一種statcom靜止無功補償裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種STATCOM靜止無功補償裝置，其中，該裝置包括電壓源換流器，電壓源換流器為具有關斷能力的器件組成的交直流轉化設備，電壓源換流器電性連接至連接電抗器、直流電容器與光學電流互感器，用于根據光學電流互感器回傳的數據調節(jié)交流側輸出電壓的幅值和相位，使裝置吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流；光學電流互感器，光學電流互感器并聯(lián)至連接電抗器與電網系統(tǒng)，用于檢測電網系統(tǒng)中的電流交流分量與直流分量，并將檢測到的數據傳送到電壓源換流器。
【專利說明】—種STATCOM靜止無功補償裝置

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子電路技術，特別地，涉及一種STATCOM靜止無功補償裝置。

【背景技術】
[0002]靜止同步補償器(StaticSynchronous Compensator,下文中簡寫為 STATCOM)靜止無功補償裝置通常用于提供動態(tài)無功補償和穩(wěn)定電壓。在STATCOM靜止無功補償裝置工作時，需要對系統(tǒng)電流量進行采集與檢測。若采集電流中含有直流分量，則需要采集并提取輸出電流的直流分量，并通過控制措施加以抑制。現(xiàn)有技術中，在高電壓、大電流、強功率的電力系統(tǒng)中測量電流的常規(guī)技術是采用以電磁感應原理作為基礎的電流互感器，如霍爾元件、傳統(tǒng)電流互感器、直流電流互感器、羅氏線圈等。然而，這些電流采集元件各自都存在一些缺點:霍爾元件需要高電位的控制電源，存在零漂，無法準確測量直流量；傳統(tǒng)電流互感器只能測量交流量，無法檢測直流量；直流電流互感器只能測量直流量，無法檢測交流量；羅氏線圈無法準確測量直流量。
[0003]針對現(xiàn)有技術中STATCOM靜止無功補償裝置內任意一種電流互感器的動態(tài)測量范圍小、頻帶窄、易受電磁干擾、故障電流下鐵心易磁飽和、存在磁滯現(xiàn)象、無法測量直流分量等缺點不能同時避免的問題，目前尚未有有效的解決方案。


【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術中STATCOM靜止無功補償裝置內任意一種電流互感器的動態(tài)測量范圍小、頻帶窄、易受電磁干擾、故障電流下鐵心易磁飽和、存在磁滯現(xiàn)象、無法測量直流分量等缺點不能同時避免的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種STATCOM靜止無功補償裝置，能夠使用體積小、成本低、絕緣性好、動態(tài)測量范圍大且可同時采集電流的直流分量與交流分量的電流互感器更好的采集系統(tǒng)電流，為系統(tǒng)提供高質量的動態(tài)無功補償和穩(wěn)定電壓。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明提供的技術方案如下:
[0006]根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種STATCOM靜止無功補償裝置。
[0007]根據本發(fā)明提供的STATCOM靜止無功補償裝置包括電壓源換流器，電壓源換流器為具有關斷能力的器件組成的交直流轉化設備，電壓源換流器電性連接至連接電抗器、直流電容器與光學電流互感器，用于根據光學電流互感器回傳的數據調節(jié)交流側輸出電壓的幅值和相位，使裝置吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流；直流電容器，直流電容器與進線開關回路串連，直流電容器為電壓源換流器的儲能原件，用于將直流側電壓轉換成與電網系統(tǒng)同頻率的交流電壓；進線開關回路，進線開關回路與直流電容器串連，用于控制直流電容器的工作狀態(tài)；連接電抗器，連接電抗器并聯(lián)至電壓源換流器與光學電流互感器，用于為電壓源換流器提供匹配的電抗；光學電流互感器，光學電流互感器并聯(lián)至連接電抗器與電網系統(tǒng)，用于檢測電網系統(tǒng)中的電流交流分量與直流分量，并將檢測到的數據傳送到電壓源換流器。
[0008]其中，光學電流互感器為無源器件，光學電流互感器可以是光學玻璃型電流互感器或全光纖電流互感器。
[0009]進一步地，光學電流互感器可以是光學玻璃型電流互感器；使用雙正交反射方案消除光在反射過程中引入的反射相移，其中，雙正交反射方案為在光路中每個反射點處用兩次反射代替原來的一次反射。
[0010]同時，光學電流互感器也可以是為全光纖電流互感器；每個STATCOM靜止無功補償裝置中包括三組相同的電路，每組電路用于測量三相換流鏈輸出電流中的一相，每組電路均包括一個全光纖電流互感器，每一個全光纖電流互感器均設置與耦合器串連。
[0011 ] 從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的技術方案通過使用光學電流互感器替代一般的電磁式電流互感器，解決了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器動態(tài)測量范圍小、頻帶窄、易受電磁干擾、故障電流下鐵心易磁飽和、存在磁滯現(xiàn)象、無法測量直流分量等缺點不能同時避免的問題，能夠使用體積小、成本低、絕緣性好、動態(tài)測量范圍大且可同時采集電流的直流分量與交流分量的電流互感器更好的采集系統(tǒng)電流，為系統(tǒng)提供高質量的動態(tài)無功補償和穩(wěn)定電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1為根據本發(fā)明實施例的STATCOM靜止無功補償裝置的結構框圖；
[0014]圖2為根據本發(fā)明實施例的STATCOM靜止無功補償裝置中光學玻璃型電流互感器使用的雙正交反射方案的光路原理圖；
[0015]圖3為根據本發(fā)明實施例的STATCOM靜止無功補償裝置中全光纖電流互感器的工作原理圖；
[0016]圖4為根據本發(fā)明實施例的STATCOM靜止無功補償裝置的全光纖電流互感器中電流的相位狀態(tài)變化波形圖；
[0017]圖5為根據本發(fā)明實施例的STATCOM靜止無功補償裝置的全局電路圖。

【具體實施方式】
[0018]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進一步進行清楚、完整、詳細地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0019]根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種STATCOM靜止無功補償裝置。
[0020]如圖1所示，根據本發(fā)明的實施例提供的STATCOM靜止無功補償裝置包括:
[0021]電壓源換流器11，電壓源換流器11為具有關斷能力的器件組成的交直流轉化設備，電壓源換流器11電性連接至連接電抗器14、直流電容器12與光學電流互感器15，用于根據光學電流互感器15回傳的數據調節(jié)交流側輸出電壓的幅值和相位，使裝置吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流。
[0022]直流電容器12，直流電容器12與進線開關回路13串連，直流電容器12為電壓源換流器11的儲能原件，用于將直流側電壓轉換成與電網系統(tǒng)同頻率的交流電壓。
[0023]進線開關回路13，進線開關回路13與直流電容器12串連，用于控制直流電容器12的工作狀態(tài)。
[0024]連接電抗器14，連接電抗器14并聯(lián)至電壓源換流器11與光學電流互感器15，用于為電壓源換流器11提供匹配的電抗。
[0025]光學電流互感器15，光學電流互感器15并聯(lián)至連接電抗器14與電網系統(tǒng)，用于檢測電網系統(tǒng)中的電流交流分量與直流分量，并將檢測到的數據傳送到電壓源換流器。
[0026]其中，光學電流互感器為無源器件，光學電流互感器為以下之一:光學玻璃型電流互感器、全光纖電流互感器。
[0027]具體地，光學電流互感器為光學玻璃型電流互感器；使用雙正交反射方案消除光在反射過程中引入的反射相移，其中，雙正交反射方案為在光路中每個反射點處用兩次反射代替原來的一次反射。
[0028]具體地，光學電流互感器為全光纖電流互感器；每個STATCOM靜止無功補償裝置中包括三組相同的電路，每組電路用于測量三相換流鏈輸出電流中的一相，每組電路均包括一個全光纖電流互感器，每一個全光纖電流互感器均設置與耦合器串連。
[0029]光學電流互感器是電子式電流互感器中的一類，包括備有電子器件的光學器件、空心線圈(可能附帶內嵌積分器)、帶有集成負載的鐵芯線圈的電流一電壓轉換器(可能配有電子器件)。光學電流互感器的高壓側均為無源器件，不需要提供控制電源，并且可以同時檢測交流分量和直流分量。
[0030]對于光學玻璃型電流互感器，其基本工作原理是Faraday效應，S卩加在光學介質上的外部磁場會使通過光學介質的偏振光發(fā)生偏振面的旋轉的效應。其旋轉角度Φ =V / # *(11，其中V是光學介質的Verdet常數；I是光在介質中的傳播的距離；H是磁場強度。當磁場H是由圖1所示穿過光學玻璃傳感頭的導體中的電流I產生，且光路圍繞載流導體閉合時，利用安培環(huán)路定律上式可改寫為Φ =VNJ，其中隊是圍繞載流導體閉合光路圈數。由Φ =VNJ可知，只要測出偏振光旋轉的角度Φ，即可計算出待測電流的大小。Φ=VNlI還表明，利用適當的光路設計增加圍繞載流導體的光路圈數可提高傳感頭靈敏度。
[0031]光學玻璃型電流互感器的光學材料選擇范圍寬，穩(wěn)定性較好，精度較高，受線性雙折射影響較小，但存在加工難度大，傳感頭易碎，成本高等缺點，而且光在反射過程中引入的反射相移會使線偏光變成橢圓偏振光而影響系統(tǒng)性能。為克服反射相移的影響，本發(fā)明提出了雙正交反射方案。圖2示出的是雙正交反射方案的光路圖，如圖2所示，雙正交反射方案是在光路中每個反射點處用兩次反射代替原來的一次反射，并使第二次反射光的S、P分量與第一次反射光的s、p分量恰好旋轉90°，致使兩次反射產生的相移互相抵消。
[0032]基于臨界角反射不產生反射相移的原理，提出了三角形傳感頭設計和鉗式傳感頭設計。上述方案具備結構簡單或使用方便的優(yōu)點。由于臨界角反射方案對傳感頭加工精度要求很高，因此很少使用。
[0033]對于全光纖電流互感器，其工作原理為法拉第磁光效應和磁致伸縮效應。法拉第磁光效應是指當一束線偏振光沿著與磁場平行的方向通過磁光材料時，線偏振光的振動平面將產生偏轉，線偏光振動平面偏轉角的大小與磁場強度和光在磁場中所經歷的路徑距離成正比。
[0034]如果敏感路徑是閉合環(huán)路，那么穿過敏感環(huán)路的電流所產生的磁場將作用于閉合環(huán)路，產生法拉第相角的大小將遵守安培環(huán)路定律。通過磁光材料(光纖或者磁光玻璃)的線偏振光振動平面的偏轉角大小，與光學環(huán)路的匝數及穿過光學環(huán)路的總電流成正比。如果我們能夠檢測光信號的偏振旋轉角，就可以得到對應的被測電流值，這就是法拉第磁光效應電流互感器的基本原理。
[0035]圖3示出的是全光纖電流互感器工作原理圖。如圖3所示，光源發(fā)出的光經過耦合器到達偏振器后被轉化為線偏振光，進入相位調制器分解為兩束正交的線偏振光，沿X軸和Y軸向上傳播。兩束受到調制的光波進入了光纖線圈32，在電流產生的磁場的作用下，兩束光波之間產生正比于載體電流的相位角。在匯流排31處，兩光波經反射鏡33的反射并發(fā)生交換后，兩束光波返回到相位調制器，到達偏振器后發(fā)生干涉，干涉光信號經過耦合器進入光電探測器，探測器輸出的電壓信號被信號處理電路接收并運算，運算結果通過數字接口輸出。
[0036]圖4示出的是全光纖電流互感器中電流的相位狀態(tài)變化波形圖。左圖為匯流排無電流，右圖為匯流排有電流，兩圖中上方曲線為輸入電流，下方曲線為輸出電流。當匯流排中沒有電流時，兩光波的相對傳播速度保持不變，即物理學上所說的沒有相位差，兩束光信號的相位差為零，信號處理電路輸出也為零；當有電流通過時，在通電導體周圍的磁場作用下，兩束光波的傳播速度發(fā)生相對變化，即兩束光信號存在一個相位差，其中，N是光纖的匝數，V是維爾德常量，I是被測電流，相位差的存在最終表現(xiàn)的是探測器處的干涉光強發(fā)生了變化，通過測量光強的大小，即可測出對應的電流大小，信號處理電路對相位差進行解調，得到被測電流數字值并輸出。
[0037]全光纖電流互感器的光纖本身是傳感頭，避免了光學玻璃型電流互感器中反射相移、線性雙折射對系統(tǒng)性能造成的不利影響。
[0038]使用全光纖電流互感器的STATCOM靜止無功補償裝置的總電路圖如圖5所示，OCT1、0CT2、0CT3用于測量三相換流鏈輸出的電流，將一次側大電流轉換為小電流送入到主控制器，對其進行變換、計算得出目標控制量，實現(xiàn)裝置動態(tài)補償無功的目的。
[0039]與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比，全光纖電流互感器應用于高電壓大電流測量中具有明顯的積極技術效果:全光纖電流互感器不含油，無爆炸危險；與高壓線路完全隔離，滿足絕緣要求，運行安全可靠；不含鐵心，無磁飽和、鐵磁共振和磁滯現(xiàn)象；不含交流線圈，不存在輸出線圈開路危險，可以測量直流；另外還包括抗電磁干擾、響應頻域寬、便于遙感和遙測、不需提供控制電源、體積小、重量輕、易安裝、數字量輸出，靈敏度高等諸多優(yōu)點。
[0040]綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術方案，通過使用光學電流互感器替代一般的電磁式電流互感器，解決了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器動態(tài)測量范圍小、頻帶窄、易受電磁干擾、故障電流下鐵心易磁飽和、存在磁滯現(xiàn)象、無法測量直流分量等缺點不能同時避免的問題，能夠使用體積小、成本低、絕緣性好、動態(tài)測量范圍大且可同時采集電流的直流分量與交流分量的電流互感器更好的采集系統(tǒng)電流，為系統(tǒng)提供高質量的動態(tài)無功補償和穩(wěn)定電壓；另外，全光纖電流互感器應用于高電壓大電流測量中具有明顯更加積極的技術效果:不含油，無爆炸危險；與高壓線路完全隔離，滿足絕緣要求，運行安全可靠；不含鐵心，無磁飽和、鐵磁共振和磁滯現(xiàn)象；不含交流線圈，不存在輸出線圈開路危險，可以測量直流等等。
[0041]所屬領域的普通技術人員應當理解:以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種STATCOM靜止無功補償裝置，包括: 電壓源換流器，所述電壓源換流器為具有關斷能力的器件組成的交直流轉化設備，所述電壓源換流器電性連接至連接電抗器、直流電容器與光學電流互感器，用于根據光學電流互感器回傳的數據調節(jié)交流側輸出電壓的幅值和相位，使裝置吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流； 直流電容器，所述直流電容器與進線開關回路串連，所述直流電容器為電壓源換流器的儲能原件，用于將直流側電壓轉換成與電網系統(tǒng)同頻率的交流電壓； 進線開關回路，所述進線開關回路與直流電容器串連，用于控制直流電容器的工作狀態(tài)； 連接電抗器，所述連接電抗器并聯(lián)至所述電壓源換流器與光學電流互感器，用于為電壓源換流器提供匹配的電抗； 光學電流互感器，所述光學電流互感器并聯(lián)至所述連接電抗器與電網系統(tǒng)，用于檢測電網系統(tǒng)中的電流交流分量與直流分量，并將檢測到的數據傳送到電壓源換流器。
2.根據權利要求1所述的一種STATCOM靜止無功補償裝置，其特征在于，所述光學電流互感器為無源器件，所述光學電流互感器為以下之一:光學玻璃型電流互感器、全光纖電流互感器。
3.根據權利要求2所述的一種STATCOM靜止無功補償裝置，其特征在于，所述光學電流互感器為光學玻璃型電流互感器；使用雙正交反射方案消除光在反射過程中引入的反射相移，其中，所述雙正交反射方案為在光路中每個反射點處用兩次反射代替原來的一次反射。
4.根據權利要求2所述的一種STATCOM靜止無功補償裝置，其特征在于，所述光學電流互感器為全光纖電流互感器；每個STATCOM靜止無功補償裝置中包括三組相同的電路，每組電路用于測量三相換流鏈輸出電流中的一相，每組電路均包括一個全光纖電流互感器，所述每一個全光纖電流互感器均設置與耦合器串連。
【文檔編號】H02J3/18GK104377712SQ201410710906
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權日:2014年11月28日
【發(fā)明者】武守遠, 李子鷗 申請人:中電博瑞技術（北京）有限公司