一种T型混合柔性调谐装置的制作方法

本发明涉及半波长交流输电技术领域，具体涉及一种T型混合柔性调谐装置。

背景技术：

半波长交流输电(Half Wavelength AC Transmission，HWACT)是指输电的电气距离接近1个工频半波长，即3000km(50Hz)或2600km(60Hz)的超远距离的三相交流输电。随着超远距离、大功率传输需求的不断增加，半波长交流输电技术尤其是特高压半波长交流输电再次受到众多关注和研究。无损情况下的半波长交流线路就像一台变比为-1.0的理想变压器，首端电压和末端电压大小相同、相位相反。同时，半波长交流输电技术还具有下述优点：一是半波长交流输电线路的功率因数相对较高，且在输电距离等于或稍大于半波长的情况下，其结构比现有的超远距离交、直流输电系统都更为简单；再者，对于发展中国家而言，交流输电设备的制造比换流装置的引进、运行和维护更为简单、经济。

半波长交流输电线路受客观条件的限制，实际线路的自然长度难以正好是半个波长。当线路长度不足半波长时，需要使用调谐电路或补偿电路对输电线路的电气长度进行人工补偿，以达到人造半波长交流输电线路的目的。目前，现有的半波长交流输电补偿方案是基于无源型网络进行输电线路调谐，如图1所示的T型调谐装置和图2所示的π型调谐装置。但是，这两种调谐方案在一定程度上限制了半波长交流输电技术的发展和应用，一是由于无源调谐电路对系统结构、运行方式或参数变化的适应性相对较差，容易失去半波长特性；二是由于无源调谐电路内部发生短路故障时，易引发谐振，产生幅值很高的过电压，这要求线路和设备提高相应的绝缘要求，或者要求安装相应的过电压限制措施来抑制线路的过电压。

技术实现要素：

针对现有技术中无源型调谐电路的缺陷，本发明提供了一种T型混合柔性调谐装置。

本发明的技术方案是：

所述调谐装置安装在交流输电系统中，包括一个容性补偿单元和两个感性补偿单元；所述容性补偿单元的一端接入串联的所述两个感性补偿单元之间，另一端接地；

所述调谐装置包括静止同步补偿器STATCOM和/或静止同步串联补偿器SSSC；

所述静止同步补偿器STATCOM并联接入所述两个感性补偿单元之间的输电线路，所述静止同步串联补偿器SSSC串联接入所述感性补偿单元一侧的输电线路中。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置中静止同步补偿器STATCOM和静止同步串联补偿器SSSC的组合配置方式包括：

第一组合配置方式：所述调谐装置仅包括一组静止同步串联补偿器SSSC；

第二组合配置方式：所述调谐装置仅包括一组静止同步补偿器STATCOM；

第三组合配置方式：所述调谐装置包括一组静止同步串联补偿器SSSC和一组静止同步补偿器STATCOM；

第四组合配置方式：所述调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC；

第五组合配置方式：所述调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC和一组静止同步补偿器STATCOM。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述静止同步补偿器STATCOM接入所述输电线路的并联方式包括：

所述静止同步补偿器STATCOM直接并联接入输电线路；或者，

所述静止同步补偿器STATCOM通过变压器并联接入输电线路，且增大所述静止同步补偿器STATCOM的容性输出量。

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SSSC接入所述输电线路的串联方式包括：

所述静止同步串联补偿器SSSC直接串联接入所述输电线路；或者，

所述静止同步串联补偿器SSSC通过变压器串联接入所述输电线路，且减小所述静止同步串联补偿器SSSC的感性输出量。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置安装在交流输电系统时，其配置方式包括：

配置在交流线路的送端；或者，

配置在交流线路的受端；或者，

配置在交流线路的送端和受端；或者，

配置在交流线路的中段。

本发明进一步提供的优选技术方案为：

所述调谐装置配置在交流线路送端时，对交流输电系统进行柔性调谐控制、柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制；

所述调谐装置配置在交流线路受端时，对交流输电系统进行柔性调谐控制、柔性并网控制、暂态过电压抑制和稳态电压控制；

所述调谐装置配置在交流线路中段时，对交流输电系统进行柔性调谐控制、暂态过电压抑制和稳态电压控制。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置对交流输电系统进行柔性调谐控制，使其符合半波长交流输电系统的要求，包括：

将所述静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为所述交流输电系统的一个串联电感/串联电抗；将所述静止同步补偿器STATCOM的输出等效为所述交流输电系统的一个并联电容；

控制所述静止同步串联补偿器SSSC和所述感性补偿单元共同输出所述半波长交流输电系统所需的电感值；控制所述静止同步补偿器STATCOM和所述容性补偿单元共同输出所述半波长交流输电系统所需的电容值。

本发明进一步提供的优选技术方案为：当所述交流输电系统的线路结构、参数和/或运行方式改变时，通过调整所述静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电感值和所述静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值，使得所述交流输电系统的电感值和电容值符合所述半波长交流输电系统的要求。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置对交流输电系统进行柔性调谐使其符合半波长交流输电系统的要求后，对所述交流输电系统进行柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC和一组静止同步补偿器STATCOM，该装置对交流输电系统进行柔性并网控制包括：

将远离并网处的静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电感/串联电抗，靠近并网处的静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电压，控制所述静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电压值，使得并网的两个交流电源的电压相同、相位一致；

当所述靠近并网处的静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电压值达到其最大值时，调整所述远离并网处的静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电压，两个所述静止同步串联补偿器SSSC共同控制交流电源并网。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置对交流输电系统进行柔性并网控制的过程中：

当所述交流输电系统并网完成且由暂态运行过渡至稳态运行时，将所述静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电感/串联电抗，控制所述静止同步串联补偿器SSSC和所述感性补偿单元共同输出所述半波长交流输电系统所需的电感值；

在所述交流输电系统并网，及由暂态运行过渡至稳态运行的过程中，调整所述静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值，以降低并网处扰动的发生。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置的柔性并网方式包括：

送端交流电源接入所述交流输电系统后，所述交流输电系统再与受端交流电源并网；

或者，

受端交流电源接入所述交流输电系统后，所述交流输电系统再与送端交流电源并网。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置安装在交流线路的送端，对交流输电系统进行功率因数补偿包括：

将所述静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个并联电容，控制所述静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值补偿交流输电系统的无功功率。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置对交流输电系统进行暂态过电压抑制包括：

将所述静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个并联电抗，控制所述静止同步补偿器STATCOM吸收交流输电系统的无功功率，以抑制线路的工频过电压。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置对交流输电系统进行稳态电压控制包括：

当交流输电系统的线路电压偏低时，将所述静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个并联电容，控制所述静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值补偿交流输电系统的无功功率，以支撑所述线路电压；

当交流输电系统的线路电压偏高时，将所述静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个容值较小的并联电容，或者等效为一个并联电感/电抗，控制所述静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值或者等效电感值补偿交流输电系统的无功功率，以支撑所述线路电压。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述静止同步补偿器STATCOM的输出量包括基本输出量和额外输出量；

依据静止同步补偿器STATCOM对所述交流输电系统进行柔性调谐控制的要求，及其接入所述交流输电系统的并联方式确定所述基本输出量；

依据静止同步补偿器STATCOM对所述交流输电系统进行柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制的要求确定所述额外输出量。

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SSSC的输出量包括基本输出量和额外输出量；

依据静止同步串联补偿器SSSC对所述交流输电系统进行柔性调谐控制的要求，及其接入所述交流输电系统的串联方式确定所述基本输出量；

依据静止同步串联补偿器SSSC对所述交流输电系统进行柔性并网控制所述额外输出量。

本发明进一步提供的优选技术方案为：所述调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC时，二者的输出量相同或者不同。

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T型混合柔性调谐装置，其静止同步补偿器STATCOM和静止同步串联补偿器SSSC能够灵活调节各自的输出，以适应输电线路的结构、参数和运行方式的变化，确保输电线路呈现半波长输电系统的特性，同时还可具备功率因数补偿、柔性并网控制、暂态过电压抑制和稳态电压控制等功能；

2、本发明提供的一种T型混合柔性调谐装置，相对于普通的电力系统并网方式，通过静止同步串联补偿器SSSC和静止同步补偿器STATCOM能够灵活调节半波长输电线路的电压大小和相位，因此，柔性并网仅需要关注电压相序和频率即可，从而减少了调节两个待并网交流系统/交流电源的电压大小相同和相位一致所增加的工作量，降低了并网的技术要求。

附图说明

图1：T型调谐装置示意图；

图2：π型调谐装置示意图；

图3：本发明实施例中一种T型混合柔性调谐装置示意图；

图4：本发明实施例中T型混合柔性调谐装置配置在交流线路的送端和受端示意图；

图5：本发明实施例中T型混合柔性调谐装置配置在交流线路的中段示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种T型混合柔性调谐装置进行说明。

图3为本发明实施例中一种T型混合柔性调谐装置示意图，如图所示，本实施例中调谐装置包括一个容性补偿单元、两个感性补偿单元、静止同步补偿器STATCOM和/或静止同步串联补偿器SSSC，容性补偿单元的一端接入串联的两个感性补偿单元之间，另一端接地。其中，

容性补偿单元包括一个并联电容，感性补偿单元包括一个串联电感；

静止同步补偿器STATCOM并联接入两个感性补偿单元之间的输电线路；

静止同步串联补偿器SSSC串联接入感性补偿单元一侧的输电线路中。

本发明中调谐装置中静止同步补偿器STATCOM和静止同步串联补偿器SSSC包括五种组合配置方式，具体为：

第一组合配置方式：调谐装置仅包括一组静止同步串联补偿器SSSC；

第二组合配置方式：调谐装置仅包括一组静止同步补偿器STATCOM；

第三组合配置方式：调谐装置包括一组静止同步串联补偿器SSSC和一组静止同步补偿器STATCOM；

第四组合配置方式：调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC；

第五组合配置方式：调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC和一组静止同步补偿器STATCOM。

本发明中静止同步补偿器STATCOM接入输电线路的并联方式包括：

(1)静止同步补偿器STATCOM直接并联接入输电线路。

(2)静止同步补偿器STATCOM通过变压器并联接入输电线路，且增大静止同步补偿器STATCOM的容性输出量。本实施例中半波长输电线路的电压等级较高，静止同步补偿器STATCOM通过升压变压器接入输电线路中，同时当静止同步补偿器STATCOM通过变压器接入输电线路后，变压器的短路阻抗相当于减小了并联电容的值，因此，需要相应地增大静止同步补偿器STATCOM的容性输出量。

本发明中静止同步串联补偿器SSSC接入输电线路的串联方式包括：

(1)静止同步串联补偿器SSSC直接串联接入输电线路。

(2)静止同步串联补偿器SSSC通过变压器串联接入输电线路，且减小静止同步串联补偿器SSSC的感性输出量。本实施例中半波长输电线路的线路电流较大，静止同步串联补偿器SSSC通过变压器接入输电线路中，同时当静止同步串联补偿器SSSC通过变压器接入输电线路后，变压器的漏感增加了串联电感的值，因此，可以相应地减小静止同步串联补偿器SSSC的感性输出量。

本发明中调谐装置安装在交流输电系统时，包括五种配置方式，具体为：

(1)配置在交流线路的送端。

本实施例中将调谐装置配置在交流线路送端时，对交流输电系统进行柔性调谐控制、柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制。

(2)配置在交流线路的受端。

图4为发明实施例中T型混合柔性调谐装置配置在交流线路的送端和受端示意图，如图所示，本实施例中将调谐装置配置在交流线路受端时，对交流输电系统进行柔性调谐控制、柔性并网控制、暂态过电压抑制和稳态电压控制。

(3)配置在交流线路的送端和受端。

(4)配置在交流线路的中段。

图5为本发明实施例中T型混合柔性调谐装置配置在交流线路的中段示意图，如图所示，本实施例中将调谐装置配置在交流线路中段时，对交流输电系统进行柔性调谐控制、暂态过电压抑制和稳态电压控制。

本发明中调谐装置对交流输电系统进行柔性调谐使其符合半波长交流输电系统的要求后，对交流输电系统进行柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制。下面分别对柔性调谐控制、柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制进行具体说明。

1、柔性调谐控制

本实施例中调谐装置对交流输电系统进行柔性调谐控制，使其符合半波长交流输电系统的要求，具体包括：

步骤S11：对静止同步串联补偿器SSSC进行感性调节，将其输出等效为交流输电系统的一个串联电感/串联电抗；对静止同步补偿器STATCOM进行容性调节，将其输出等效为交流输电系统的一个并联电容；

步骤S12：控制静止同步串联补偿器SSSC和感性补偿单元共同输出所述半波长交流输电系统所需的电感值；控制静止同步补偿器STATCOM和容性补偿单元共同输出半波长交流输电系统所需的电容值。

需要说明的是：

当交流输电系统的线路结构、参数和/或运行方式改变时，通过调整静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电感值和静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值，从而使总的电容值和电感值满足变化后的半波长交流输电系统的调谐，最终使整个系统呈现半波长交流输电系统特性，即实现柔性调谐。

2、柔性并网控制

电力系统并网主要包括四个条件，具体是：

(1)并网的两个交流系统/交流电源的频率相同。

(2)并网的两个交流系统/交流电源的电压大小相同，最大偏差应该在5％以内。

(3)并网的两个交流系统/交流电源的相序相同。

(4)并网的两个交流系统/交流电源的电压相位相同。

下面以图3所示的调谐装置对柔性并网控制进行说明。设定本实施例中交流输电系统满足电力系统并网条件(1)和(3)，且调谐装置包括两组静止同步串联补偿器SSSC和一组静止同步补偿器STATCOM。该装置对交流输电系统进行柔性并网控制，具体包括：

对远离并网处的静止同步串联补偿器SSSC进行感性调节，将其输出等效为一个串联电感/串联电抗，靠近并网处的静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电压，控制静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电压值，使得并网的两个交流电源的电压相同、相位一致。本实施例中一个待并网的交流系统/交流电源附加静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电压后，使得两个待并网的交流系统/交流电源的电压相位一致，从而满足电力系统并网的四个条件。

本实施例中调谐装置的柔性并网方式包括：

送端交流电源接入交流输电系统后，交流输电系统再与受端交流电源并网；或者，受端交流电源接入交流输电系统后，交流输电系统再与送端交流电源并网。

需要说明的是：

(1)当靠近并网处的静止同步串联补偿器SSSC输出的等效电压值达到其最大值时，调整远离并网处的静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电压，两个静止同步串联补偿器SSSC共同控制交流电源并网。

(2)当交流输电系统并网完成且由暂态运行过渡至稳态运行时，将静止同步串联补偿器SSSC的输出等效为一个串联电感/串联电抗，控制静止同步串联补偿器SSSC和感性补偿单元共同输出半波长交流输电系统所需的电感值；

在交流输电系统并网，及由暂态运行过渡至稳态运行的过程中，调整静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值，以降低并网处扰动的发生。

本实施例中柔性并网控制相对于普通的电力系统并网方式，通过静止同步串联补偿器SSSC和静止同步补偿器STATCOM能够灵活地调节半波长输电线路的电压大小和相位。因此柔性并网仅需要关注电压相序和频率即可，从而减少了调节两个待并网交流系统/交流电源的电压大小相同和相位一致所增加的工作量，降低了并网的技术要求。

3、功率因数补偿

下面以图3所示的调谐装置对柔性并网控制进行说明，设定调谐装置安装在交流线路的送端。该装置对交流输电系统进行功率因数补偿包括：

将静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个并联电容，控制静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值补偿交流输电系统的无功功率。

需要说明的是：送端交流电源的功率因数发生变化时，可以调整静止同步补偿器STATCOM的输出，进而使并联电容和静止同步补偿器STATCOM同时满足柔性调谐和功率因数补偿的要求。

4、暂态过电压抑制

下面以图3所示的调谐装置对柔性并网控制进行说明。该装置对交流输电系统进行暂态过电压抑制包括：

将静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个并联电抗，控制静止同步补偿器STATCOM吸收交流输电系统的无功功率，以抑制线路的工频过电压。

例如，交流输电系统发生单相接地故障或者末端出现三相甩负荷等工况引起工频过电压时，可以通过该调谐装置进行暂态过电压抑制。

5、稳态电压控制

下面以图3所示的调谐装置对柔性并网控制进行说明。该装置对交流输电系统进行稳态电压控制包括：

当交流输电系统的线路电压偏低时，将静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个并联电容，控制静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值补偿交流输电系统的无功功率，以支撑线路电压；

当交流输电系统的线路电压偏高时，将静止同步补偿器STATCOM的输出等效为一个容值较小的并联电容，或者等效为一个并联电感/电抗，控制静止同步补偿器STATCOM输出的等效电容值或者等效电感值补偿交流输电系统的无功功率，以支撑线路电压。

本发明中静止同步补偿器STATCOM的输出量包括基本输出量和额外输出量，其中：

依据静止同步补偿器STATCOM对交流输电系统进行柔性调谐控制的要求，及其接入交流输电系统的并联方式确定基本输出量。

依据静止同步补偿器STATCOM对交流输电系统进行柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制的要求确定额外输出量。例如可以依据柔性并网控制、功率因数补偿、暂态过电压抑制和稳态电压控制中的任一项、两项、三项或四项的要求确定额外输出量。

需要说明的是：图3所示的调谐装置的两组静止同步串联补偿器SSSC时，二者的输出量相同或者不同。

本发明中静止同步串联补偿器SSSC的输出量包括基本输出量和额外输出量，其中：

依据静止同步串联补偿器SSSC对交流输电系统进行柔性调谐控制的要求，及其接入交流输电系统的串联方式确定所述基本输出量。

依据静止同步串联补偿器SSSC对交流输电系统进行柔性并网控制额外输出量。

本发明提供的一种T型混合柔性调谐装置的静止同步补偿器STATCOM和静止同步串联补偿器SSSC能够灵活调节各自的输出，以适应输电线路的结构、参数和运行方式的变化，确保输电线路呈现半波长输电系统的特性，同时还可具备功率因数补偿、柔性并网控制、暂态过电压抑制和稳态电压控制等无源型调谐电路。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。