專利名稱：基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高壓電力系統(tǒng)的基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，它尤其適用于風(fēng)電、太陽(yáng)能的無(wú)功補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
風(fēng)電、太陽(yáng)能的無(wú)功補(bǔ)償有一個(gè)特殊要求無(wú)功補(bǔ)償容量要大范圍變動(dòng)，例如太陽(yáng)能電站晚上無(wú)功補(bǔ)償容量為0，裝置要求無(wú)人值守。至今還沒(méi)有一個(gè)滿意的解決方案。目前用得較多的是第一種是基于磁閥式可控電抗器的SVC無(wú)功補(bǔ)償方案，它的缺點(diǎn)是采用“反向工作制”，當(dāng)風(fēng)電系統(tǒng)在不刮風(fēng)時(shí)，電站需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功為0，磁閥式可控電抗器吸收的感性無(wú)功為100%。由于這種電抗器的基本原理是磁飽和電抗器，它是利用過(guò)飽和得到低阻抗，它的振動(dòng)、噪聲很大、損耗大且產(chǎn)生較大的諧波電流。第二種基于晶閘管多級(jí)串聯(lián)的無(wú)功補(bǔ)償支路投切方案，它雖然可實(shí)現(xiàn)“正向工作制”，需要多少補(bǔ)多少，但在高壓系統(tǒng)中晶閘管多級(jí)串聯(lián)會(huì)造成成本高可靠性低。對(duì)于35kV系統(tǒng)國(guó)內(nèi)用戶端(大約10MVA左右)少見(jiàn)這樣的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)在高壓系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償支路的無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切，達(dá)到“正向工作制”補(bǔ)償容性無(wú)功的目的。本發(fā)明提供的一種基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，它包括一條單相無(wú)功補(bǔ)償支路，或者二條以上的、并聯(lián)的無(wú)功補(bǔ)償支路；所述無(wú)功補(bǔ)償支路包括串聯(lián)的磁控開(kāi)關(guān)單元和電容器單元；電容器單元由電容器C、放電線圈Lp電阻Rz串聯(lián)開(kāi)關(guān)KMl三條支路并聯(lián)而成；磁控開(kāi)關(guān)單元由變壓器和在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)器件組成；功率開(kāi)關(guān)器件可以是雙向晶閘管或IGBT等。功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和開(kāi)斷，使上述變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，使無(wú)功補(bǔ)償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)在變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償支路的無(wú)沖擊、無(wú)過(guò)渡過(guò)程的投入與切斷。無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)由多條支路并聯(lián)而成。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)在高壓系統(tǒng)中電容器支路的無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切，達(dá)到“正向工作制”補(bǔ)償容性無(wú)功的目的，需要補(bǔ)償多少容性無(wú)功，就投入多少無(wú)功補(bǔ)償支路。采用本方法，可以在變壓器二次側(cè)用較低電壓的功率開(kāi)關(guān)器件(如雙向晶閘管)的導(dǎo)通、開(kāi)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償支路的無(wú)過(guò)渡過(guò)程投切。變壓器只工作在空載、 短路兩種工況，是很可靠的。由多條無(wú)功補(bǔ)償支路可以構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，以增大無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆秶髦返碾娍孤士梢栽O(shè)置不相同，以濾除不同次數(shù)的諧波。本技術(shù)至少對(duì)現(xiàn)有的二種技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)有的技術(shù)中的第一種方案是在風(fēng)電系統(tǒng)中目前廣泛采用基于磁閥式可控電抗器的SVC無(wú)功補(bǔ)償方案，它的缺點(diǎn)是采用“反
3向工作制”，IOOOOkW風(fēng)電機(jī)組無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)電能消耗大約在40萬(wàn)元/年。而本技術(shù)采用 “正向工作制”，無(wú)風(fēng)不發(fā)電也不補(bǔ)償，與磁閥式SVC相比，無(wú)此項(xiàng)電能消耗，大大節(jié)能?，F(xiàn)有的技術(shù)中的第二種方案是在高壓系統(tǒng)中用多個(gè)串聯(lián)雙向晶閘管投切無(wú)功補(bǔ)償支路，IOkV系統(tǒng)就要9組串；技術(shù)復(fù)雜可靠性低，成本高。而采用本技術(shù)，變壓器低壓側(cè)只要1組雙向晶閘管就夠了，無(wú)需串聯(lián)，可靠性高，成本低。


圖1為本發(fā)明提供的單相無(wú)功補(bǔ)償支路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為三相無(wú)功補(bǔ)償支路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)為單相無(wú)功補(bǔ)償支路，主要由磁控開(kāi)關(guān)單元I、電容器單元II等二個(gè)單元組成，電容器單元II與磁控開(kāi)關(guān)單元I串聯(lián)。電容器單元II由電容器C、放電線圈L,、電阻Rz串聯(lián)開(kāi)關(guān)KMl三條支路并聯(lián)而成。 電容器C的工頻容抗為阻抗基值，即X* =1 ；Rz (《< 1)用以抑制線路諧振，其具體值根據(jù)仿真確定，當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償支路補(bǔ)償電流穩(wěn)定后，用開(kāi)關(guān)KMl將電阻Rz斷開(kāi)。放電線圈k用于泄放電容器中的剩余電荷。磁控開(kāi)關(guān)單元I由變壓器和在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)器件組成，變壓器的勵(lì)磁阻抗為；C，短路阻抗為；^ ；功率開(kāi)關(guān)器件可以是雙向晶閘管、IGBT或其他開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償支路工作在近似變壓器空載狀態(tài)時(shí)，Rz用以抑制線路諧振；當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償支路工作在無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)時(shí)，用開(kāi)關(guān)KMl將電阻Rz斷開(kāi)，以減少損耗。下面以雙向晶閘管為例說(shuō)明本發(fā)明系統(tǒng)的工作過(guò)程。投切過(guò)程1、空載投入先將開(kāi)關(guān)KMl閉合，然后將單相(或三相)無(wú)功補(bǔ)償支路Α0(<與<//《串聯(lián)， ；《表示；^與《并聯(lián))投入電網(wǎng)，經(jīng)過(guò)、(例如、=60ms)后，電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)。此時(shí)支路的相阻抗為^C - ^c / !K，支路進(jìn)入近似變壓器空載狀態(tài)，支路流過(guò)近似變壓器空載電流 <。由于電阻代(《< 1)與電容器C并聯(lián)，能抑制線路諧振，補(bǔ)償支路AO每次都能成功投入電網(wǎng)。由于電阻Rz很小，空載電流也很小，其損耗也遠(yuǎn)小于變壓器的空載損耗。2、無(wú)功補(bǔ)償支路的投入、退出2. 1無(wú)功補(bǔ)償支路的投入當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償支路工作在近似變壓器空載狀態(tài)時(shí)，支路流過(guò)近似變壓器空載電流 Io。在變壓器二次側(cè)用晶間管實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)渡過(guò)程導(dǎo)通而使得a-x兩端短路(此技術(shù)已經(jīng)成熟， 控制板在市場(chǎng)有售)，變壓器A-X兩端阻抗立即由變壓器勵(lì)磁阻抗；C變?yōu)樽儔浩鞫搪纷杩?Xk*。在晶閘管導(dǎo)通后經(jīng)過(guò)t2 (例如t2 = 100 160ms)，開(kāi)關(guān)KMl斷開(kāi)，電阻Rz與電容器C斷開(kāi)。容性補(bǔ)償支路變成與劣串聯(lián)，進(jìn)入電抗率為的濾波兼無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)。從電網(wǎng)吸收的容性無(wú)功功率為滬/ - O，支路電流廣=υ (χ;~χ)。2. 2無(wú)功補(bǔ)償支路的退出當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償支路正常運(yùn)行時(shí)，支路電流廣=W(J^-JC)。若要退出補(bǔ)償，則應(yīng)(1)將KMl閉合，電阻艮支路與電容器C并聯(lián)，支路電流Γ立即增大到
r=_^_<2
R*J I X*c+Xl(2)經(jīng)過(guò)t3 (例如t3 = 100 160ms)，晶閘管實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)渡過(guò)程關(guān)斷而使得a_x開(kāi)路，再經(jīng)過(guò)t4 (例如t4 = 60ms)后電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)，支路進(jìn)入近似變壓器空載狀態(tài)。在以上過(guò)程中，無(wú)功補(bǔ)償支路可根據(jù)功率因數(shù)控制器發(fā)出的指令在近似變壓器空載狀態(tài)和無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程中無(wú)過(guò)渡過(guò)程、無(wú)沖擊。相應(yīng)地變壓器就在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，它既不改變電壓也不轉(zhuǎn)換電能，它的作用就是一個(gè)磁控開(kāi)關(guān)，只不過(guò)它在斷開(kāi)時(shí)電流不是零，而是由勵(lì)磁阻抗;C決定的近似變壓器空載電流；它在閉合時(shí)阻抗也不是零，而是變壓器的短路阻抗，由與劣串聯(lián)，構(gòu)成電抗率為z〗χ οο%的無(wú)功補(bǔ)償支路，以濾除大部分η (W = VTT^)次左右諧波。采用本方法，利用變壓器低壓側(cè)雙向晶閘管的導(dǎo)通和開(kāi)斷，可以使變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，從而使無(wú)功補(bǔ)償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)在變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償支路的無(wú)沖擊、無(wú)過(guò)渡過(guò)程的投入與切斷，達(dá)到“正向工作制”補(bǔ)償容性無(wú)功的目的，需要補(bǔ)償多少容性無(wú)功，就投入多少無(wú)功補(bǔ)償支路。由于開(kāi)關(guān)KMl僅用于投入、斷開(kāi)電阻R/，開(kāi)關(guān)電弧極小。由多條無(wú)功補(bǔ)償支路并聯(lián)可以構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，以增大無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆秶?；各支路的電抗率可以設(shè)置不相同，以濾除不同次數(shù)的諧波。實(shí)施例三相無(wú)功補(bǔ)償支路如圖2所示。元件參數(shù)電容器額定電壓11.5/V3kV; 50Hz條件下額定容量為200kVar/相；基波容抗為 220. 44Ω,Χ； =1；變壓器額定電壓11.5/WkV;額定電流為30. 5A ；勵(lì)磁阻抗<2100，短路電抗 X* = 0.06(Xk =13.23Ω)，電阻《=4.54(i z = 100Ω)。1、空載投入先將KMl閉合，然后將三相補(bǔ)償支路(<與《//<串聯(lián))投入電網(wǎng)，經(jīng)過(guò)、= 60ms (最大值)后，電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)，阻抗為;C-Ζ〗//《=100，支路進(jìn)入近似變壓器空載狀態(tài)，電流為< =0.01，空載投入過(guò)程完畢。2、無(wú)功補(bǔ)償支路的投入、退出2. 1無(wú)功補(bǔ)償支路的投入在無(wú)功支路處于近似變壓器空載狀態(tài)時(shí)，在變壓器二次側(cè)用晶閘管實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)渡過(guò)程導(dǎo)通而使a-x短路，變壓器A-X兩端阻抗立即由勵(lì)磁阻抗;C( ；C=IOO)變?yōu)槎搪纷杩筙； ( <=0.06 )，此時(shí)電阻Rz與電容器c并聯(lián)，此時(shí)電容C吸收容性無(wú)功功率，Rz電阻吸收一定數(shù)量有功功率；經(jīng)過(guò)t2 = 100 160ms之后，KMl可靠分閘，電阻Rz與電容器斷開(kāi)，補(bǔ)償支路轉(zhuǎn)入電抗率為6%的濾波兼無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定狀態(tài)，無(wú)功補(bǔ)償容量為212. SkVar/相，
標(biāo)幺值為1.064 (^rL )，同時(shí)可濾除大部分5、7次諧波。 1-0.062. 2無(wú)功補(bǔ)償支路的退出當(dāng)無(wú)功補(bǔ)償支路正常運(yùn)行時(shí)，若要退出補(bǔ)償狀態(tài)，則要(1)將KMl合間，Rz立即與電容器并聯(lián)，Rz支路電流短時(shí)提高到
權(quán)利要求
1.一種基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，它包括一條單相無(wú)功補(bǔ)償支路，或者二條以上的、并聯(lián)的無(wú)功補(bǔ)償支路；所述無(wú)功補(bǔ)償支路包括串聯(lián)的磁控開(kāi)關(guān)單元和電容器單元； 電容器單元由電容器〔放電線圈4、電阻串聯(lián)開(kāi)關(guān)KMl三條支路并聯(lián)而成； 磁控開(kāi)關(guān)單元由變壓器和在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)器件組成； 功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和開(kāi)斷，使上述變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，使無(wú)功補(bǔ)償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)在變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償支路的無(wú)沖擊、無(wú)過(guò)渡過(guò)程的投入與切斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，功率開(kāi)關(guān)器件為雙向晶閘管或 IGBT 等。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于磁控開(kāi)關(guān)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，包括至少一條無(wú)功補(bǔ)償支路；支路包括串聯(lián)的磁控開(kāi)關(guān)單元和電容器單元；電容器單元由電容器、放電線圈、電阻串聯(lián)開(kāi)關(guān)并聯(lián)而成；磁控開(kāi)關(guān)單元由變壓器和在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)器件管組成；利用變壓器低壓側(cè)雙向晶閘管的導(dǎo)通和開(kāi)斷，可以使變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，從而使無(wú)功補(bǔ)償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)之間無(wú)沖擊、無(wú)過(guò)渡過(guò)程的轉(zhuǎn)換，達(dá)到“正向工作制”補(bǔ)償容性無(wú)功的目的，需要補(bǔ)償多少容性無(wú)功，就投入多少無(wú)功補(bǔ)償支路。由于功率開(kāi)關(guān)器件在變壓器的二次側(cè)可選用較低電壓的器件，無(wú)需串聯(lián)，可提高可靠性并降低成本。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102420433SQ20111040785
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者王寧來(lái), 陳喬夫, 陶昆, 黃江 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 正泰電氣股份有限公司