CN105977974B - 一种并联混合型静止同步串联补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并联混合型静止同步串联补偿器，包括换流器、固定型偏移补偿装置和串联变压器；换流器串联接入输电线路中，固定型偏移补偿装置与所述换流器并联；或者，换流器与串联变压器的一侧绕组并联；串联变压器的另一侧绕组接入输电线路中，所述一侧绕组两端并联有第一旁路开关；固定型偏移补偿装置与换流器并联或者与所述的另一侧绕组并联。与现有技术相比，本发明提供的一种并联型静止同步串联补偿器，能够显著降低换流器所需容量，节约成本，同时具备限流的功能。

Description

一种并联混合型静止同步串联补偿器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种并联混合型静止同步串联补偿器。

背景技术

静止同步串联补偿器是应用全控器件构成的同步电压源控制器，它主要由换流器、控制器和系统接入设备组成。对于输电系统，由于线路电流等级比较高，SSSC装置通常是通过串联变压器接入到系统中。SSSC向线路串联注入补偿电压，直流侧采用电容器组作为电压支撑元件，除装置本身损耗外，SSSC一般与系统之间不存在有功功率的交换，因此补偿电压相量与线路电流相量相差近似90°。SSSC等效为一同步交流电源，当SSSC注入的可控电压与线路电抗上的压降相位相反或相同，可起到类似串联电容或电感的作用。SSSC容性补偿时，线路有功功率随注入电压幅值的增加而增加；感性补偿时有功功率随注入电压幅值增加而减小。因此SSSC可等效为能快速控制线路功率的容性、感性双向可变阻抗，有着优良的控制性能。国外已投运的的可转换静止补偿器(Convertible Static Compensator，CSC)通过开关操作，能够实现SSSC模式运行，因此可以认为国外已有工程实例。纽约电力公司和美国电科院，西门子公司合作，于2004年6月在纽约州Marcy变电站投运了一套CSC装置(345kV，200MVA)，可实现两套容量各为100MVA的SSSC运行模式。

常规静止同步串联补偿器控制功能灵活而卓越，但其在电力系统中推广使用不具备容量和价格优势。传统电容器、电抗器虽作为线路串联补偿，但灵活性和动作速度都不能满足精确调节的要求。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种并联混合型静止同步串联补偿器。

本发明的技术方案是：

所述静止同步串联补偿器包括换流器、固定型偏移补偿装置和串联变压器；

所述换流器串联接入输电线路中，所述固定型偏移补偿装置与所述换流器并联；

或者，

所述换流器与所述串联变压器的一侧绕组并联；所述串联变压器的另一侧绕组接入输电线路中，所述的另一侧绕组两端并联有第一旁路开关；所述固定型偏移补偿装置与所述换流器并联或者与所述串联变压器的另一侧绕组并联。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述换流器两端并联有第二旁路开关。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述静止同步串联补偿器的第一旁路开关和第二旁路开关包括机械开关或者电力电子开关，或者并联连接的机械开关和电力电子开关。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述固定型偏移补偿装置包括容性偏移型补偿装置、感性偏移型补偿装置或者双向偏移型补偿装置；

所述容性偏移型补偿装置包括串联的电容器单元和第一开关；

所述感性偏移型补偿装置包括串联的电抗器单元和第二开关；

所述双向偏移型补偿装置包括并联的所述容性偏移型补偿装置和感性偏移型补偿装置。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述电容器单元包括一个电容器或者由多个电容器组成的串联电容器组或者由多个电容器组成的并联电容器组；所述并联电容器组包括自动投切开关，该自动投切开关用于投入和退出并联电容器组中的电容器，从而实现并联电容器组的容值调节；

所述电抗器单元包括一个电抗器或者由多个电抗器并联组成的并联电抗器组或者由多个电抗器串联组成的串联电抗器组；所述串联电抗器组的电抗器设置有抽头。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述第一开关和第二开关均包括断路器、隔离开关和电力电子开关中任一种开关或者并联的任两种开关；

所述电力电子开关包括由反向并联的晶闸管组成的晶闸管双向开关，通过改变所述晶闸管的触发角调整所述电抗器单元的等效阻抗。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述容性偏移型补偿装置用于维持所述静止同步串联补偿器工作在容性补偿模式，其电容器单元提供一个正向偏移的稳态运行工作点，所述换流器提供动态工作范围；通过调整电容器单元中电容器的电容值或者串联数量，调节所述稳态运行工作点。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述感性偏移型补偿装置用于维持所述静止同步串联补偿器工作在感性补偿模式，其电抗器单元提供一个反向偏移的稳态运行工作点，所述换流器提供动态工作范围；通过调整电抗器单元中电抗器的电容值或者串联数量，调节所述稳态运行工作点。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述双向偏移型补偿装置包括容性偏移模式和感性偏移模式；

所述容性偏移模式包括：

所述第一开关闭合，第二开断开，则所述双向偏移型补偿装置工作于容性偏移模式；或者，

所述第二开关采用晶闸管双向开关时，通过调整其晶闸管的触发角，使得所述电抗器单元的等效电抗小于所述电容器单元的等效容抗，则所述双向偏移型补偿装置工作于容性偏移模式；

所述感性偏移模式包括：

所述第一开关断开，第二开关闭合，则所述双向偏移型补偿装置工作于感性偏移模式；或者，

所述第二开关采用晶闸管双向开关时，通过调整其晶闸管的触发角，使得所述电抗器单元的等效电抗大于所述电容器单元的等效容抗，则所述双向偏移型补偿装置工作于感性偏移模式。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述换流器均包括两电平换流器、三电平换流器、二极管钳位型换流器、飞跨电容型换流器、模块化多电平换流器、H桥级联型多电平换流器或者电压源型换流器；

所述换流器均采用单相结构、三相结构或者三单相结构。

本发明进一步提供的优选技术方案为：当所述串联变压器采用三绕组变压器时，所述三绕组变压器的一侧绕组与所述换流器并联，一侧绕组与所述固定型偏移补偿装置并联，一侧绕组串联接入输电线路，该一侧绕组两端并联所述第一旁路开关。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种混合型静止同步串联补偿器，能够实现容性、感性双向补偿，补偿模式可以根据系统需求迅速切换；

2、本发明提供的一种混合型静止同步串联补偿器，将电抗器、电容器和全控型电力电子换流器相结合，仅需较小的换流器容量即可实现大范围的容性补偿和感性补偿；

3、本发明提供的一种混合型静止同步串联补偿器，通过开工装置的配置能够在不同运行工况下有效保护混合型静止同步串联补偿器；

4、本发明提供的一种混合型静止同步串联补偿器，能够显著降低换流器所需容量，节约成本，同时具备限流的功能。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种并联混合型静止同步串联补偿器结构示意图；

图2：本发明实施例中另一种并联混合型静止同步串联补偿器结构示意图；

图3：本发明实施例中容性补偿的等值电路图；

图4：本发明实施例中感性补偿的等值电路图。

图5：本发明实施例中感性偏移型补偿装置结构示意图；

图6：本发明实施例中容性偏移型补偿装置结构示意图；

图7：本发明实施例中双向偏移型补偿装置结构示意图；

图8：本发明实施例中另一种双向偏移型补偿装置结构示意图；

图9：本发明实施例中一种并联混合型静止同步串联补偿器的再一种结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明提供的一种并联混合型静止同步串联补偿器进行详细说明。本发明提供的并联混合型静止同步串联补偿器包括换流器、固定型偏移补偿装置和串联变压器，其中，

1、静止同步串联补偿器包括换流器和固定型偏移补偿装置时，换流器串联接入输电线路中，固定型偏移补偿装置与所述换流器并联。

2、静止同步串联补偿器包括换流器、固定型偏移补偿装置和串联变压器时，换流器与串联变压器的一侧绕组并联；串联变压器的另一侧绕组接入输电线路中，的另一侧绕组两端并联有第一旁路开关。固定型偏移补偿装置与换流器并联或者与的另一侧绕组并联。

图1为本发明实施例中一种并联混合型静止同步串联补偿器结构示意图，如图所示，本实施中固定型偏移补偿装置与换流器并联，换流器两端并联有第二旁路开关，静止同步串联补偿器的第一旁路开关和第二旁路开关包括机械开关或者电力电子开关，或者并联连接的机械开关和电力电子开关。

图2为本发明实施例中另一种并联混合型静止同步串联补偿器结构示意图，如图所示，本实施了中固定型偏移补偿装置与串联变压器的另一侧绕组并联，换流器两端并联有第二旁路开关，静止同步串联补偿器的第一旁路开关和第二旁路开关包括机械开关或者电力电子开关，或者并联连接的机械开关和电力电子开关。

本发明中固定型偏移补偿装置包括容性偏移型补偿装置、感性偏移型补偿装置或者双向偏移型补偿装置。其中，

图6为本发明实施例中容性偏移型补偿装置的结构示意图，如图所示，本实施例中容性偏移型补偿装置包括串联的电容器单元和第一开关。电容器单元包括一个电容器或者由多个电容器组成的串联电容器组或者由多个电容器组成的并联电容器组；所述并联电容器组包括自动投切开关，该自动投切开关用于投入和退出并联电容器组中的电容器，从而实现并联电容器组的容值调节。

第一开关包括断路器、隔离开关和电力电子开关中任一种开关或者并联的任两种开关。电力电子开关包括由反向并联的晶闸管组成的晶闸管双向开关，通过改变晶闸管的触发角调整所述电抗器单元的等效阻抗。

本实施例中容性偏移型补偿装置用于维持静止同步串联补偿器工作在容性补偿模式，其电容器单元提供一个正向偏移的稳态运行工作点，换流器提供动态工作范围；通过调整电容器单元中电容器的电容值或者串联数量，调节稳态运行工作点。

图3为本发明实施例中容性补偿的等值电路图，如图所示，本实施例中固定型偏移补偿装置等效为电容，与电压源换流器并联，能够承担部分线路电流并实现容性补偿。

图5为本发明实施例中感性偏移型补偿装置的结构示意图，如图所示，本实施例中感性偏移型补偿装置包括串联的电抗器单元和第二开关。电抗器单元包括一个电抗器或者由多个电抗器并联组成的并联电抗器组或者由多个电抗器串联组成的串联电抗器组；串联电抗器组的电抗器设置有抽头。

第二开关均包括断路器、隔离开关和电力电子开关中任一种开关或者并联的任两种开关。电力电子开关包括由反向并联的晶闸管组成的晶闸管双向开关，通过改变晶闸管的触发角调整所述电抗器单元的等效阻抗。

本实施例中感性偏移型补偿装置用于维持所述静止同步串联补偿器工作在感性补偿模式，其电抗器单元提供一个反向偏移的稳态运行工作点，换流器提供动态工作范围；通过调整电抗器单元中电抗器的电容值或者串联数量，调节稳态运行工作点。

图4为本发明实施例中感性补偿的等值电路图，如图所示，本实施例中固定型偏移补偿装置等效为电感，与电压源换流器并联，能够承担部分线路电流并实现感性补偿。

图7为本发明实施例中双向偏移型补偿装置的结构示意图，如图所示，本实施例中双向偏移型补偿装置包括并联的容性偏移型补偿装置和感性偏移型补偿装置。

本实施例中双向偏移型补偿装置包括容性偏移模式和感性偏移模式；

1、容性偏移模式包括：

第一开关闭合，第二开断开，则双向偏移型补偿装置工作于容性偏移模式；或者，

第二开关采用晶闸管双向开关时，通过调整其晶闸管的触发角，使得电抗器单元的等效电抗小于电容器单元的等效容抗，则双向偏移型补偿装置工作于容性偏移模式。

2、感性偏移模式包括：

第一开关断开，第二开关闭合，则双向偏移型补偿装置工作于感性偏移模式；或者，

第二开关采用晶闸管双向开关时，通过调整其晶闸管的触发角，使得电抗器单元的等效电抗大于电容器单元的等效容抗，则双向偏移型补偿装置工作于感性偏移模式。

本发明中换流器均包括两电平换流器、三电平换流器、二极管钳位型换流器、飞跨电容型换流器、模块化多电平换流器、H桥级联型多电平换流器和电压源型换流器中的任一种；换流器均采用单相结构、三相结构和三单相结构的任一种，应用于三相四线制系统或应用于双回线、多回线时可对应调整换流器结构以配合应用需要。

图8为本发明实施例中双向偏移型补偿装置的另一种结构示意图，如图所示，本实施例中双向偏移型补偿装置包括电容器、电抗器、避雷器MOV、机械开关S和晶闸管开关。其中，电容器、电抗器、避雷器MOV、机械开关S并联，电抗器与晶闸管开关串联，该晶闸管开关包括反向并联的晶闸管THY11和晶闸管THY12。

图9为本发明实施例中并联混合型静止同步串联补偿器的再一种结构示意图，如图所示，本实施例中串联变压器采用三绕组变压器时，该三绕组变压器的一侧绕组与所述换流器并联，一侧绕组与固定型偏移补偿装置并联，一侧绕组串联接入输电线路，该一侧绕组两端并联第一旁路开关。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。同时，本发明并未标注用于保护电容、耦合变压器、换流器及开关装置的避雷器、间隙等设备，不表示装置设计制造及工程实际实施时，不存在这些设备。同时，实际工程实施时，会有许多隔离刀闸、断路器、电流测量设备、电压测量设备。这里没有画出这些设备，不表示工程实际实施时，不存在这些设备。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种并联混合型静止同步串联补偿器，其特征在于，所述静止同步串联补偿器包括换流器、固定型偏移补偿装置和串联变压器；

所述换流器与所述串联变压器的一侧绕组并联；所述串联变压器的另一侧绕组接入输电线路中，所述的另一侧绕组两端并联有第一旁路开关；所述固定型偏移补偿装置与所述换流器并联或者与所述串联变压器的另一侧绕组并联；

所述换流器两端并联有第二旁路开关；

所述静止同步串联补偿器的第一旁路开关和第二旁路开关包括机械开关或者电力电子开关，或者并联连接的机械开关和电力电子开关；

所述固定型偏移补偿装置包括容性偏移型补偿装置、感性偏移型补偿装置或者双向偏移型补偿装置；

所述容性偏移型补偿装置包括串联的电容器单元和第一开关；

所述感性偏移型补偿装置包括串联的电抗器单元和第二开关；

所述双向偏移型补偿装置包括并联的所述容性偏移型补偿装置和感性偏移型补偿装置；

所述电容器单元包括一个电容器或者由多个电容器组成的串联电容器组或者由多个电容器组成的并联电容器组；所述并联电容器组包括自动投切开关，该自动投切开关用于投入和退出并联电容器组中的电容器，从而实现并联电容器组的容值调节；

所述电抗器单元包括一个电抗器或者由多个电抗器并联组成的并联电抗器组或者由多个电抗器串联组成的串联电抗器组；所述串联电抗器组的电抗器设置有抽头；

所述第一开关和第二开关均包括断路器、隔离开关和电力电子开关中任一种开关或者并联的任两种开关；

所述电力电子开关包括由反向并联的晶闸管组成的晶闸管双向开关，通过改变所述晶闸管的触发角调整所述电抗器单元的等效阻抗。

2.如权利要求1所述的一种并联混合型静止同步串联补偿器，其特征在于，所述容性偏移型补偿装置用于维持所述静止同步串联补偿器工作在容性补偿模式，其电容器单元提供一个正向偏移的稳态运行工作点，所述换流器提供动态工作范围；通过调整电容器单元中电容器的电容值或者串联数量，调节所述稳态运行工作点。

3.如权利要求1所述的一种并联混合型静止同步串联补偿器，其特征在于，所述感性偏移型补偿装置用于维持所述静止同步串联补偿器工作在感性补偿模式，其电抗器单元提供一个反向偏移的稳态运行工作点，所述换流器提供动态工作范围；通过调整电抗器单元中电抗器的电容值或者串联数量，调节所述稳态运行工作点。

4.如权利要求1所述的一种并联混合型静止同步串联补偿器，其特征在于，所述双向偏移型补偿装置包括容性偏移模式和感性偏移模式；

所述容性偏移模式包括：

所述第一开关闭合，第二开关断开，则所述双向偏移型补偿装置工作于容性偏移模式；或者，

所述第二开关采用晶闸管双向开关时，通过调整其晶闸管的触发角，使得所述电抗器单元的等效电抗小于所述电容器单元的等效容抗，则所述双向偏移型补偿装置工作于容性偏移模式；

所述感性偏移模式包括：

所述第一开关断开，第二开关闭合，则所述双向偏移型补偿装置工作于感性偏移模式；或者，

所述第二开关采用晶闸管双向开关时，通过调整其晶闸管的触发角，使得所述电抗器单元的等效电抗大于所述电容器单元的等效容抗，则所述双向偏移型补偿装置工作于感性偏移模式。

5.如权利要求1所述的一种并联混合型静止同步串联补偿器，其特征在于，所述换流器均包括两电平换流器、三电平换流器、二极管钳位型换流器、飞跨电容型换流器、模块化多电平换流器、H桥级联型多电平换流器或者电压源型换流器；

所述换流器均采用单相结构、三相结构或者三单相结构。

6.如权利要求1所述的一种并联混合型静止同步串联补偿器，其特征在于，当所述串联变压器采用三绕组变压器时，所述三绕组变压器的一侧绕组与所述换流器并联，一侧绕组与所述固定型偏移补偿装置并联，一侧绕组串联接入输电线路，该一侧绕组两端并联所述第一旁路开关。