調(diào)至100%,有效抑 制工頻過電壓和操作過電壓。采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器,其整個(gè)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)過程沒有斷 路器參與,完全依靠晶閘管閥完成,頻繁調(diào)節(jié)不影響斷路器的使用壽命。暫態(tài)控制由晶閘管 閥或斷路器實(shí)現(xiàn),響應(yīng)迅速,可有效限制工頻過電壓和操作過電壓。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅 是例證性的,而不是對本發(fā)明的范圍的限制,本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置,其特征在于電抗器本 體采用變壓器結(jié)構(gòu),可控并聯(lián)電抗器本體采用高短路阻抗形式構(gòu)成,即通過加大變壓器的 漏抗,將變壓器和電抗器合于一體,或采用普通變壓器再外接電抗器的形式構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的可控并聯(lián)電抗器裝置,其特征在于高壓側(cè)繞組三相接成“Y”型, 直接接到高壓電網(wǎng)上,中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地;三相低壓側(cè)結(jié)構(gòu)完全相同,各相繞組 首端分別經(jīng)套管引出,低壓側(cè)繞組末端直接接地,低壓側(cè)繞組的首、末端之間連接有晶閘管 閥、容量配置電抗器、斷路器串聯(lián)電抗器和斷路器;各晶閘管閥組采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式,并分 別與相應(yīng)的容量配置電抗器并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可控并聯(lián)電抗器裝置,其特征在于通過采用晶閘管閥電流 過零投切或相位控制的方式實(shí)現(xiàn)無功輸出容量的調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的可控并聯(lián)電抗器裝置,其特征在于當(dāng)所述可控并聯(lián)電抗器采 用晶閘管閥電流過零投切方式時(shí),由于容量配置電抗器的分壓作用為相應(yīng)晶閘管閥提供取 能和開通電壓;通過控制晶閘管閥電流過零投切實(shí)現(xiàn)輸出容量的分級調(diào)節(jié),對系統(tǒng)無沖擊; 在系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí),控制所有晶間管閥在電流過零時(shí)快速投切導(dǎo)通或關(guān)合旁路斷路器 使輸出迅速達(dá)到最大輸出容量,從而有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的可控并聯(lián)電抗器裝置,其特征在于當(dāng)所述的可控并聯(lián)電抗器采 用晶閘管閥相位控制的方式時(shí),由于容量配置電抗器的分壓作用為相應(yīng)晶閘管閥提供取能 和開通電壓;通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角,實(shí)現(xiàn)輸出無功功率的平滑、快速調(diào)節(jié);在系統(tǒng)發(fā) 生暫態(tài)故障時(shí),控制晶閘管閥的導(dǎo)通角或關(guān)合旁路斷路器使輸出迅速達(dá)到最大輸出容量, 有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用閥串聯(lián)型配置的晶閘管閥控型可控并聯(lián)電抗器裝置,其本體采用變壓器結(jié)構(gòu),根據(jù)需求可設(shè)計(jì)為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓側(cè)繞組接成“Y”型,直接接到高壓電網(wǎng)上,中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器接地;三相低壓側(cè)結(jié)構(gòu)完全相同,低壓側(cè)各相繞組的首、末端之間連接有晶閘管閥、容量配置電抗器、斷路器串聯(lián)電抗器和斷路器;各晶閘管閥組采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式,并分別與相應(yīng)的容量配置電抗器并聯(lián)。由于容量配置電抗器的分壓為晶閘管閥提供取能和開通電壓,因此晶閘管閥的控制方式可采用電流過零投切或相位控制兩種方式,滿足系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)牟煌蟆?br>
文檔編號H02H9/04GK102074960SQ20101061434
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者周吉安, 張帆, 張振環(huán), 徐桂芝, 李向群, 武守遠(yuǎn), 胡來林, 鄧占鋒, 雷晰 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司, 甘肅省電力公司