一种基于双tcr支路并联的可控串补装置的制作方法

文档序号:7449192阅读:455来源:国知局
专利名称:一种基于双tcr支路并联的可控串补装置的制作方法
技术领域
本实用新型属于灵活交流输电领域中的可控串补(Thyristor Controlled Series Capacitor, TCSC)领域,具体涉及一种基于双TCR支路并联的可控串补装置。
背景技术
目前,我国已开始建设IOOOkV特高压输电网络,并已投运了 IOOOkV晋东南一南阳一荆门特高压交流试验工程。特高压交流输电在输送容量、输送距离、功率损耗等方面具有明显的优势。但是,由于特高压线路本身所具有的长距离、大容量等特征,以及受限于系统暂态稳定性等要求,使得部分特高压输电线路的输电能力受到了限制,很难发挥出其应有的优势。借助超高压电网的发展经验,在特高压输电线路上加装串补装置,可显著提升特高压输电线路的输送能力,提高所在系统的暂态稳定性,从而在一定程度上解决特高压线路所存在的一些问题。通常,串联补偿技术分为两种,即固定串补(Fixed Series Capacitor, FSC)和可控串补。固定串补设备简单,安全可靠,在设计合理的情况下能满足一般电力系统对容性阻抗补偿的需求。目前,我国已经开展了特高压固定串补技术的研究和关键设备的研制工作, 并将于2011年年底投入运行。但是,固定串补装置的补偿阻抗固定,线路的补偿度不能进行灵活地调整,且固定串补装置可能引发次同步谐振(Sub-Synchronous Resonance, SSR), 对电力系统的安全运行造成一定威胁。可控串补装置可在一定程度上避免上述问题。可控串补技术利用对晶闸管阀的触发控制,实现对串联补偿阻抗以及线路补偿度的灵活调节, 使得系统的静态、暂态和动态性能得到明显改善。可控串补固有的次同步频率阻抗特性,能改善系统的次同步频率阻尼特性,从而在一定程度上降低发生次同步谐振的风险。因此,在特高压线路或750kV输电线路加装可控串补装置,相比固定串补有着显著的技术优势。申请号为CN201010612594.3,发明名称为“一种基于可控串补的故障限流装置” 的发明专利申请,公开的装置由金属氧化物限压器、电容、并联电感、反并联晶闸管、固态开关和与开关并联的串联限流电感构成。该装置的可控串补结构仅包括一条阀控电抗器 (Thyristor Controlled Reactor,TCR)支路,其中TCR支路由反并联晶闸管和串联电感组成,可控串补为线路提供感性或容性无功功率,由于此装置可控串补结构的晶闸管阀通流能力的限制,阻碍了装置在特高压和750kV输电线路的应用。现阶段,只有在500kV及以下电压等级的线路上加装可控串补的工程实例,对于特高压和750kV输电线路,尚没有加装可控串补装置的工程实例。现有的可控串补工程的额定电流一般在1000A 3000A之间,而特高压输电线路的传输容量大,可控串补装置的额定电流应在5000A 6300A之间;750kV输电线路的可控串补额定电流也在4000A以上。而现有的已运用于工程的晶闸管阀,其最大通流能力仅能达到4500A左右,不能满足特高压输电线路加装可控串补对晶闸管阀的要求;对于750kV交流输电线路,当额定电流较高时, 亦不能满足要求。若采用具有更大通流能力的晶闸管阀,则取决于电力电子器件的技术进
步ο发明内容本实用新型目的在于针对上述问题,提供一种基于双TCR支路并联的可控串补装 置,TCR支路即阀控电抗器(Thyristor Controlled Reactor, TCR)支路;可控串补装置通 过两条TCR支路的并联,使得流过每条TCR支路的电流小于现有的晶闸管阀的最大额定电 流,降低特高压和750kV输电线路对串补装置导通能力的要求。为实现上述发明目的,本实用新型采取的技术方案为一种基于双TCR支路并联的可控串补装置,所述串补装置包括电容器;其改进之 处在于所述串补装置包括两条并联的TCR支路,两条并联的TCR支路与所述电容器并联;每 条TCR支路由反并联的两个晶闸管阀与电抗器串联组成。其中两条并联的TCR支路串联一电抗器再与电容器并联。由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本实用新型的有益效果包括1)本申请采用两条TCR支路并联的方法,使得流过每条TCR支路的电流较小,从而 解决了现有晶闸管阀在特高压可控串补中通流能力不足的问题,提供了一种新的适用于特 高压线路的可控串补实现方案;2)采用了幅值相等的控制策略,使得两条TCR支路导通电流幅值相等,尽可能地 实现了均流;3)阻抗控制效果与以往只用一条TCR支路的常规可控串补基本一致,建立了幅值 相等条件下,新可控串补方案中基波阻抗与触发角的关系,并通过查表和PI环节,使之能 够满足对阻抗控制的要求;4)所有的控制环节简单,均采用线性控制,在工程中容易实现,且控制稳定性好, 可用于特高压和750kV输电线路,具有良好的通用性;
以下结合附图对本实用新型进一步说明。

图1是双TCR支路并联方案一;图2是双TCR支路并联方案二 ;图3是双TCR支路TCSC相关变量时序图;图4是支路2电流幅值与触发角的关系曲线;图5是幅值相等控制策略控制原理框图;图6是阻抗控制策略控制原理框图;图7是实例仿真主电路图;图8是初始命令阻抗为1. 2p. u.时波形图;图9是命令阻抗由1. 2p. u.阶跃至2. Op. u.时波形图;附图标记Q1, Q2为晶闸管触发角初始值;2^为晶闸管导通角;f为系统频率;L1、L2为电抗器电抗值;[0030]c为电容;Ilfflax, I2fflax为支路电流的幅值;i*lmax, i*2max为支路电流的标幺值。
具体实施方式
下面结合实例对本实用新型进行详细的说明。本实用新型的目的是,针对特高压输电线路,提出一种可控串补实现方案,同时提出了相应的控制目标,以及为达到控制目标所采用的控制策略。本实用新型采用两条并联的TCR支路作为调节可控串补装置基波阻抗的技术手段。两条TCR支路的并联方式,本实用新型提出两种方案,分别如图1和图2所示。图1中的技术方案,两个晶闸管阀经反并联后,与一电抗器串联,从而构成一条 TCR支路,之后两条TCR支路再进行并联。理论上两条TCR支路上的电抗器电抗值应相等。 在两条支路都导通的情况下,两条并联的TCR支路对外等效感抗能满足可控串补装置的调节要求。图2中的技术方案,两条TCR支路除了各自串有的独立电抗器之外,在并联后串联一共用电抗器,在两条支路都导通的情况下,三个电抗器通过串并联后,其对外等效感抗能满足可控串补装置的调节要求。此方案较图1方案,区别在于由于有一共用电抗器,并联的两条TCR支路上的阀串电抗器所需电抗值较小,从而减少了电抗器制造的绝对误差等所带来的不平衡,更有利于均流。本实用新型相应地提出了两条TCR支路并联的均流控制目标,以使得两条并联的 TCR支路尽可能地均流。通过相应的控制环节,分别使得两条TCR支路的电流幅值相等,使得两条TCR支路的电流有效值相等,使得两条TCR支路的电流平均值相等,从而达到均流的目的。本实用新型亦相应地提出了支路电流幅值相等的控制方法作为可控串补实现方案的控制策略。在工程实际中,两条TCR支路所串电抗器的电抗值不可能完全相等,因此, 若简单采用同时触发的控制策略,流过两条TCR支路的电流将出现不平衡。为了保证两条支路电流的均衡,本实用新型采用晶闸管不同时触发,最终令两条支路电流幅值相等的方法进行控制。在电流幅值达到相等后,整个可控串补装置的基波阻抗亦能达到所需的阻抗值。以图1中的方案为例进行说明,具体包括以下步骤1.分析本实用新型提出的拓扑原理图(不妨SL1CL2),得出其数学模型,再通过对数学模型的分析,建立可控串补实现方案中基波阻抗Z与触发角CI1W阻抗特性表。该表是本实用新型中新提出来的,与以往的单支路可控串补阻抗关系表有所不同。2.阻抗命令下达后,通过阻抗控制环节,查表得出相应的触发角,作为该命令阻抗下两条支路的晶闸管触发角初始值。3.此时两个晶闸管触发角相等,即同时导通,两条支路将出现不均流,电流幅值应不相等。4.对于电流幅值较大的TCR支路1,保持其现有的触发角α工不变。5.对于电流幅值较小的TCR支路2,依据两个支路的电流幅值之差及阻抗命令,通过相应的控制环节,使该支路晶闸管触发角Ci2最终达到一新的稳态值。在新的稳态触发角下,两条支路电流的幅值相等,且基波阻抗值亦能满足控制要求。6.若有新的阻抗阶跃命令下达,则通过阻抗特性表查得触发角Ci1,通过步骤(5) 获得触发角α 2,以此实现对基波阻抗和电流幅值的控制。实施例1 1. TCR支路电流幅值的获得采用检测电容电压过零点来产生采样信号脉冲,对TCR支路电流进行采样。从图 3时序图可以看出,当电容电压U。过零时,TCR支路的电流(图中、和、)绝对值达到最大。利用这个关系,通过检测电容电压过零点,产生一个采样脉冲信号,对两个TCR支路的电流分别进行采样,获得的采样值后,取绝对值,作为两个支路电流的幅值,并在以下的算法和控制策略中进行使用。2.两TCR支路电流幅值相等的控制以图1所示的并联方案为例(不妨设L1 < L2),对支路电路电流幅值相等的具体实施方式
进行说明。命令阻抗下达后,利用阻抗特性表Tablel查得两个支路的晶闸管触发角初始值 Ci1= α2。因为L1SL2,所以,此时两支路电流的幅值ilmax>i2max。之后,令Ci1保持不变, 而对α 2的值进行调整控制,以使ilmax = i2max。对于某一给定的α !角度,由电路的拓扑结构和数学推导,可以得出相应的i2max的值,由式(1)求得
权利要求1.一种基于双TCR支路并联的可控串补装置,所述串补装置包括电容器;其特征在于所述串补装置包括两条并联的TCR支路,两条并联的TCR支路与所述电容器并联;每条TCR 支路由反并联的两个晶闸管阀与电抗器串联组成。
2.如权利要求1所述的一种基于双TCR支路并联的可控串补装置,其特征在于两条并联的TCR支路串联一电抗器L3再与电容器并联。
专利摘要本实用新型提供了一种基于双TCR支路并联的可控串补装置,属于灵活交流输电领域中的可控串补领域。可控串补装置采用两条TCR支路并联,使得流过每条TCR支路的电流较小,从而解决了现有晶闸管阀在特高压可控串补中通流能力不足的问题。TCR支路,由两个反并联晶闸管阀串联一个电抗器组成,两条并联的TCR支路与电容器并联构成可控串补装置;或两条并联的TCR支路串联一共用电抗器后再与电容器并联构成可控串补装置。本实用新型结构简单,控制功能易于实现。
文档编号H02H9/02GK202309055SQ20112039912
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者戴朝波, 武守远, 王宇红, 胡臻达 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司
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