一种电压振荡阻尼装置的制作方法

本实用新型涉及电网系统中电压振荡抑制、阻尼相关技术领域，特别是指一种电压振荡阻尼装置。

背景技术：

输电网变电站中的电容器补偿成为不可或缺的部分，发挥着至关重要的作用，但由于在投切过程中往往会发生很多不利于系统运行以及设备安全的问题，导致时常超过了电气设备所能承受的电气应力。合闸时容易出现操作过电压和合闸涌流的现象，开断时也经常出现重燃导致电压过高，远远超过设备所能承受的电压和绝缘性能。电力输电网中是由多种电气设备连接而成的，且每个电气设备承受电气应力(例如电压、电流等)都有一个设计范围限制，超出这个范围就会带来不利影响。

现有的电容器一般只配置避雷器用于保护，但当背对背投切电容器组时，除被操作的电容器组会发生电磁振荡外，非被操作的电容器组也会发生电磁振荡。此时被操作电容器组即便发生了单相重燃，产生的操作过电压不一定能使避雷器放电计数器动作，但产生的过电压与非被操作电容器组电磁振荡产生的电压相叠加，若开关柜内绝缘不良，依然有发生绝缘击穿的可能。同时，在分闸操作中，还有可能在真空泡外壁上产生放电，使真空泡外壁上出现放电痕迹。当真空断路器发生截流时，由于串抗两端产生较高的截流过电压。截流过电压频率较高，电容器相当于被短接，因此过电压会发生传递，能够作用到断路器断口处，同时对回路的绝缘产生极大的危害。

这种暂态或操作引起的过电压以及振荡是叠加与工频量上面的一个或多个电气分量振荡，这些振荡给在正常运行的电气设备带来附加电气应力，危机电气设备的安全运行和使用寿命甚至危机整个电网的安全运行。因此，在实现本申请的过程中，发明人发现现有电网中的暂态操作带来的振荡还没有很好的解决方案，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种电压振荡阻尼装置，能够消除暂态振荡能量，进而保证电网运行的安全可靠，同时延长相应器件的使用寿命。

基于上述目的本实用新型提供的一种电压振荡阻尼装置，主要采用可控硅控制的阻尼回路并联接于电容器两端，该阻尼装置包含电网连接设备、阻尼元件、电力电子器件以及控制单元。所述阻尼元件、电力电子器件以及电网连接设备串联连接形成阻尼回路；所述控制单元连接到所述电力电子器件；

通过电力电子器件可控硅的导通，稳态做微小角度阻尼控制，操作时控制触发角度进行主动限压，消除振荡能量，电容器切除时用于残压快速泄放。并且该装置的电力电子器件工作于在低电压等级，采用变压器进行连接，为了提高放电速度，采用低漏抗的变压器。

所述电网连接设备用于将所述阻尼回路接入到输电系统中；

所述阻尼元件用于阻尼回路中起到阻尼衰减振荡、吸收振荡能量

所述电力电子器件，用于通过控制单元的控制导通改变阻尼回路中阻抗；

所述控制单元用于根据输电系统中电压、功率信号并且通过预设算法得到触发控制指令，然后经过所述电力电子器件改变所述阻尼回路中阻抗。

可选的，所述电网连接设备包括降压变压器；所述降压变压器的低压侧与所述阻尼元件、电力电子器件形成阻尼回路，高压侧并接于电容器两端接入到输电系统中。

可选的，所述降压变压器为低漏抗的变压器。

可选的，所述阻尼元件包括电力电抗器和电阻器；所述电力电抗器和所述电阻器串联连接。

可选的，所述电力电子器件为可控硅，用于通过所述控制单元的控制实现触发导通。

可选的，所述可控电力电子器件包括并联且反向连接的两个可控硅；所述可控硅用于基于所述控制单元的控制调节触发导通。

可选的，所述控制单元包括：

测量模块，用于采集输电系统中的动态功率和电压信号并发送给计算控制模块；

计算控制模块，用于接收测量模块发送的信息并且根据预设的算法相应的计算得到控制指令，将所述控制指令发送给触发模块；

触发模块，用于接收所述计算控制模块发送的控制指令，解析指令编码并且对电力电子器件进行相应的控制操作。

可选的，所述控制单元还包括稳态控制单元；所述稳态控制单元用于在输电系统处于稳态时，控制所述电力电子器件保持稳定状态。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的电压振荡阻尼装置，通过将电力电子器件以及阻尼元件接入到相应的输电系统中，同时通过控制单元实现电力电子器件的调节触发导通，进而使得形成的阻尼回路中的阻尼可调节，进而可以吸收过电压、消除振荡能量。因此，本申请所述电压振荡阻尼装置至少具有如下效果：(1)主动快速吸收输电系统中电容器两端的过电压，消除暂态振荡能量，保护用电设备安全运行；(2)解决常规避雷器保护的局限性，延长真空断路器的使用寿命，且在正常运行下的功耗很小；(3)阻尼回路仅需要较小的容量，即可实现阻尼电压振荡、降低操作过程中的振荡电流及过电压；(4)在电容器组切除过程中，采用该阻尼回路，通过快速、可控的泄放两端电压，有利于降低断路器重燃的可能性。

附图说明

图1为本实用新型提供的电压振荡阻尼装置一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的电压振荡阻尼装置另一个实施例的电路结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

首先，本申请针对于当前输电网中电容器投切存在的振荡问题，提出一种改进的补偿或者消除结构，进而能够适应性的消除振荡带来的不良影响。具体的，参照图1所示，为本实用新型提供的电压振荡阻尼装置一个实施例的结构示意图。所述电压振荡阻尼装置包括：电网连接设备1、阻尼元件2、电力电子器件3以及控制单元4；所述阻尼元件2、电力电子器件3以及电网连接设备1串联连接形成一个封闭的阻尼回路；所述控制单元4连接到所述电力电子器件中；

其中，所述电网连接设备1是电压振荡阻尼装置与输电系统连接的桥梁，用于将所述阻尼回路接入到输电系统中，进而使得本申请所述电压振荡阻尼装置能够消除电容器投切时输电系统中的振荡能量。

可选的，参照图2所示，所述电网连接设备1主要是降压变压器101，所述降压变压器101的高压侧并联连接电容器5。所述降压变压器101用于把电压振荡阻尼回路接入输电系统的高压电容器5的两端。具体的，所述降压变压器101的低压侧与所述阻尼元件2、电力电子器件3形成阻尼回路，高压侧连接电容器5接入到输电系统中。优选的，所述降压变压器为低漏抗的变压器。这样可以提高所述降压变压器的放电速度，进而在电容器5切除时，能够快速释放电容器两端的过电压，避免断路器切除过程中发生重燃现象。

可选的，所述阻尼元件2包括电力电抗器201和电阻器202；所述电力电抗器和所述电阻器串联连接。其中，所述电力电抗器201主要起到吸收输电系统中的非工频振荡能量的作用；所述电阻器202用于提供控制过程的阻尼，抑制可能的控制震荡。

所述电力电子器件3为可控硅，用于通过所述控制单元4的控制改变阻尼回路中阻抗；这样，可以使得阻尼回路根据输电系统的实际状态相应的吸收能量，进而提高整个系统的稳定性和可靠性。需要说明的是，本申请的核心在于形成一个用于吸收能量的阻尼回路，因此任何可用的可控元件均属于本申请的发明思路，本实施例不作详细赘述。

可选的，所述电力电子器件3为可控硅301，用于通过所述控制单元4的控制实现触发导通。所述控制单元4主要是根据动态功率和电压信号综合做出相应的计算和判断，得到相应的触发角控制指令，进而控制所述可控硅301触发导通最终改变阻尼回路阻抗大小，以便阻尼回路能够主动吸收输电系统中的非工频振荡能量，把这些能量消耗掉或转换到工频上去，从而阻尼和衰减振荡。进一步，所述可控硅301包括并联且反向连接的两个可控硅T1、T2；所述可控硅用于基于所述控制单元的控制调节触发角，使得所述可控硅导通。

所述控制单元4用于根据输电系统中的功率和电压信号并且通过预设算法得到控制指令，通过控制所述电力电子器件以改变所述阻尼回路中阻抗。

可选的，所述控制单元4包括：

测量模块401，用于采集输电系统中的动态功率和电压、信号并发送给计算控制模块；这样便于控制单元4发出正确有效控制指令。

计算控制模块402，用于接收测量模块401发送的信息并且根据预设的算法相应的计算得到控制指令，将所述控制指令发送给触发模块403；其中，计算控制模块402主要接收所述测量模块401发出的相关电气量以及位置信号和保护信号等，然后计算判断发出正确的指令，最主要的是发出触发可控硅元件的指令；

触发模块403，用于接收所述计算控制模块402发送的控制指令，解析指令编码并且对电力电子器件进行相应的控制操作。通过接收计算控制模块402发来的触发指令，解析指令编码强制导通可控硅相应导通角，从而改变降压变压器1和阻尼元件2在回路中的有效阻抗，达到实时准确把非工频振荡的能量消耗掉或转换到工频上去。

优选的，所述控制单元4还包括稳态控制单元，图中未显示；所述稳态控制单元用于在输电系统处于稳态时，控制所述可控硅元件保持稳定状态。这样可以使得阻尼回路保持较低的功耗，对输电系统不造成不良影响。

由上述实施例可知，本申请提供的电压振荡阻尼装置，通过将电力电子器件以及阻尼元件接入到相应的输电系统中，同时通过控制单元实现电力电子器件的调节控制，进而使得形成的阻尼回路中的阻尼可调节，进而可以吸收过电压、消除振荡能量。因此，本申请所述电压振荡阻尼装置至少具有如下效果：(1)主动快速吸收输电系统中电容器两端的过电压，消除暂态振荡能量，保护用电设备安全运行；(2)解决常规避雷器保护的局限性，延长真空断路器的使用寿命，且在正常运行下的功耗很小；(3)阻尼回路仅需要较小的容量，即可实现阻尼电压振荡、降低操作过程中的振荡电流及过电压；(4)在电容器组切除过程中，采用该阻尼回路，通过快速、可控的泄放两端电压，有利于降低断路器重燃的可能性。

此外，虽然本申请实施例均采用输电网作为实例进行说明，但是基于本申请所述电压振荡阻尼装置的特性，还可以应用于其余需要消除振荡的系统或者结构中，只是相对来说本申请方案特别适用于变电站高压电容器投切过程主动限压、动态阻尼振荡。

在本申请另一些可选的实施例中，若是电容器正常运行稳态情况下，阻尼回路中的电力电子器件T1或T2处于微小角度控制，能够降低回路损耗。当电容器C投入输电系统的时刻，控制可控电力电子器件的控制单元需要测出动态功率摇摆角度和电压变化量，然后综合做出相应的计算和判断，发出对应的触发角，强制触发电力电子器件导通，进而改变阻尼元件电力电抗器L和电阻器R在阻尼回路的阻抗参数，通过降压变压器TB，把电容器操作过电压以及暂态振荡能量吸收传递到阻尼回路，让阻尼回路消耗、加速衰减合闸涌流中的直流分量及高次谐波分量。其中，电阻器R是提供控制过程阻尼，抑制可能的控制震荡。同理，在电容器C切除时，控制电力电子器件的控制器需要测出动态功率摇摆角度和电压变化量，然后综合做出相应的计算和判断，发出对应的触发角，达到快速泄放切除电容器时两端的过电压，避免断路器切除过程中发生重燃现象。

由上述实施例可知，所述电压振荡阻尼装置通过变压器把暂态振荡能量传递到阻尼回路，以便阻尼回路消耗或加速衰减。有了变压器降压可使电力电子器件在低电压等级运行，大大减少了电力电子器件的数量和成本，加强了电力电子器件运行的可靠性，同时变压器的漏抗比较低，加快了阻尼回路的放电速度。此外，在正常运行时电力电子触发角很微小，所以功耗也很小；经过变压器传递能量后，阻尼回路仅需要较小的容量，即可实现阻尼电压振荡、降低操作过程中的振荡电流及过电压。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本实用新型难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本实用新型难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本实用新型的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本实用新型的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本实用新型。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了具体实施例对本实用新型进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。