本發(fā)明屬于電力配網(wǎng)領(lǐng)域，具體講涉及一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家對相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)投入研發(fā)，一些傳統(tǒng)一次設(shè)備如變壓器、電抗器的技術(shù)應(yīng)用趨于成熟，人們不再滿足其在傳統(tǒng)行業(yè)、傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用，希望能取其穩(wěn)定可靠優(yōu)勢、結(jié)合新型技術(shù)，在一些領(lǐng)域得以進(jìn)一步拓展創(chuàng)新應(yīng)用。目前興起于八十年代的電力電子控制技術(shù)，經(jīng)過多年的發(fā)展，亦趨于成熟，是當(dāng)今眾多新興技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的技術(shù)領(lǐng)域。目前國內(nèi)外有關(guān)傳統(tǒng)一次設(shè)備變壓器、電抗器和新興電力電子技控制技術(shù)結(jié)合的研究較少、成熟產(chǎn)品案例不多。但對其二者的有機(jī)結(jié)合應(yīng)用，發(fā)揮二者的優(yōu)勢、避開二者的劣勢是未來發(fā)展趨勢，冀望達(dá)到1+1大于2的效果。對于傳統(tǒng)一次設(shè)備變壓器、電抗器的研究、應(yīng)用，技術(shù)成熟、應(yīng)用領(lǐng)域廣，如在電力系統(tǒng)中從低電壓單相220V系統(tǒng)到高電壓三相500KV系統(tǒng)，甚至到特高壓AC1000KV電力系統(tǒng)，都有變壓器、電抗器的應(yīng)用。其在電力系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)升壓、降壓、濾波、潮流調(diào)節(jié)、電磁隔離等應(yīng)用，具有技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高的優(yōu)勢。但同時(shí)也存在設(shè)備一旦設(shè)計(jì)完成，相關(guān)性能參數(shù)無法再改變，同時(shí)對電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)一致性要求較高，一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)波動、參數(shù)出現(xiàn)偏差，無法動態(tài)響應(yīng)、適應(yīng)調(diào)節(jié)；也不能動態(tài)適應(yīng)電力系統(tǒng)潮流、諧波變化所帶來的問題，更有甚至出現(xiàn)燒毀變壓器、電抗器的嚴(yán)重安全事故，造成重大財(cái)物損失。因此對于傳統(tǒng)的變壓器、電抗器只能應(yīng)用一些電力系統(tǒng)相對穩(wěn)定的場合，對一些系統(tǒng)負(fù)荷變化頻繁、多源接入的系統(tǒng)無法適應(yīng)。尤其是隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，要求電網(wǎng)自我調(diào)節(jié)能力、負(fù)荷兼容性、新能源接入能力強(qiáng)，這就對傳統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用的一次設(shè)備如變壓器、電抗器要求較高、無法滿足智能電網(wǎng)要求。目前主流解決技術(shù)方案是直接通過電力電子變換技術(shù)進(jìn)行能量變換、來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自我潮流調(diào)節(jié)變換能力，但該種方案價(jià)格昂貴、系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要大功率電力電子器件的多級串并聯(lián)方能實(shí)現(xiàn)高電壓、大電流應(yīng)用領(lǐng)域；整體運(yùn)行可靠性不高，因此未能得以有效推廣應(yīng)用。目前這種技術(shù)現(xiàn)狀研制影響了國家對智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，不符合國家電網(wǎng)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的目標(biāo)要求。本發(fā)明創(chuàng)造性的提出將傳統(tǒng)技術(shù)成熟的電抗器與新興電力電子技術(shù)相結(jié)合，為傳統(tǒng)電抗器加裝智慧大腦，使其具備自我性能參數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)能力、動態(tài)適應(yīng)不同工況，可大大提升其應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明主要原理是在在傳統(tǒng)電抗器基礎(chǔ)上增加可自我決策運(yùn)行的激勵(lì)繞組及其控制系統(tǒng)，通過電力電子控制技術(shù)，向激勵(lì)繞組注入激勵(lì)電流，來改變調(diào)節(jié)電抗器磁芯磁場強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)電抗器自身感值的無級調(diào)節(jié)功能，進(jìn)而適應(yīng)不同場合的應(yīng)用要求。這種可自我動態(tài)無級調(diào)節(jié)的電抗器，可在電力系統(tǒng)潮流控制、配電網(wǎng)高電壓治理、電力系統(tǒng)濾波等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用市場。該發(fā)明為電力系統(tǒng)尤其環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中潮流動態(tài)控制、濾波，配電網(wǎng)高電壓抑制帶來一種全新的解決方案，具有較強(qiáng)的技術(shù)革新和經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，包括：

高壓取能采樣單元，用于從電力系統(tǒng)線路中采樣、取能；

低壓取能采樣單元，用于把高壓取能采樣單元送過來的能量和信號進(jìn)行整定處理；

控制單元，用于信號的處理和電抗器系統(tǒng)的控制；

電力電子器件驅(qū)動單元，用于根據(jù)控制單元發(fā)送的信號，驅(qū)動高頻斬波單元；

高頻斬波單元，用于對來自低壓取能采樣單元的整定后的直流量進(jìn)行高頻斬波；

帶有激勵(lì)繞組的電抗器，通過流過激勵(lì)繞組線圈上的激勵(lì)電流，調(diào)節(jié)主回路電抗器線圈上的感值。

高壓取能采樣單元包括高壓接入端口、電壓互感器PT，電流互感器CT、低壓輸出接口。

低壓取能采樣單元包括霍爾型電壓傳感器、霍爾型電流傳感器、不控整流模塊、開關(guān)電源。

控制單元的第一接口和低壓取能采樣單元相連，用于處理低壓采樣單元送過來的模擬量信號，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)運(yùn)行工作模式。

控制單元的第二接口為對外交互接口。

控制單元的第三接口和電力電子器件驅(qū)動單元相連，用于傳遞控制單元發(fā)送的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)激勵(lì)源無級調(diào)節(jié)功能，也用于接收來自電力電子器件驅(qū)動單元的故障保護(hù)信號，為系統(tǒng)提供保護(hù)功能。

高頻斬波單元包括直流支撐電容、霍爾電流傳感器、功率模塊。

高頻斬波單元為橋臂結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成兩個(gè)串聯(lián)的功率器件，根據(jù)不同的控制策略，可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動。

帶有激勵(lì)繞組的電抗器主要由高壓側(cè)3個(gè)交流繞組和低壓側(cè)激勵(lì)繞組組成。

帶有激勵(lì)繞組的電抗器的高壓側(cè)對外接口通過高壓絕緣端口串聯(lián)或并聯(lián)接入電力系統(tǒng)三相線路。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為：

1、 本發(fā)明一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，其創(chuàng)新性地在傳統(tǒng)電抗器上增加一組可自我決策運(yùn)行的控制系統(tǒng)和激勵(lì)繞組，能實(shí)現(xiàn)自我感值的動態(tài)無級調(diào)節(jié)功能，極大拓展了傳統(tǒng)電抗器應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用范圍。

2、 本發(fā)明一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，通過在線動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值，可實(shí)現(xiàn)線路潮流控制、配電網(wǎng)高電壓治理、低次諧波治理。

3、 本發(fā)明一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，可自動根據(jù)線路負(fù)荷變化，自行調(diào)節(jié)自身感值，實(shí)現(xiàn)對線路參數(shù)無縫匹配，提升電力系統(tǒng)自身穩(wěn)定性。

4、 本發(fā)明一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，可自動根據(jù)線路電壓高低，自行調(diào)節(jié)自身感值，實(shí)現(xiàn)對線路過電壓治理，具有投入少，效果顯著的特點(diǎn)。

5、 本發(fā)明一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，是對舊技術(shù)的創(chuàng)新性改革，為市場電力系統(tǒng)領(lǐng)域潮流控制、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了一種全新、可靠的技術(shù)解決方案。

6、 本發(fā)明一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，為配電網(wǎng)領(lǐng)域過電壓治理、低次諧波治理提供了一種全新、可靠的技術(shù)解決方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)串聯(lián)入電力系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)并聯(lián)入電力系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

一種可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含：高壓取能采樣單元1、低壓取能采樣單元2、控制單元3、電力電子器件驅(qū)動單元4、高頻斬波單元5、帶有激勵(lì)繞組的電抗器6。整個(gè)系統(tǒng)通過帶有激勵(lì)繞組的電抗器串入電力系統(tǒng)線路中如圖1所示，或者并入電力系統(tǒng)線路中如圖2所示。高壓取能采樣單元1一端和電抗器6連接，該連接處也是電抗器與電力系統(tǒng)串入點(diǎn)或并入點(diǎn)；另外一端和低壓取能采樣單元相連。該高壓取能采樣單元主要通過內(nèi)部的電壓互感器PT(Potential Transformer)，電流互感器CT（Current Transformer）從電力系統(tǒng)線路中采樣、取能、將電網(wǎng)電壓能量和信號引入到低壓取能采樣單元中，實(shí)現(xiàn)將高壓側(cè)線路上能量和信號傳送到低壓取能采樣單元中，為整個(gè)系統(tǒng)提供工作電源，同時(shí)也為控制單元3提供控制反饋信號。低壓取能單元2對外有三個(gè)接口，第一接口和高壓取能采樣單元相連，用于把高壓取能單元送過來的能量和信號進(jìn)行整定處理；第二接口和高頻斬波單元相連，用于將整定后的直流量傳遞給高頻斬波單元，為其提供工作電源；第三接口和控制單元3相連，用于給控制單元供電、同時(shí)也用于把將電網(wǎng)側(cè)的模擬量信號反饋給控制單元?？刂茊卧?對外有三個(gè)接口，第一接口和低壓取能采樣單元2相連，用于處理低壓采樣單元送過來的模擬量信號，經(jīng)過信號調(diào)理后，送給內(nèi)部的CPU進(jìn)行計(jì)算控制，實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)運(yùn)行工作模式，同時(shí)也是其工作電源接口；第二接口為對外交互接口，主要通過有線或無線的方式和遠(yuǎn)方后臺進(jìn)行交互，接受后方控制中心控制指令，進(jìn)行受控工作模式。第三接口和電力電子器件驅(qū)動單元4相連，用于傳遞控制單元發(fā)送的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)激勵(lì)源無級調(diào)節(jié)功能，也用于接收來自電力電子器件驅(qū)動單元4故障保護(hù)信號，為系統(tǒng)提供保護(hù)功能；該第三接口也用于為電力電子器件驅(qū)動單元4提供工作電源。電力電子器件驅(qū)動單元4，一端和控制單元3相連，一端和高頻斬波單元相連，用于將來自控制單元3的脈沖控制信號進(jìn)行放大、驅(qū)動高頻斬波單元內(nèi)大功率電力電子器件，實(shí)現(xiàn)高頻直流斬波功能，最終無級調(diào)節(jié)激勵(lì)直流電流源的目的。高頻斬波單元5，用于將來自低壓取能采樣單元的能量進(jìn)行高頻斬波，通過帶有激勵(lì)繞組的電抗器6的激勵(lì)繞組，將能量轉(zhuǎn)換為直流激勵(lì)電流，進(jìn)行電抗器磁芯磁場強(qiáng)度的無級調(diào)節(jié)。帶有激勵(lì)繞組電抗器6是在常規(guī)電抗器基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化升級，增設(shè)了激勵(lì)繞組，該繞組通過特制磁芯與主回路繞組共磁路。通過控制流過激勵(lì)繞組線圈上的激勵(lì)電流，控制磁路上的磁場強(qiáng)度，調(diào)節(jié)主回路電抗器線圈上的感值。

所述高壓取能采樣單元1，作為系統(tǒng)工作電源、控制信號來源端口，主要由高壓接入端口、電壓互感器PT(Potential Transformer)，電流互感器CT（Current Transformer）、低壓輸出接口組成。其中電壓互感器PT和電流互感器CT根據(jù)系統(tǒng)不同容量、不同電壓等級可靈活配置。該單元主要實(shí)現(xiàn)把高壓電網(wǎng)側(cè)能量和信號引入到設(shè)備系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)系統(tǒng)線路電壓和電流信號的采集和系統(tǒng)工作電源能量的獲取的功能。

所述低壓取能采樣單元2，主要由霍爾型電壓傳感器、霍爾型電流傳感器、不控整流模塊、開關(guān)電源組成，用于將來自高壓取能采樣單元送過來的交流電壓信號和交流電流信號，進(jìn)行二次調(diào)理、送到控制單元3；同時(shí)也將高壓取能單元送過來的交流電壓整流成穩(wěn)定的直流電壓送到高頻斬波模塊和內(nèi)部開關(guān)電源，為高頻斬波模塊提供斬波源，為整個(gè)系統(tǒng)提供工作電源。

所述控制單元3，該單元是本發(fā)明系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)計(jì)算網(wǎng)側(cè)線路電壓、電流狀態(tài)、電能質(zhì)量情況，無級調(diào)節(jié)勵(lì)磁源大小，自主決策系統(tǒng)運(yùn)行模式、接受遠(yuǎn)方控制指令。該控制單元主要基于高速數(shù)字處理器DSP，其內(nèi)部集成了高速多路AD采集器。

所述電力電子器件驅(qū)動單元4，是高頻、高壓大容量功率器件的驅(qū)動單元，用于執(zhí)行來自控制器的控制指令，實(shí)現(xiàn)將功率器件按照控制策略進(jìn)行高頻開斷、斬波功能，同時(shí)其向控制單元反饋功率器件工作狀態(tài)，為控制單元提供保護(hù)信號。其自身工作電源來自控制單元。

所述高頻斬波單元5，主要由直流支撐電容、霍爾電流傳感器、功率模塊組成，用于將來自低壓取能采樣單元的能量進(jìn)行高頻斬波，通過帶有激勵(lì)繞組的電抗器6的激勵(lì)繞組，將能量轉(zhuǎn)換為直流激勵(lì)電流，進(jìn)行電抗器磁芯磁場強(qiáng)度的無級調(diào)節(jié)。所述高頻斬波單元5的功率模塊，工作電壓高達(dá)1200V，電流高達(dá)450A，工作頻率高達(dá)15KHz以上,可將來自低壓取能采樣單元的能量進(jìn)行高頻斬波變換，實(shí)現(xiàn)低紋波，大電流調(diào)節(jié)的目的。所述高頻斬波單元5為橋臂結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成兩個(gè)串聯(lián)的功率器件，根據(jù)不同的控制策略，可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動。

所述帶有激勵(lì)繞組的電抗器6，其主要由高壓側(cè)3個(gè)交流繞組和低壓側(cè)激勵(lì)繞組組成，二者共用一個(gè)磁路，通過電磁耦合的方式實(shí)現(xiàn)高低壓側(cè)的電磁隔離。帶有激勵(lì)繞組的電抗器，其高壓側(cè)可并聯(lián)接在電力系統(tǒng)三相線路上，也可以串聯(lián)在電力系統(tǒng)三相線路上。實(shí)現(xiàn)對線路等效阻抗及濾波頻段的無級調(diào)節(jié)。所述帶有激勵(lì)繞組的電抗器6，其對外接口高壓側(cè)通過高壓絕緣端口和電力系統(tǒng)線路相連接。

所述可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求并聯(lián)接入電力系統(tǒng)線路中或串聯(lián)接入線路中。

本發(fā)明的可動態(tài)無級調(diào)節(jié)感值的電抗器系統(tǒng)，動態(tài)無級調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流，也可在配電網(wǎng)應(yīng)用中，對配電網(wǎng)高電壓治理、低次諧波治理。提供一種經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、創(chuàng)新的解決方案，極具市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。