專利名稱：一種超特高壓柔性并聯(lián)電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種超特高壓柔性并聯(lián)電抗器，可應(yīng)用于并 聯(lián)電抗器的設(shè)計(jì)制造和建?？刂啤?br> 背景技術(shù)：
中國將在甘肅、江蘇、內(nèi)蒙、河北等地建設(shè)7個(gè)千萬千瓦級(jí)的風(fēng)電基地，打造“風(fēng)電 三峽工程”；大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電基地將在西北地區(qū)建設(shè)，新能源基地的電能將通過超高 壓線路長距離輸送。但是，風(fēng)電、太陽能發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性的特征，甘肅酒泉風(fēng)電基 地已運(yùn)行的50多萬KW風(fēng)電，每分鐘基地出力變化率在1. 5 %之內(nèi)的概率在99 %左右，南方 城市的實(shí)測數(shù)據(jù)顯示太陽能每分鐘功率變化達(dá)到70%的額定功率。電源的不確定性，對(duì) 系統(tǒng)的電力平衡、無功和電壓控制都帶來了巨大的挑戰(zhàn)。新能源的這些特點(diǎn)，客觀上要求電 網(wǎng)通過技術(shù)創(chuàng)新，來適應(yīng)各類能源接入和送出的傳輸需要。采用超/特高壓長距離輸電，可提高線路的輸電能力，但由于交流輸電線路巨大 的容性充電功率，不同地區(qū)水、火電比重不同而導(dǎo)致的系統(tǒng)潮流變化加劇，以及有限的絕緣 裕度，給電網(wǎng)系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)、過電壓抑制提出了較高的要求，使線路的電壓調(diào)整和控制難 度加大。超特高壓可控并聯(lián)電抗器(controlled shunt reactor，CSR)，具有控制靈活、響應(yīng) 時(shí)間快等特點(diǎn)，不僅可以平滑的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償線路充電功率、簡化系統(tǒng)無 功電壓控制，實(shí)現(xiàn)真正的柔性輸電，還可以抑制工頻和操作過電壓，降低線路損耗，抑制潛 供電流，消除發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁以及阻尼系統(tǒng)諧振等多方面功能，從而大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和安全性，滿足超特高壓電網(wǎng)穩(wěn)定、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。因此，可控電抗器是超/特高 壓電網(wǎng)中至關(guān)重要的無功補(bǔ)償裝置，有非常廣闊的應(yīng)用前景。超特高壓電網(wǎng)中應(yīng)用的可控 高抗主要分兩種一種是磁控式的，可以平滑調(diào)節(jié)，但速度較慢；另一種是分級(jí)投切式的， 可以快速投入無功補(bǔ)償，但精度不足。本發(fā)明兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)，既能夠快速投入，又能夠在 一定范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，具有更大的靈活性，能夠適應(yīng)新能源輸電線路的動(dòng)態(tài)功率變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種超特高壓柔性并聯(lián)電抗器，可應(yīng)用于并聯(lián)電抗器的設(shè)計(jì)制造和 建模。該設(shè)計(jì)使得超特高壓并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)既能實(shí)現(xiàn)快速分級(jí)調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn)一定范 圍內(nèi)的平滑精確調(diào)節(jié)。使得超特高壓線路的無功補(bǔ)償兼顧快速和準(zhǔn)確性，具有更大的靈活 性，能適應(yīng)電力系統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)變化。本發(fā)明的一種新型柔性并聯(lián)電抗器裝置，將變壓器、磁控電抗器和分級(jí)投切電抗 器構(gòu)成體化裝置，使得超特高壓并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)既能實(shí)現(xiàn)快速分級(jí)調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn)一 定范圍內(nèi)的平滑精確調(diào)節(jié)；使得超特高壓線路的無功補(bǔ)償兼顧快速和準(zhǔn)確性，適應(yīng)電力系 統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)變化，以及新能源功率的間歇性變化，從而有效抑制工頻過電壓和操作過電壓。其中，單相接線包括變壓器Tl、磁控電抗器Xmc、磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分DC、
4電抗器XI，X2，X3、晶閘管組Fl，F(xiàn)2，F(xiàn)3和斷路器Kl，K2，K3 ；變壓器Tl低壓側(cè)的容量配置 電抗器串聯(lián)磁控電抗器Xmc，再與電抗器XI、X2、X3從上到下串聯(lián)后接地，其串聯(lián)電抗的總 電抗最大值是Xmc+Xl+X2+X3 ；磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分DC通過磁耦合與磁控電抗器Xmc 連接；晶閘管組Fl和斷路器Kl并聯(lián)組成第一復(fù)合開關(guān)，第一復(fù)合開關(guān)并聯(lián)在電抗器Xl遠(yuǎn) 地點(diǎn)到接地之間；晶閘管組F2和斷路器K2并聯(lián)組成第二復(fù)合開關(guān)，第二復(fù)合開關(guān)并聯(lián)在電 抗器X2遠(yuǎn)地點(diǎn)到接地之間；晶閘管組F3和斷路器K3組成第三復(fù)合開關(guān)，第三復(fù)合開關(guān)并 聯(lián)在電抗器X3遠(yuǎn)地點(diǎn)到接地之間；所述柔性并聯(lián)電抗器裝置的高壓側(cè)繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓電力網(wǎng)絡(luò) S上，中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器GO接地；三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，連接磁控電抗 器Xmc和分級(jí)的電抗器XI，X2，X3，低壓側(cè)繞組末端直接接地；每個(gè)晶閘管組組與對(duì)應(yīng)的容 量配置電抗器串聯(lián)構(gòu)成晶閘管組F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3的支路，各晶閘管組的支路并聯(lián)連接，配置于低 壓側(cè)的電抗器XI，X2，X3與地端之間。其中，當(dāng)系統(tǒng)傳輸容量波動(dòng)劇烈，電壓變化幅度大的時(shí)候，首先調(diào)節(jié)斷路器K1，K2， Κ3，快速投入無功補(bǔ)償容量，保證無功補(bǔ)償?shù)乃俣龋蝗缓笳{(diào)節(jié)磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分 DC，改變磁控電抗器Xmc的飽和程度，從而改變磁控電抗器Xmc的投入容量，從而改變總體 投入系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的調(diào)節(jié)精度；當(dāng)系統(tǒng)傳輸容量波形平緩，電壓變化幅度 較小的時(shí)候，在當(dāng)前容量范圍內(nèi)，不改變斷路器Kl，Κ2，Κ3的狀態(tài)，小幅度調(diào)節(jié)磁控電抗器 的直流勵(lì)磁部分DC，改變磁控電抗器Xmc的飽和程度，從而改變磁控電抗器Xmc的投入容 量，從而改變總體投入系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的調(diào)節(jié)精度。其中，該柔性并聯(lián)電抗器裝置兼有平滑調(diào)節(jié)和分級(jí)投切的互補(bǔ)的功能；其中變壓 器結(jié)構(gòu)部分，可采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，即通過加大變壓器的漏抗，將變壓器和電抗 器合于一體構(gòu)成，或采用普通變壓器再外接電抗器的形式構(gòu)成，或者直接采用普通變壓器， 沒有外接電抗；其平滑調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)在于磁控電抗器Xmc部分的投入容量可通過調(diào)節(jié)磁控電抗器 的直流勵(lì)磁部分DC，改變磁控電抗器Xmc的飽和程度，從而改變磁控電抗器Xmc的投入 容量；分級(jí)投切的實(shí)現(xiàn)是通過第一、第二和第三復(fù)合開關(guān)的快速開斷或閉合來實(shí)現(xiàn)電抗器 Χ1、Χ2、Χ3的投入，其控制策略是第一復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，投入系統(tǒng)感抗Xt = Xfflc ；第二復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，第一復(fù)合開關(guān)斷開，投入系統(tǒng)感抗Xt = Xffl^X1 ；第三復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，第一復(fù)合開關(guān)和第二復(fù)合開關(guān)都斷開，投入系統(tǒng)感抗Xt =
Xmc+Xl+X2 ；第一復(fù)合開關(guān)、第二復(fù)合開關(guān)、第三復(fù)合開關(guān)都斷開時(shí)候，投入系統(tǒng)感抗Xt = XfflC+X1+X2+X3 ；平滑調(diào)節(jié)和快速分級(jí)投切的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于該柔性并聯(lián)電抗器裝置的結(jié) 構(gòu)使得磁控電抗器Xmc是串聯(lián)在每一級(jí)電抗器XI，X2，X3之上的，無論電抗器XI，X2，X3的 哪一級(jí)投入系統(tǒng)，磁控電抗器Xmc都會(huì)在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行投入容量的平滑調(diào)節(jié)；各級(jí)電抗 器在低壓側(cè)連接的結(jié)構(gòu)，以及各級(jí)電抗串聯(lián)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，既可降低磁控電抗器Xmc和電抗 器Xl、X2、X3的容量要求，減少電抗器的投資成本，又可實(shí)現(xiàn)分壓，降低晶閘管組Fl、F2、F3 和斷路器Kl、K2、K3的各級(jí)耐壓要求，從而減少晶閘管組和開關(guān)的損壞成本，從而降低設(shè)備總體成本，提高設(shè)備使用年限和可靠性。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償領(lǐng)域，提出了一種柔性并聯(lián)電抗器裝置。該設(shè)計(jì)使 得超特高壓并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)既能實(shí)現(xiàn)快速分級(jí)調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn)一定范圍內(nèi)的平滑精確 調(diào)節(jié)。使得超特高壓線路的無功補(bǔ)償兼顧快速和準(zhǔn)確性，具有更大的靈活性，能適應(yīng)電力系 統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)變化。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是依據(jù)本發(fā)明的超特高壓柔性并聯(lián)電抗器的單相結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是依據(jù)本發(fā)明的超特高壓柔性并聯(lián)電抗器的三相結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式依據(jù)本發(fā)明的超特高壓柔性并聯(lián)電抗器主要由附圖1來說明，附圖1是單相圖， 其包括變壓器部分、變壓器低壓側(cè)的容量配置電抗器、晶間管組、斷路器和斷路器串聯(lián)電抗 器、磁控電抗器、磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分；最左側(cè)Tl是變壓器，變壓器左邊是高壓側(cè)， 右邊是低壓側(cè)，Xrnc是磁控式電抗器，采用直流勵(lì)磁，根據(jù)調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁的飽和度來調(diào)節(jié)輸 出容量；XI，X2，X3是分級(jí)投切電抗器，通過第一復(fù)合開關(guān)、第二復(fù)合開關(guān)、第三復(fù)合開關(guān)來 分級(jí)改變投入容量。本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得Xmc是串聯(lián)在每一級(jí)XI，X2，X3之上的，無論 XI，X2，X3哪一級(jí)投入系統(tǒng)，Xmc都會(huì)在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行投入容量的平滑調(diào)節(jié)。第一復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，投入系統(tǒng)感抗Xt = Xfflc ；第二復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，第一復(fù)合開關(guān)斷開，投入系統(tǒng)感抗Xt = Xffl^X1 ；第三復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，第一復(fù)合開關(guān)和第二復(fù)合開關(guān)都斷開，投入系統(tǒng)感抗Xt =
Xmc+Xl+X2 ；第一復(fù)合開關(guān)、第二復(fù)合開關(guān)、第三復(fù)合開關(guān)都斷開時(shí)候，投入系統(tǒng)感抗Xt = XfflC+X1+X2+X3 ；本發(fā)明的柔性并聯(lián)電抗器裝置，其主要?jiǎng)?chuàng)新在于兼有平滑調(diào)節(jié)和分級(jí)投切的互 補(bǔ)。其中變壓器結(jié)構(gòu)部分，可以采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)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構(gòu)成，或采用普通變壓器再外接電抗器的形式構(gòu)成，或者直接 采用普通變壓器，沒有外接電抗。這都不區(qū)別于本發(fā)明的創(chuàng)新性，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。如附圖2所示，所述柔性并聯(lián)電抗器高壓側(cè)繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓網(wǎng) 絡(luò)上，中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器GO接地；三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，連接磁控電 抗器和分級(jí)的電抗器，低壓側(cè)繞組末端直接接地；每個(gè)晶間管組組與對(duì)應(yīng)的容量配置電抗 器串聯(lián)構(gòu)成閥支路，各閥支路并聯(lián)連接，配置于低壓側(cè)的分級(jí)電抗器與地端之間。工作方式和控制策略是當(dāng)系統(tǒng)傳輸容量波動(dòng)劇烈，電壓變化幅度大的時(shí)候，首先 調(diào)節(jié)復(fù)合開關(guān)Kl，K2，K3，快速投入無功補(bǔ)償容量，保證無功補(bǔ)償?shù)乃俣?；然后調(diào)節(jié)直流勵(lì) 磁，改變Xmc的飽和程度，從而改變Xmc的投入容量，從而改變總體投入系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容 量，實(shí)現(xiàn)一定的調(diào)節(jié)精度。
當(dāng)系統(tǒng)傳輸容量波形平緩，電壓變化幅度較小的時(shí)候，可以在當(dāng)前容量范圍內(nèi)，不 動(dòng)復(fù)合開關(guān)，小幅度調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁，改變Xmc的飽和程度，從而改變Xmc的投入容量，從而改 變總體投入系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量，實(shí)現(xiàn)一定的調(diào)節(jié)精度。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)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(duì)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
1.一種新型柔性并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于將變壓器、磁控電抗器和分級(jí)投切電抗 器構(gòu)成一體化裝置，使得超特高壓并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)既能實(shí)現(xiàn)快速分級(jí)調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn) 一定范圍內(nèi)的平滑精確調(diào)節(jié)；使得超特高壓線路的無功補(bǔ)償兼顧快速和準(zhǔn)確性，適應(yīng)電力 系統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)變化，以及新能源功率的間歇性變化，從而有效抑制工頻過電壓和操作過 電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的柔性并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于單相接線包括變壓器Tl、磁控電抗器Xmc、磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分DC、電抗器XI， X2，X3、晶閘管組Fl，F(xiàn)2，F(xiàn)3和斷路器Kl，K2，K3 ；變壓器Tl低壓側(cè)的容量配置電抗器串聯(lián) 磁控電抗器Xmc，再與電抗器XI、X2、X3從上到下串聯(lián)后接地，其串聯(lián)電抗的總電抗最大值 是Xmc+Xl+X2+X3 ；磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分DC通過磁耦合與磁控電抗器Xmc連接；晶閘 管組Fl和斷路器Kl并聯(lián)組成第一復(fù)合開關(guān)，第一復(fù)合開關(guān)并聯(lián)在電抗器Xl遠(yuǎn)地點(diǎn)到接地 之間；晶閘管組F2和斷路器K2并聯(lián)組成第二復(fù)合開關(guān)，第二復(fù)合開關(guān)并聯(lián)在電抗器X2遠(yuǎn) 地點(diǎn)到接地之間；晶閘管組F3和斷路器K3組成第三復(fù)合開關(guān)，第三復(fù)合開關(guān)并聯(lián)在電抗器 X3遠(yuǎn)地點(diǎn)到接地之間；所述柔性并聯(lián)電抗器裝置的高壓側(cè)繞組三相接成“Y”型，直接接到高壓電力網(wǎng)絡(luò)S上， 中性點(diǎn)短接后經(jīng)電抗器GO接地；三相低壓側(cè)繞組首端分別經(jīng)套管引出，連接磁控電抗器 Xmc和分級(jí)的電抗器XI，X2，X3，低壓側(cè)繞組末端直接接地；每個(gè)晶閘管組組與對(duì)應(yīng)的容量 配置電抗器串聯(lián)構(gòu)成晶閘管組F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3的支路，各晶閘管組的支路并聯(lián)連接，配置于低壓 側(cè)的電抗器XI，X2，X3與地端之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的柔性并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于當(dāng)系統(tǒng)傳輸容量波動(dòng)劇 烈，電壓變化幅度大的時(shí)候，首先調(diào)節(jié)斷路器Kl，K2，K3，快速投入無功補(bǔ)償容量，保證無功 補(bǔ)償?shù)乃俣?；然后調(diào)節(jié)磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分DC，改變磁控電抗器Xmc的飽和程度，從 而改變磁控電抗器Xmc的投入容量，從而改變總體投入系統(tǒng)的無功補(bǔ)償容量，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的 調(diào)節(jié)精度；當(dāng)系統(tǒng)傳輸容量波形平緩，電壓變化幅度較小的時(shí)候，在當(dāng)前容量范圍內(nèi)，不改 變斷路器Kl，K2，K3的狀態(tài)，小幅度調(diào)節(jié)磁控電抗器的直流勵(lì)磁部分DC，改變磁控電抗器 Xmc的飽和程度，從而改變磁控電抗器Xmc的投入容量，從而改變總體投入系統(tǒng)的無功補(bǔ)償 容量，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的調(diào)節(jié)精度。
4.如權(quán)利要求3所述的柔性并聯(lián)電抗器裝置，其特征在于該柔性并聯(lián)電抗器裝置兼有 平滑調(diào)節(jié)和分級(jí)投切的互補(bǔ)的功能；其中變壓器結(jié)構(gòu)部分，可采用高短路阻抗結(jié)構(gòu)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構(gòu)成，或采用普通變壓器再外接 電抗器的形式構(gòu)成，或者直接采用普通變壓器，沒有外接電抗；其平滑調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)在于磁控電抗器Xmc部分的投入容量可通過調(diào)節(jié)磁控電抗器的直 流勵(lì)磁部分DC，改變磁控電抗器Xmc的飽和程度，從而改變磁控電抗器Xmc的投入容量；分 級(jí)投切的實(shí)現(xiàn)是通過第一、第二和第三復(fù)合開關(guān)的快速開斷或閉合來實(shí)現(xiàn)電抗器X1、X2、X3 的投入，其控制策略是第一復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，投入系統(tǒng)感抗Xt = Xfflc ；第二復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，第一復(fù)合開關(guān)斷開，投入系統(tǒng)感抗Xt = XmJX1 ；第三復(fù)合開關(guān)閉合時(shí)，第一復(fù)合開關(guān)和第二復(fù)合開關(guān)都斷開，投入系統(tǒng)感抗Xt =Xmc+Xl+X2 ；第一復(fù)合開關(guān)、第二復(fù)合開關(guān)、第三復(fù)合開關(guān)都斷開時(shí)候，投入系統(tǒng)感抗xt = XfflC+X1+X2+X3 ；平滑調(diào)節(jié)和快速分級(jí)投切的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于該柔性并聯(lián)電抗器裝置的結(jié)構(gòu)使 得磁控電抗器Xmc是串聯(lián)在每一級(jí)電抗器XI，X2，X3之上的，無論電抗器XI，X2，X3的哪一 級(jí)投入系統(tǒng)，磁控電抗器Xmc都會(huì)在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行投入容量的平滑調(diào)節(jié)；各級(jí)電抗器在 低壓側(cè)連接的結(jié)構(gòu)，以及各級(jí)電抗串聯(lián)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，既可降低磁控電抗器Xmc和電抗器XI、 X2、X3的容量要求，減少電抗器的投資成本，又可實(shí)現(xiàn)分壓，降低晶閘管組F1、F2、F3和斷路 器ΚΙ、K2、K3的各級(jí)耐壓要求，從而減少晶閘管組和開關(guān)的損壞成本，從而降低設(shè)備總體成 本，提高設(shè)備使用年限和可靠性。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種超特高壓柔性并聯(lián)電抗器，可應(yīng)用于并聯(lián)電抗器的設(shè)計(jì)制造和建模。該設(shè)計(jì)使得超特高壓并聯(lián)電抗器的調(diào)節(jié)既能實(shí)現(xiàn)快速分級(jí)調(diào)節(jié)，又能夠?qū)崿F(xiàn)一定范圍內(nèi)的平滑精確調(diào)節(jié)。使得超特高壓線路的無功補(bǔ)償兼顧快速和準(zhǔn)確性，具有更大的靈活性，能適應(yīng)電力系統(tǒng)的功率動(dòng)態(tài)變化。
文檔編號(hào)H02P13/00GK102130458SQ20111004948
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者鄭偉杰 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院