採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置的製作方法

2023-04-25 13:29:26

專利名稱：採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統無功補償領域，尤其涉及一種採用閥串聯型配置的晶閘管閥 控型可控並聯電抗器裝置。
背景技術：
根據國家可再生能源發展規劃，西北地區將沿河西走廊建設千萬千瓦級風電基 地，其遠離負荷中心，大規模風電併網情況下風電的高效經濟送出和電網的安全穩定運行 已經成為制約西北地區風電發展的兩大技術難題。風力發電具有間歇性、波動性和隨機性 的特點。風電場出力變化較大，風電功率波動使西北750kV輸電通道上無功波動頻繁，無功 電壓控制困難並導致了電壓穩定問題，增加了西北電網調度運行的難度，限制過電壓和無 功補償矛盾突出。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 統的無功調節、過電壓抑制提出了較高的要求，存在限制過電壓和無功調節之間矛盾難以 協調的問題。可控並聯電抗器作為提高系統調控靈活性的有效手段，可有效解決750kV風電送 出通道以及特高壓輸電線路無功補償和電壓控制的問題，提高電壓穩定性水平和暫態運行 極限，降低線路輸送損耗，平衡無功分布，並可以有效減輕調度運行的壓力，是實現750kV 以及特高壓輸電通道高效經濟運行的重要工具。目前，在我國750kV輸電系統和特高壓輸電系統中還沒有可控並聯電抗器裝置投 入使用。國內外也沒有本發明提出的採用閥串聯配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置 投入超高壓/特高壓電網應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型分級式可控並聯電 抗器裝置，解決我國750kV風電送出通道以及特高壓輸電線路無功補償和限制過電壓之間 的矛盾，提高電壓穩定性水平和暫態運行極限，降低線路輸送損耗，平衡無功分布，減輕調 度運行的壓力，並配合中性點電抗器限制潛供電流。本發明提供了採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置。本裝置特 別適合於容量調節頻繁的750kV電網和特高壓系統。提供的一種採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置，其本體採用 變壓器結構，根據需求可設計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 側繞組接成「Y」型，直接接到高壓電網上，中性點短接後經電抗器接地。三相低壓側繞組首 端分別經套管引出，低壓側繞組末端直接接地。低壓側首、末端之間配置晶間管閥、容量配 置電抗器、斷路器串聯電抗器、旁路斷路器。各晶閘管閥組採用串聯結構形式，並分別與相 應的容量配置電抗器並聯。旁路斷路器與斷路器串聯電抗器串聯，配置於低壓側繞組首、末 端之間。
裝置無功輸出和容量調節通過控制晶閘管閥的導通情況實現。根據系統無功補償 的不同需求，晶閘管閥的控制方式可採用電流過零投切或相位控制兩種方式。當採用晶閘管閥電流過零投切方式時，由於容量配置電抗器的分壓作用為相應晶 閘管閥提供取能和開通電壓，因此通過控制相應晶閘管閥電流過零實現輸出容量的分級調 節，對系統無衝擊；在系統發生暫態故障時，控制所有晶閘管閥在電流過零時快速投切導通 或關合旁路斷路器使輸出迅速達到最大輸出容量，可有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。當採用晶閘管閥相位控制的方式時，容量配置電抗器的分壓作用為相應晶閘管閥 提供取能和開通電壓。通過控制晶閘管閥的導通角，實現輸出無功功率的平滑、快速調節； 在系統發生暫態故障時，控制各晶閘管閥的導通角或關合旁路斷路器使輸出迅速達到最大 輸出容量，有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。本發明的有益效果是①採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器，特別適合於頻繁調節的超 /特高壓輸電系統，可有效解決限制過電壓和無功補償之間的矛盾，並配合中性點電抗器限 制潛供電流；②採用各晶閘管閥串聯並分別與相應的容量配置電抗器並聯的結構形式，容量配 置電抗器的分壓作用為相應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節 可通過控制晶閘管閥的導通實現；③容量調節過程可選擇採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，調節方式簡單，響應迅速，對系統無衝擊。選用晶閘管閥相位控制 方式時，通過控制晶閘管閥的導通角，實現輸出無功功率的快速、平滑調節；④整個穩態調節過程沒有斷路器參與，完全依靠晶間管閥完成，頻繁調節不影響 斷路器的使用壽命。暫態控制由晶閘管閥或斷路器實現，響應迅速，可有效限制工頻過電壓 和操作過電壓。技術的新穎性兩北750kV風電外送通道和IOOOkV特高壓輸電系統具有電壓等級高、充電無功 大、限制過電壓和無功補償矛盾突出、無功電壓控制難度大等問題，目前還沒有可控並聯電 抗器裝置投入使用。本發明提供的採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置 適用於無功電壓波動頻繁的750kV風電外送通道和IOOOkV輸電系統。此外，目前在超高壓 輸電系統(500kV和330kV輸電系統)中也沒有本發明提供的採用閥串聯型配置的晶閘管 閥控型可控並聯電抗器裝置投入應用。技術的創造性(1)本發明提供的採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器採用各晶閘 管閥相串聯的結構形式，各晶閘管閥端間並聯有容量配置電抗器。由於容量配置電抗器的 分壓作用，可為並聯的晶閘管閥提供取能和開通電壓，因此裝置容量的調節完全通過控制 晶閘管閥導通實現。目前國內、外投入工程應用的可控並聯電抗器沒有採用此種結構形式。(2)晶閘管閥的控制方式可根據需求採用電流過零投切或相位控制。當採用晶閘 管閥電流過零投切方式時，容量分級調節過程完全依靠晶間管閥電流過零投切完成，響應 速度快，對系統無衝擊；當採用晶閘管閥相位控制方式時，通過控制晶閘管閥的導通角，實 現輸出無功功率的快速、平滑調節。整個容量調節過程不需要斷路器參與，適合於頻繁調節的場合。(3)與目前國內、外已投運的唯一 1臺分級式可控並聯電抗器--昕州500kV分級
式可控並聯電抗器裝置相比所提出的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置的晶閘管閥根據 系統無功補償的不同要求可選擇採用過零投切或相位控制兩種方式；容量調節過程完全依 靠控制晶閘管閥導通情況實現，響應速度可達10ms，避免了忻州裝置的容量分級調節過程 中出現的瞬間容量跌落現象，解決了採用斷路器不能實現容量頻繁調節的問題。技術的實用性(1)所提出的採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置，容量配置 電抗器的分壓作用為並聯的晶閘管閥提供取能和開通電壓，裝置容量的調節完全通過控制 晶閘管閥實現。根據無功補償的不同需求，晶閘管閥的控制方式可採用電流過零投切或相 位控制①當採用晶閘管閥電流過零投切方式時，容量分級調節過程完全依靠晶閘管閥電 流過零投切完成，響應速度快，對系統無衝擊；②當採用晶閘管閥相位控制方式時，通過控制晶閘管閥的導通角，實現輸出無功 功率的快速、平滑調節；(2)西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統無功波動頻繁，無功電壓控制困難，對 可控並聯電抗器的調節頻度要求很高。所提出的採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並 聯電抗器裝置，適合於頻繁調節，特別適用於西北750kV輸電通道和特高壓輸電系統，有較 好的工程實用前景。


下面結合附圖對本發明進一步說明。附圖1是採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置一種典型接線 的原理圖。
具體實施例方式本發明提供的採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器可用作線路可 控並聯電抗器和母線可控並聯電抗器兩種工作方式。用作線路可控並聯電抗器時，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 力和系統穩定性；用作母線可控並聯電抗器時，通過調節輸出無功，確保母線電壓的穩定。附圖1展示了一種採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置的典 型原理接線圖。採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器本體採用變壓器結構， 根據需求可設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓側繞組接成 「Y」型，直接接到高壓電網上，中性點短接後經電抗器接地。三相低壓側繞組首端分別經套 管引出，低壓側繞組末端直接接地。低壓側首、末端之間配置晶間管閥、容量配置電抗器、斷 路器串聯電抗器、旁路斷路器。各晶閘管閥組採用串聯結構形式，並分別與相應的容量配置 電抗器並聯。旁路斷路器與斷路器串聯電抗器串聯，配置於低壓側繞組首、末端之間。裝置無功輸出和容量調節通過控制晶閘管閥的導通情況實現。根據系統無功補償 的不同需求，晶閘管閥的控制方式可採用電流過零投切或相位控制兩種方式。下面針對晶
5閘管閥採用電流過零投切和相位控制兩種不同方式分別闡述相應的工作過程。(1)晶閘管閥採用電流過零投切方式裝置容量的分級調節採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，根據分級數來確定晶閘管閥數量。附圖1以等分4級容量(25^^50^^75%, 100% 4個容量級)為例，示出了等分4級容量時的三相原理接線圖。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%四個容量級。對於A相，a端 為可控電抗器低壓側首端，χ端為可控電抗器低壓側末端，Xal、Xa2、Xa3、Xa4為A相容量配 置電抗器，Xal、Xa2、Xa3端間分別並聯閥組Tal、Ta2、Ta3 ；Da為A相旁路斷路器，Xall為 A相斷路器串聯電抗器，Da與fell串聯後連接於低壓側首、末兩端。同理，)(bl、)(b2、)(b3、 Xb4為B相容量配置電抗器，XbUXb2ab3端間分別並聯閥組Tbl、Tb2、Tb3 ；Db為B相旁路 斷路器，Xbll為B相斷路器串聯電抗器del、Xc2, Xc3, Xc4為C相容量配置電抗器，XcU Xc2, Xc3端間分別並聯閥組Tel、Tc2、Tc3 ；Dc為C相旁路斷路器，kll為C相斷路器串聯 電抗器。以A相為例闡述裝置工作於各容量級時晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3的狀態，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全部導通時，裝置 運行於100%容量級；當控制晶閘管閥Ta2、Ta3導通，Tal閉鎖時，裝置運行於75%容量級； 當控制晶閘管閥Ta3導通，Tal、Ta2閉鎖時，裝置運行於50%容量級；當控制晶閘管閥Tal、 Ta2、Ta3全部閉鎖時，裝置運行於25%容量級。裝置容量與晶閘管閥控對應關係如表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——表示導通。裝置容量的分級調節過程通過控制相應晶閘管閥電流過零投切的方式實現，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，容量配置電抗器的分壓作用為其端間並聯的晶閘管閥 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採用電流過零投切的方式完成容量的分級調節；②在容量從大到小切換時，根據控制要求在電流過零點處關斷相應晶閘管閥，將 與之並聯的電抗器投入主電路。以圖1中100%容量級向75%容量級切換為例發晶閘管 閥Tal關斷命令，使其在Tal電流過零時關斷；③當系統發生故障時，控制晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3開通，使可控並聯電抗器迅速 達100%輸出容量。當可控並聯電抗器本體高壓側發生近區故障時，閥基電子單元(VBE)無 法有效取能，對應的閥組不能觸發開通，此時可通過關合旁路斷路器Da的方式，將輸出容量調至100%，有效抑制工頻過電壓和操作過電壓；④由於裝置基本為純感性元件，流過晶閘管閥的電流過零點與晶閘管閥兩端電壓 峰值點基本重合，因此可通過檢測晶閘管閥兩端電壓的峰值點來確定電流的過零點。(2)晶閘管閥採用相位控制方式當晶閘管閥採用相位控制的方式時，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相相同由於容量配置電抗器)(bl、)(b2、)(b3的分壓作用，因此可通過控制 晶閘管閥Tal、Ta2、Ta3的導通角，實現可控並聯電抗器輸出無功的連續、平滑調節；當系統 發生故障時，控制對應的晶閘管閥的觸發角，使可控並聯電抗器迅速達100%輸出容量。當 可控並聯電抗器本體高壓側發生近區故障時，閥基電子單元(VBE)無法有效取能，對應的 閥組不能觸發開通，此時可通過關合旁路斷路器Da的方式，將輸出容量調至100%，有效抑 制工頻過電壓和操作過電壓。採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器，其整個穩態調節過程沒有斷 路器參與，完全依靠晶閘管閥完成，頻繁調節不影響斷路器的使用壽命。暫態控制由晶閘管 閥或斷路器實現，響應迅速，可有效限制工頻過電壓和操作過電壓。此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來 說在不脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅 是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1.一種採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置，其特徵在於電抗器本 體採用變壓器結構，可控並聯電抗器本體採用高短路阻抗形式構成，即通過加大變壓器的 漏抗，將變壓器和電抗器合於一體，或採用普通變壓器再外接電抗器的形式構成。
2.如權利要求1所述的可控並聯電抗器裝置，其特徵在於高壓側繞組三相接成「Y」型， 直接接到高壓電網上，中性點短接後經電抗器接地；三相低壓側結構完全相同，各相繞組 首端分別經套管引出，低壓側繞組末端直接接地，低壓側繞組的首、末端之間連接有晶閘管 閥、容量配置電抗器、斷路器串聯電抗器和斷路器；各晶閘管閥組採用串聯結構形式，並分 別與相應的容量配置電抗器並聯。
3.如權利要求1或2所述的可控並聯電抗器裝置，其特徵在於通過採用晶閘管閥電流 過零投切或相位控制的方式實現無功輸出容量的調節。
4.如權利要求3所述的可控並聯電抗器裝置，其特徵在於當所述可控並聯電抗器採 用晶閘管閥電流過零投切方式時，由於容量配置電抗器的分壓作用為相應晶閘管閥提供取 能和開通電壓；通過控制晶閘管閥電流過零投切實現輸出容量的分級調節，對系統無衝擊； 在系統發生暫態故障時，控制所有晶間管閥在電流過零時快速投切導通或關合旁路斷路器 使輸出迅速達到最大輸出容量，從而有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。
5.如權利要求4所述的可控並聯電抗器裝置，其特徵在於當所述的可控並聯電抗器採 用晶閘管閥相位控制的方式時，由於容量配置電抗器的分壓作用為相應晶閘管閥提供取能 和開通電壓；通過控制晶閘管閥的導通角，實現輸出無功功率的平滑、快速調節；在系統發 生暫態故障時，控制晶閘管閥的導通角或關合旁路斷路器使輸出迅速達到最大輸出容量， 有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。
全文摘要
本發明涉及一種採用閥串聯型配置的晶閘管閥控型可控並聯電抗器裝置，其本體採用變壓器結構，根據需求可設計為高短路阻抗形式或普通變壓器外接電抗器形式。三相高壓側繞組接成「Y」型，直接接到高壓電網上，中性點短接後經電抗器接地；三相低壓側結構完全相同，低壓側各相繞組的首、末端之間連接有晶閘管閥、容量配置電抗器、斷路器串聯電抗器和斷路器；各晶閘管閥組採用串聯結構形式，並分別與相應的容量配置電抗器並聯。由於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採用電流過零投切或相位控制兩種方式，滿足系統無功補償的不同要求。
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 優先權日2010年12月30日
發明者周吉安, 張帆, 張振環, 徐桂芝, 李向群, 武守遠, 胡來林, 鄧佔鋒, 雷晰 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司, 甘肅省電力公司