晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置及方法，通過對晶閘管控制變壓器型三相可控電抗器的副邊流入中點(diǎn)的正向電流和流出中點(diǎn)的負(fù)向電流的單周期電流積分平均值的閉環(huán)控制，在晶閘管傳統(tǒng)觸發(fā)角移相控制基礎(chǔ)上引入正向偏移量和負(fù)向偏移量值，正向偏移量和負(fù)向偏移量的值通過閉環(huán)控制環(huán)路動態(tài)調(diào)節(jié)，從而保證可控電抗器有效的消除直流分量。本發(fā)明通過快速檢測電抗器繞組電流，動態(tài)控制相應(yīng)鐵芯的磁化特性，具有較高的靈敏度和響應(yīng)速度，有效地防止鐵芯的直流偏磁，提高電抗器的運(yùn)行可靠性。
【專利說明】晶間管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及晶間管控制變壓器型H相可控電抗器直流分量抑制裝置及方法，屬于 電力電子設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 無功功率是電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，對于超、特高壓長距離輸電網(wǎng) 尤其如此。高壓并聯(lián)電抗器能夠較大程度地減小空載或者輕載線路的容升效應(yīng)，從而限制 工頻過電壓和操作過電壓的幅值。當(dāng)線路輸送的功率接近自然功率時(shí)，線路自身的容性無 功和感性無功達(dá)到平衡，高壓并聯(lián)電抗器增加了線路輸送的無功，產(chǎn)生附加損耗、線路壓 降，降低了線路的輸電能力；然而，故障模式下，無并聯(lián)電抗器將難W抑制工頻過電壓和操 作過電壓。
[0003] 傳統(tǒng)的高壓并聯(lián)電抗器的容量不可調(diào)節(jié)，不能很好的應(yīng)對線路負(fù)載變化，滿足不 同無功功率的需求?？煽夭⒙?lián)電抗器能夠根據(jù)線路輸送功率的情況自動、連續(xù)、平滑的調(diào)節(jié) 自身容量，且能在短時(shí)間內(nèi)從空載容量調(diào)節(jié)到額定容量，其良好的調(diào)節(jié)特性，能較好的滿足 電網(wǎng)對無功功率的需求。
[0004] 晶間管控制變壓器型H相可控電抗器（Thyristor Controlled Transformer)利 用高阻抗變壓器替代電抗器與晶間管串聯(lián)構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)晶間管觸發(fā)角，調(diào)節(jié)晶間管控制 變壓器型H相可控電抗器副邊晶間管的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而改變電抗器的等效電感量，W及調(diào) 節(jié)電抗器接入電網(wǎng)的無功功率。當(dāng)晶間管完全關(guān)斷時(shí)，該電抗器為高阻抗，對電網(wǎng)影響很 小，可W很好的應(yīng)對電網(wǎng)故障模式。電抗器的控制放置于副邊，副邊的控制電壓和電流可W 根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行優(yōu)化選擇，提高了系統(tǒng)利用率，也降低了系統(tǒng)的難度。
[0005] 當(dāng)前，晶間管控制變壓器型H相可控電抗器的控制過程為：根據(jù)無功功率需求，設(shè) 定晶間管的觸發(fā)角度，再W電抗器原邊電壓為同步信號，合成晶間管的觸發(fā)脈沖。當(dāng)晶間管 或變壓器繞組，W及電網(wǎng)電壓出現(xiàn)不均衡時(shí)，會導(dǎo)致電抗器鐵芯中出現(xiàn)直流分量，該直流分 量降低了鐵芯的利用率，嚴(yán)重時(shí)還會影響整個(gè)電網(wǎng)的直流分量情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種晶間管控制變壓器型可控電抗器 直流分量抑制裝置及方法，解決了供電或電路元件不均衡導(dǎo)致電抗器鐵芯中出現(xiàn)直流分 量，使得鐵芯單向磁化，磁路不平衡會降低鐵芯利用率的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種晶間管控制變壓器型可控電 抗器直流分量抑制裝置，其特征是；所述晶間管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝 置包括變壓器型H相可控電抗器，晶間管單元，電流檢測單元，電壓檢測單元和控制與觸發(fā) 單元；
[0008] 所述晶間管控制變壓器型H相可控電抗器，WH相鐵芯為載體，并繞W原邊和副 邊繞組；所述電抗器的原邊利用星形接法接入交流電網(wǎng)，副邊采用星形接法與所述晶間管 單元相連接，產(chǎn)生可控的感性無功功率；
[0009] 所述晶間管單元，將兩只晶間管器件反向并聯(lián)，形成具有雙向電流控制能力的晶 間管組件；WH組所述晶間管組件構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)，即H個(gè)晶間管組件接成一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，稱 之為中點(diǎn)，所述中點(diǎn)與H個(gè)晶間管組件分別連接，所述晶間管組件的另一端分別與所述變 壓器型H相可控電抗器相連，所述中點(diǎn)與變壓器型H相可控電抗器副邊中點(diǎn)相連接；
[0010] 所述電流檢測單元，與晶間管單元串聯(lián)，檢測變壓器型H相可控電抗器副邊電流， 送入控制器中；
[0011] 所述電壓檢測單元，與電抗器副邊繞組并聯(lián)，檢測變壓器型H相可控電抗器原邊 電壓，送入控制器中；
[0012] 所述控制與觸發(fā)單元檢測變壓器型H相可控電抗器的原邊輸入電壓信號、副邊輸 出電流信號，并產(chǎn)生晶間管觸發(fā)信號傳輸給晶間管單元。
[0013] 前述的一種基于上述任一權(quán)利要求所述的晶間管控制變壓器型可控電抗器直流 分量抑制裝置的抑制方法，其特征是包括W下步驟：
[0014] 步驟一、檢測所述晶間管控制變壓器型H相可控電抗器的副邊電流，對流入中點(diǎn) 的正向電流和流出中點(diǎn)的負(fù)向電流分別進(jìn)行單周期積分，計(jì)算兩者單周期電流均值；
[0015] 步驟二、建立單周期電流均值的閉環(huán)控制環(huán)路，電流均值的參考值為零，電流均值 的低通濾波值作為反饋量，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后輸出晶間管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)比例值；
[0016] 步驟H、由PI調(diào)節(jié)器輸出的晶間管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)比例值，可W計(jì)算得到正向晶 間管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)和負(fù)向晶間管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)，并分別與單周期電流均值相乘，得到 晶間管觸發(fā)角的正向偏移量和負(fù)向偏移量值；
[0017] 步驟四、當(dāng)正向電流與負(fù)向電流的平均值大于零時(shí)，在下一工頻周期內(nèi)，正向晶間 管觸發(fā)角增加正向偏移量值，負(fù)向晶間管觸發(fā)角減小負(fù)向偏移量值；當(dāng)正向電流與負(fù)向電 流的平均值小于零時(shí)，正向晶間管觸發(fā)角減小正向偏移量值，負(fù)向晶間管觸發(fā)角增加負(fù)向 偏移量值；
[0018] 步驟五、根據(jù)線路中無功功率需求可得到理論上的晶間管移相角度，同時(shí)疊加所 述正向偏移量和負(fù)向偏移量值，得到晶間管觸發(fā)角的控制角度值；
[0019] 步驟六、檢測晶間管控制變壓器型H相可控電抗器原邊電壓信號，利用H相鎖相 環(huán)實(shí)現(xiàn)對H相繞組并聯(lián)晶間管的同步觸發(fā)，控制和觸發(fā)單元發(fā)送正向觸發(fā)脈沖至正向晶間 管，發(fā)送負(fù)向觸發(fā)脈沖至負(fù)向晶間管。
[0020] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果；通過對晶間管控制變壓器型H相可控電抗器的副邊流 入中點(diǎn)的正向電流和流出中點(diǎn)的負(fù)向電流的單周期電流積分平均值的閉環(huán)控制，在晶間管 傳統(tǒng)觸發(fā)角移相控制基礎(chǔ)上引入正向偏移量和負(fù)向偏移量值，正向偏移量和負(fù)向偏移量的 值通過閉環(huán)控制環(huán)路動態(tài)調(diào)節(jié)，從而保證可控電抗器有效的消除直流分量。本發(fā)明通過快 速檢測電抗器繞組電流，動態(tài)控制相應(yīng)鐵芯的磁化特性，具有較高的靈敏度和響應(yīng)速度，有 效地防止鐵芯的直流偏磁，提高電抗器的運(yùn)行可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是晶間管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是晶間管控制變壓器型可控電抗器電壓電流波形圖；
[0023] 圖3是晶間管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制方法流程圖。
[0024] 附圖中的標(biāo)記含義；I-Sap表示a相正向晶間管，2-Scn表示C相負(fù)向晶間管， 3-Sbp表示b相正向晶間管，4-San表示a相負(fù)向晶間管，5-Scp表示C相正向晶間管，6-Sbn 表示b相負(fù)向晶間管。

【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。W下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能W此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026] 如圖1所示，晶間管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置，包括；晶間管 控制變壓器型H相可控電抗器，晶間管單元，電流檢測單元，電壓檢測單元和控制與觸發(fā)單 TVi O
[0027] 晶間管控制變壓器型H相可控電抗器，WH相鐵芯為載體，分別繞制原邊和副邊 繞組；原邊星形接法接入交流電網(wǎng)，副邊星形接法，與晶間管單元相連接，產(chǎn)生可控的感性 無功功率；
[0028] 晶間管單元，兩只晶間管器件反向并聯(lián)，形成具有雙向電流控制能力的晶間管組 件；WH只晶間管組件構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)，即H個(gè)組件接成一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與H個(gè)組件皆 有連接，為中點(diǎn)，組件的另一端與受控電抗器相連，中點(diǎn)與變壓器型H相可控電抗器副邊中 點(diǎn)相連接；控制流入中點(diǎn)電流的晶間管為正向晶間管，控制流出中點(diǎn)電流的晶間管為負(fù)向 晶間管。
[0029] 電流檢測單元，采用霍爾電流傳感器，與晶間管單元串聯(lián)，并將電流檢測值數(shù)據(jù)送 入控制與觸發(fā)單元。
[0030] 電壓檢測單元，采用霍爾電壓傳感器，與電抗器副邊繞組并聯(lián)，并將電壓檢測值數(shù) 據(jù)送入控制與觸發(fā)單元。
[0031] 控制與觸發(fā)單元，檢測變壓器型H相可控電抗器的原邊輸入電壓信號、副邊電流 信號，并在晶間管的90度?180度相角范圍內(nèi)對6個(gè)晶間管San, Scp, Sbn, Sap, Sen, Sbp 依次生成晶間管觸發(fā)信號。
[0032] 晶間管控制變壓器型H相可控電抗器的直流電阻很小，可W等同于純感性負(fù)載， 當(dāng)晶間管觸發(fā)角位于0?90 S時(shí)，電感電流連續(xù)，晶間管失控，電抗器W最大無功狀態(tài)。當(dāng) 晶間管觸發(fā)角位于90 °?180 °時(shí)，電抗器電流波形如圖2所示，在忽略繞組電阻和晶間 管導(dǎo)通壓降前提下，電抗器電流W電壓波形過零點(diǎn)為中也對稱。
[0033] 在觸發(fā)角變化范圍較小時(shí)，其導(dǎo)致電流積分變化等同與電流曲線上下移動觸發(fā)角 變化量。本實(shí)施例W電抗器a相電流為例，對直流分量抑制方法進(jìn)行闡述。
[0034] 電抗器繞組的正向電流的積分值I。+可通過對正向電流的積分計(jì)算得到，如下式 所示：
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置，其特征在于：包括變壓器 型三相可控電抗器，晶閘管單元，電流檢測單元，電壓檢測單元和控制與觸發(fā)單元； 所述晶閘管控制變壓器型三相可控電抗器以三相鐵芯為載體，并繞以原邊和副邊繞 組；所述電抗器的原邊利用星形接法接入交流電網(wǎng)，副邊采用星形接法與所述晶閘管單元 相連接，產(chǎn)生可控的感性無功功率； 所述晶閘管單元將兩只晶閘管器件反向并聯(lián)，形成具有雙向電流控制能力的晶閘管組 件；以三組所述晶閘管組件構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)，即三個(gè)晶閘管組件接成一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)，稱之為中 點(diǎn)，所述中點(diǎn)與三個(gè)晶閘管組件分別連接，所述晶閘管組件的另一端分別與所述變壓器型 三相可控電抗器相連，所述中點(diǎn)與變壓器型三相可控電抗器副邊中點(diǎn)相連接； 所述電流檢測單元與晶閘管單元串聯(lián)，檢測變壓器型三相可控電抗器副邊電流，送入 控制器中； 所述電壓檢測單元，與電抗器副邊繞組并聯(lián)，檢測變壓器型三相可控電抗器原邊電壓， 送入控制器中； 所述控制與觸發(fā)單元檢測變壓器型三相可控電抗器的原邊輸入電壓信號、副邊輸出電 流信號，并產(chǎn)生晶閘管觸發(fā)信號傳輸給晶閘管單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置，其特征 在于：所述電流檢測單元采用霍爾電流傳感器；所述電壓檢測單元采用霍爾電壓傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制裝置，其特征 在于：控制流入所述中點(diǎn)電流的晶閘管為正向晶閘管，控制流出所述中點(diǎn)電流的晶閘管為 負(fù)向晶閘管。
4. 一種基于上述任一權(quán)利要求所述的晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制 裝置的抑制方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一、檢測所述晶閘管控制變壓器型三相可控電抗器的副邊電流，對流入中點(diǎn)的正 向電流和流出中點(diǎn)的負(fù)向電流分別進(jìn)行單周期積分，計(jì)算兩者單周期電流均值； 步驟二、建立單周期電流均值的閉環(huán)控制環(huán)路，電流均值的參考值為零，電流均值的低 通濾波值作為反饋量，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后輸出晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)比例值； 步驟三、由PI調(diào)節(jié)器輸出的晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)比例值，可以計(jì)算得到正向晶閘管 觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)和負(fù)向晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)，并分別與單周期電流均值相乘，得到晶閘 管觸發(fā)角的正向偏移量和負(fù)向偏移量值； 步驟四、當(dāng)正向電流與負(fù)向電流的平均值大于零時(shí)，在下一工頻周期內(nèi)，正向晶閘管觸 發(fā)角增加正向偏移量值，負(fù)向晶閘管觸發(fā)角減小負(fù)向偏移量值；當(dāng)正向電流與負(fù)向電流的 平均值小于零時(shí)，正向晶閘管觸發(fā)角減小正向偏移量值，負(fù)向晶閘管觸發(fā)角增加負(fù)向偏移 量值； 步驟五、根據(jù)線路中無功功率需求可得到理論上的晶閘管移相角度，同時(shí)疊加所述正 向偏移量和負(fù)向偏移量值，得到晶閘管觸發(fā)角的控制角度值； 步驟六、檢測晶閘管控制變壓器型三相可控電抗器原邊電壓信號，利用三相鎖相環(huán)實(shí) 現(xiàn)對三相繞組并聯(lián)晶閘管的同步觸發(fā)，控制和觸發(fā)單元發(fā)送正向觸發(fā)脈沖至正向晶閘管， 發(fā)送負(fù)向觸發(fā)脈沖至負(fù)向晶閘管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制方法，其特征 在于：步驟一，對流入中點(diǎn)的正向電流和流出中點(diǎn)的負(fù)向電流分別進(jìn)行單周期積分，計(jì)算兩 者單周期電流均值，計(jì)算步驟為： 電抗器繞組的正向電流的積分值Ia+計(jì)算公式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶閘管控制變壓器型可控電抗器直流分量抑制方法，其特征 在于：步驟三，由PI調(diào)節(jié)器輸出的晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)比例值，可以計(jì)算得到正向晶閘 管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)和負(fù)向晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)，分別與單周期電流均值相乘，得到正向 偏移量和負(fù)向偏移量，計(jì)算過程為： 定義kp為正向晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)，kn為負(fù)向晶閘管觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)，k為正向觸 發(fā)角調(diào)整系數(shù)與負(fù)向觸發(fā)角調(diào)整系數(shù)之間的比例； 對電流均值Iavg進(jìn)行低通濾波得到靜態(tài)誤差量，與零比較后，進(jìn)行PI校正，PI調(diào)節(jié)器的 輸出為比例系數(shù)k值：
定義kp與kn的約束條件： kp+kn = 1 (5) 可以得到kp和kn數(shù)值，分別與單周期電流均值相乘，得到正向與負(fù)向偏移量： 正向偏移量A a +計(jì)算公式為：
【文檔編號】H02J3/18GK104362649SQ201410636166
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】史明明, 袁曉冬, 陳兵, 徐宏, 伏祥運(yùn), 霍雪松 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院