專利名稱：一種基于雙tcr支路并聯(lián)的可控串補裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于靈活交流輸電領域中的可控串補(Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC)領域，具體涉及一種基于雙TCR支路并聯(lián)的可控串補裝置。
背景技術：
目前，我國已開始建設IOOOkV特高壓輸電網(wǎng)絡，并已投運了 IOOOkV晉東南一南陽一荊門特高壓交流試驗工程。特高壓交流輸電在輸送容量、輸送距離、功率損耗等方面具有明顯的優(yōu)勢。但是，由于特高壓線路本身所具有的長距離、大容量等特征，以及受限于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等要求，使得部分特高壓輸電線路的輸電能力受到了限制，很難發(fā)揮出其應有的優(yōu)勢。借助超高壓電網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)驗，在特高壓輸電線路上加裝串補裝置，可顯著提升特高壓輸電線路的輸送能力，提高所在系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，從而在一定程度上解決特高壓線路所存在的一些問題。通常，串聯(lián)補償技術分為兩種，即固定串補(Fixed Series Capacitor, FSC)和可控串補。固定串補設備簡單，安全可靠，在設計合理的情況下能滿足一般電力系統(tǒng)對容性阻抗補償?shù)男枨?。目前，我國已?jīng)開展了特高壓固定串補技術的研究和關鍵設備的研制工作， 并將于2011年年底投入運行。但是，固定串補裝置的補償阻抗固定，線路的補償度不能進行靈活地調(diào)整，且固定串補裝置可能引發(fā)次同步諧振(Sub-Synchronous Resonance, SSR)， 對電力系統(tǒng)的安全運行造成一定威脅?？煽卮a裝置可在一定程度上避免上述問題?？煽卮a技術利用對晶閘管閥的觸發(fā)控制，實現(xiàn)對串聯(lián)補償阻抗以及線路補償度的靈活調(diào)節(jié)， 使得系統(tǒng)的靜態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)性能得到明顯改善。可控串補固有的次同步頻率阻抗特性，能改善系統(tǒng)的次同步頻率阻尼特性，從而在一定程度上降低發(fā)生次同步諧振的風險。因此，在特高壓線路或750kV輸電線路加裝可控串補裝置，相比固定串補有著顯著的技術優(yōu)勢。申請?zhí)枮镃N201010612594.3，發(fā)明名稱為“一種基于可控串補的故障限流裝置” 的發(fā)明專利申請，公開的裝置由金屬氧化物限壓器、電容、并聯(lián)電感、反并聯(lián)晶閘管、固態(tài)開關和與開關并聯(lián)的串聯(lián)限流電感構成。該裝置的可控串補結構僅包括一條閥控電抗器 (Thyristor Controlled Reactor,TCR)支路，其中TCR支路由反并聯(lián)晶閘管和串聯(lián)電感組成，可控串補為線路提供感性或容性無功功率，由于此裝置可控串補結構的晶閘管閥通流能力的限制，阻礙了裝置在特高壓和750kV輸電線路的應用?，F(xiàn)階段，只有在500kV及以下電壓等級的線路上加裝可控串補的工程實例，對于特高壓和750kV輸電線路，尚沒有加裝可控串補裝置的工程實例?，F(xiàn)有的可控串補工程的額定電流一般在1000A 3000A之間，而特高壓輸電線路的傳輸容量大，可控串補裝置的額定電流應在5000A 6300A之間；750kV輸電線路的可控串補額定電流也在4000A以上。而現(xiàn)有的已運用于工程的晶閘管閥，其最大通流能力僅能達到4500A左右，不能滿足特高壓輸電線路加裝可控串補對晶閘管閥的要求；對于750kV交流輸電線路，當額定電流較高時， 亦不能滿足要求。若采用具有更大通流能力的晶閘管閥，則取決于電力電子器件的技術進
步ο發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于針對上述問題，提供一種基于雙TCR支路并聯(lián)的可控串補裝 置，TCR支路即閥控電抗器(Thyristor Controlled Reactor, TCR)支路；可控串補裝置通 過兩條TCR支路的并聯(lián)，使得流過每條TCR支路的電流小于現(xiàn)有的晶閘管閥的最大額定電 流，降低特高壓和750kV輸電線路對串補裝置導通能力的要求。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型采取的技術方案為一種基于雙TCR支路并聯(lián)的可控串補裝置，所述串補裝置包括電容器；其改進之 處在于所述串補裝置包括兩條并聯(lián)的TCR支路，兩條并聯(lián)的TCR支路與所述電容器并聯(lián)；每 條TCR支路由反并聯(lián)的兩個晶閘管閥與電抗器串聯(lián)組成。其中兩條并聯(lián)的TCR支路串聯(lián)一電抗器再與電容器并聯(lián)。由于采用了上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果包括1)本申請采用兩條TCR支路并聯(lián)的方法，使得流過每條TCR支路的電流較小，從而 解決了現(xiàn)有晶閘管閥在特高壓可控串補中通流能力不足的問題，提供了一種新的適用于特 高壓線路的可控串補實現(xiàn)方案；2)采用了幅值相等的控制策略，使得兩條TCR支路導通電流幅值相等，盡可能地 實現(xiàn)了均流；3)阻抗控制效果與以往只用一條TCR支路的常規(guī)可控串補基本一致，建立了幅值 相等條件下，新可控串補方案中基波阻抗與觸發(fā)角的關系，并通過查表和PI環(huán)節(jié)，使之能 夠滿足對阻抗控制的要求；4)所有的控制環(huán)節(jié)簡單，均采用線性控制，在工程中容易實現(xiàn)，且控制穩(wěn)定性好， 可用于特高壓和750kV輸電線路，具有良好的通用性；
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。

圖1是雙TCR支路并聯(lián)方案一；圖2是雙TCR支路并聯(lián)方案二 ；圖3是雙TCR支路TCSC相關變量時序圖；圖4是支路2電流幅值與觸發(fā)角的關系曲線；圖5是幅值相等控制策略控制原理框圖；圖6是阻抗控制策略控制原理框圖；圖7是實例仿真主電路圖；圖8是初始命令阻抗為1. 2p. u.時波形圖；圖9是命令阻抗由1. 2p. u.階躍至2. Op. u.時波形圖；附圖標記Q1, Q2為晶閘管觸發(fā)角初始值；2^為晶閘管導通角；f為系統(tǒng)頻率；L1、L2為電抗器電抗值；[0030]c為電容；Ilfflax, I2fflax為支路電流的幅值；i*lmax, i*2max為支路電流的標幺值。
具體實施方式
下面結合實例對本實用新型進行詳細的說明。本實用新型的目的是，針對特高壓輸電線路，提出一種可控串補實現(xiàn)方案，同時提出了相應的控制目標，以及為達到控制目標所采用的控制策略。本實用新型采用兩條并聯(lián)的TCR支路作為調(diào)節(jié)可控串補裝置基波阻抗的技術手段。兩條TCR支路的并聯(lián)方式，本實用新型提出兩種方案，分別如圖1和圖2所示。圖1中的技術方案，兩個晶閘管閥經(jīng)反并聯(lián)后，與一電抗器串聯(lián)，從而構成一條 TCR支路，之后兩條TCR支路再進行并聯(lián)。理論上兩條TCR支路上的電抗器電抗值應相等。 在兩條支路都導通的情況下，兩條并聯(lián)的TCR支路對外等效感抗能滿足可控串補裝置的調(diào)節(jié)要求。圖2中的技術方案，兩條TCR支路除了各自串有的獨立電抗器之外，在并聯(lián)后串聯(lián)一共用電抗器，在兩條支路都導通的情況下，三個電抗器通過串并聯(lián)后，其對外等效感抗能滿足可控串補裝置的調(diào)節(jié)要求。此方案較圖1方案，區(qū)別在于由于有一共用電抗器，并聯(lián)的兩條TCR支路上的閥串電抗器所需電抗值較小，從而減少了電抗器制造的絕對誤差等所帶來的不平衡，更有利于均流。本實用新型相應地提出了兩條TCR支路并聯(lián)的均流控制目標，以使得兩條并聯(lián)的 TCR支路盡可能地均流。通過相應的控制環(huán)節(jié)，分別使得兩條TCR支路的電流幅值相等，使得兩條TCR支路的電流有效值相等，使得兩條TCR支路的電流平均值相等，從而達到均流的目的。本實用新型亦相應地提出了支路電流幅值相等的控制方法作為可控串補實現(xiàn)方案的控制策略。在工程實際中，兩條TCR支路所串電抗器的電抗值不可能完全相等，因此， 若簡單采用同時觸發(fā)的控制策略，流過兩條TCR支路的電流將出現(xiàn)不平衡。為了保證兩條支路電流的均衡，本實用新型采用晶閘管不同時觸發(fā)，最終令兩條支路電流幅值相等的方法進行控制。在電流幅值達到相等后，整個可控串補裝置的基波阻抗亦能達到所需的阻抗值。以圖1中的方案為例進行說明，具體包括以下步驟1.分析本實用新型提出的拓撲原理圖(不妨SL1CL2),得出其數(shù)學模型，再通過對數(shù)學模型的分析，建立可控串補實現(xiàn)方案中基波阻抗Z與觸發(fā)角CI1W阻抗特性表。該表是本實用新型中新提出來的，與以往的單支路可控串補阻抗關系表有所不同。2.阻抗命令下達后，通過阻抗控制環(huán)節(jié)，查表得出相應的觸發(fā)角，作為該命令阻抗下兩條支路的晶閘管觸發(fā)角初始值。3.此時兩個晶閘管觸發(fā)角相等，即同時導通，兩條支路將出現(xiàn)不均流，電流幅值應不相等。4.對于電流幅值較大的TCR支路1，保持其現(xiàn)有的觸發(fā)角α工不變。5.對于電流幅值較小的TCR支路2，依據(jù)兩個支路的電流幅值之差及阻抗命令，通過相應的控制環(huán)節(jié)，使該支路晶閘管觸發(fā)角Ci2最終達到一新的穩(wěn)態(tài)值。在新的穩(wěn)態(tài)觸發(fā)角下，兩條支路電流的幅值相等，且基波阻抗值亦能滿足控制要求。6.若有新的阻抗階躍命令下達，則通過阻抗特性表查得觸發(fā)角Ci1，通過步驟(5) 獲得觸發(fā)角α 2，以此實現(xiàn)對基波阻抗和電流幅值的控制。實施例1 1. TCR支路電流幅值的獲得采用檢測電容電壓過零點來產(chǎn)生采樣信號脈沖，對TCR支路電流進行采樣。從圖 3時序圖可以看出，當電容電壓U。過零時，TCR支路的電流(圖中、和、)絕對值達到最大。利用這個關系，通過檢測電容電壓過零點，產(chǎn)生一個采樣脈沖信號，對兩個TCR支路的電流分別進行采樣，獲得的采樣值后，取絕對值，作為兩個支路電流的幅值，并在以下的算法和控制策略中進行使用。2.兩TCR支路電流幅值相等的控制以圖1所示的并聯(lián)方案為例(不妨設L1 < L2)，對支路電路電流幅值相等的具體實施方式
進行說明。命令阻抗下達后，利用阻抗特性表Tablel查得兩個支路的晶閘管觸發(fā)角初始值 Ci1= α2。因為L1SL2，所以，此時兩支路電流的幅值ilmax>i2max。之后，令Ci1保持不變， 而對α 2的值進行調(diào)整控制，以使ilmax = i2max。對于某一給定的α ！角度，由電路的拓撲結構和數(shù)學推導，可以得出相應的i2max的值，由式(1)求得
權利要求1.一種基于雙TCR支路并聯(lián)的可控串補裝置，所述串補裝置包括電容器；其特征在于所述串補裝置包括兩條并聯(lián)的TCR支路，兩條并聯(lián)的TCR支路與所述電容器并聯(lián)；每條TCR 支路由反并聯(lián)的兩個晶閘管閥與電抗器串聯(lián)組成。
2.如權利要求1所述的一種基于雙TCR支路并聯(lián)的可控串補裝置，其特征在于兩條并聯(lián)的TCR支路串聯(lián)一電抗器L3再與電容器并聯(lián)。
專利摘要本實用新型提供了一種基于雙TCR支路并聯(lián)的可控串補裝置，屬于靈活交流輸電領域中的可控串補領域?？煽卮a裝置采用兩條TCR支路并聯(lián)，使得流過每條TCR支路的電流較小，從而解決了現(xiàn)有晶閘管閥在特高壓可控串補中通流能力不足的問題。TCR支路，由兩個反并聯(lián)晶閘管閥串聯(lián)一個電抗器組成，兩條并聯(lián)的TCR支路與電容器并聯(lián)構成可控串補裝置；或兩條并聯(lián)的TCR支路串聯(lián)一共用電抗器后再與電容器并聯(lián)構成可控串補裝置。本實用新型結構簡單，控制功能易于實現(xiàn)。
文檔編號H02H9/02GK202309055SQ20112039912
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權日2011年10月19日
發(fā)明者戴朝波, 武守遠, 王宇紅, 胡臻達 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司