专利名称：一种超特高压柔性并联电抗器的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种超特高压柔性并联电抗器，可应用于并 联电抗器的设计制造和建模控制。
背景技术：
中国将在甘肃、江苏、内蒙、河北等地建设7个千万千瓦级的风电基地，打造“风电 三峡工程”；大规模太阳能光伏发电基地将在西北地区建设，新能源基地的电能将通过超高 压线路长距离输送。但是，风电、太阳能发电具有随机性和间歇性的特征，甘肃酒泉风电基 地已运行的50多万KW风电，每分钟基地出力变化率在1. 5 %之内的概率在99 %左右，南方 城市的实测数据显示太阳能每分钟功率变化达到70%的额定功率。电源的不确定性，对 系统的电力平衡、无功和电压控制都带来了巨大的挑战。新能源的这些特点，客观上要求电 网通过技术创新，来适应各类能源接入和送出的传输需要。采用超/特高压长距离输电，可提高线路的输电能力，但由于交流输电线路巨大 的容性充电功率，不同地区水、火电比重不同而导致的系统潮流变化加剧，以及有限的绝缘 裕度，给电网系统的无功调节、过电压抑制提出了较高的要求，使线路的电压调整和控制难 度加大。超特高压可控并联电抗器(controlled shunt reactor，CSR)，具有控制灵活、响应 时间快等特点，不仅可以平滑的调节系统的无功功率、动态补偿线路充电功率、简化系统无 功电压控制，实现真正的柔性输电，还可以抑制工频和操作过电压，降低线路损耗，抑制潜 供电流，消除发电机自励磁以及阻尼系统谐振等多方面功能，从而大大提高系统的稳定性 和安全性，满足超特高压电网稳定、安全和经济运行的需要。因此，可控电抗器是超/特高 压电网中至关重要的无功补偿装置，有非常广阔的应用前景。超特高压电网中应用的可控 高抗主要分两种一种是磁控式的，可以平滑调节，但速度较慢；另一种是分级投切式的， 可以快速投入无功补偿，但精度不足。本发明兼顾两者的优点，既能够快速投入，又能够在 一定范围内平滑调节，具有更大的灵活性，能够适应新能源输电线路的动态功率变化。
发明内容
本发明提出了一种超特高压柔性并联电抗器，可应用于并联电抗器的设计制造和 建模。该设计使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现一定范 围内的平滑精确调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，具有更大的灵活 性，能适应电力系统的功率动态变化。本发明的一种新型柔性并联电抗器装置，将变压器、磁控电抗器和分级投切电抗 器构成体化装置，使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现一 定范围内的平滑精确调节；使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，适应电力系 统的功率动态变化，以及新能源功率的间歇性变化，从而有效抑制工频过电压和操作过电压。其中，单相接线包括变压器Tl、磁控电抗器Xmc、磁控电抗器的直流励磁部分DC、
4电抗器XI，X2，X3、晶闸管组Fl，F2，F3和断路器Kl，K2，K3 ；变压器Tl低压侧的容量配置 电抗器串联磁控电抗器Xmc，再与电抗器XI、X2、X3从上到下串联后接地，其串联电抗的总 电抗最大值是Xmc+Xl+X2+X3 ；磁控电抗器的直流励磁部分DC通过磁耦合与磁控电抗器Xmc 连接；晶闸管组Fl和断路器Kl并联组成第一复合开关，第一复合开关并联在电抗器Xl远 地点到接地之间；晶闸管组F2和断路器K2并联组成第二复合开关，第二复合开关并联在电 抗器X2远地点到接地之间；晶闸管组F3和断路器K3组成第三复合开关，第三复合开关并 联在电抗器X3远地点到接地之间；所述柔性并联电抗器装置的高压侧绕组三相接成“Y”型，直接接到高压电力网络 S上，中性点短接后经电抗器GO接地；三相低压侧绕组首端分别经套管引出，连接磁控电抗 器Xmc和分级的电抗器XI，X2，X3，低压侧绕组末端直接接地；每个晶闸管组组与对应的容 量配置电抗器串联构成晶闸管组F1，F2，F3的支路，各晶闸管组的支路并联连接，配置于低 压侧的电抗器XI，X2，X3与地端之间。其中，当系统传输容量波动剧烈，电压变化幅度大的时候，首先调节断路器K1，K2， Κ3，快速投入无功补偿容量，保证无功补偿的速度；然后调节磁控电抗器的直流励磁部分 DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量，从而改变总体 投入系统的无功补偿容量，实现设定的调节精度；当系统传输容量波形平缓，电压变化幅度 较小的时候，在当前容量范围内，不改变断路器Kl，Κ2，Κ3的状态，小幅度调节磁控电抗器 的直流励磁部分DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入容 量，从而改变总体投入系统的无功补偿容量，实现设定的调节精度。其中，该柔性并联电抗器装置兼有平滑调节和分级投切的互补的功能；其中变压 器结构部分，可采用高短路阻抗结构形式构成，即通过加大变压器的漏抗，将变压器和电抗 器合于一体构成，或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成，或者直接采用普通变压器， 没有外接电抗；其平滑调节的实现在于磁控电抗器Xmc部分的投入容量可通过调节磁控电抗器 的直流励磁部分DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入 容量；分级投切的实现是通过第一、第二和第三复合开关的快速开断或闭合来实现电抗器 Χ1、Χ2、Χ3的投入，其控制策略是第一复合开关闭合时，投入系统感抗Xt = Xfflc ；第二复合开关闭合时，第一复合开关断开，投入系统感抗Xt = Xffl^X1 ；第三复合开关闭合时，第一复合开关和第二复合开关都断开，投入系统感抗Xt =
Xmc+Xl+X2 ；第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关都断开时候，投入系统感抗Xt = XfflC+X1+X2+X3 ；平滑调节和快速分级投切的互补，实现的关键在于该柔性并联电抗器装置的结 构使得磁控电抗器Xmc是串联在每一级电抗器XI，X2，X3之上的，无论电抗器XI，X2，X3的 哪一级投入系统，磁控电抗器Xmc都会在此基础之上进行投入容量的平滑调节；各级电抗 器在低压侧连接的结构，以及各级电抗串联结构的结构，既可降低磁控电抗器Xmc和电抗 器Xl、X2、X3的容量要求，减少电抗器的投资成本，又可实现分压，降低晶闸管组Fl、F2、F3 和断路器Kl、K2、K3的各级耐压要求，从而减少晶闸管组和开关的损坏成本，从而降低设备总体成本，提高设备使用年限和可靠性。本发明的有益效果是本发明属于电力系统无功补偿领域，提出了一种柔性并联电抗器装置。该设计使 得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现一定范围内的平滑精确 调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，具有更大的灵活性，能适应电力系 统的功率动态变化。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是依据本发明的超特高压柔性并联电抗器的单相结构示意图。图2是依据本发明的超特高压柔性并联电抗器的三相结构示意图。
具体实施例方式依据本发明的超特高压柔性并联电抗器主要由附图1来说明，附图1是单相图， 其包括变压器部分、变压器低压侧的容量配置电抗器、晶间管组、断路器和断路器串联电抗 器、磁控电抗器、磁控电抗器的直流励磁部分；最左侧Tl是变压器，变压器左边是高压侧， 右边是低压侧，Xrnc是磁控式电抗器，采用直流励磁，根据调节直流励磁的饱和度来调节输 出容量；XI，X2，X3是分级投切电抗器，通过第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关来 分级改变投入容量。本发明的设计结构使得Xmc是串联在每一级XI，X2，X3之上的，无论 XI，X2，X3哪一级投入系统，Xmc都会在此基础之上进行投入容量的平滑调节。第一复合开关闭合时，投入系统感抗Xt = Xfflc ；第二复合开关闭合时，第一复合开关断开，投入系统感抗Xt = Xffl^X1 ；第三复合开关闭合时，第一复合开关和第二复合开关都断开，投入系统感抗Xt =
Xmc+Xl+X2 ；第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关都断开时候，投入系统感抗Xt = XfflC+X1+X2+X3 ；本发明的柔性并联电抗器装置，其主要创新在于兼有平滑调节和分级投切的互 补。其中变压器结构部分，可以采用高短路阻抗结构形式构成，即通过加大变压器的漏抗， 将变压器和电抗器合于一体构成，或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成，或者直接 采用普通变压器，没有外接电抗。这都不区别于本发明的创新性，在本发明的保护范围之 内。如附图2所示，所述柔性并联电抗器高压侧绕组三相接成“Y”型，直接接到高压网 络上，中性点短接后经电抗器GO接地；三相低压侧绕组首端分别经套管引出，连接磁控电 抗器和分级的电抗器，低压侧绕组末端直接接地；每个晶间管组组与对应的容量配置电抗 器串联构成阀支路，各阀支路并联连接，配置于低压侧的分级电抗器与地端之间。工作方式和控制策略是当系统传输容量波动剧烈，电压变化幅度大的时候，首先 调节复合开关Kl，K2，K3，快速投入无功补偿容量，保证无功补偿的速度；然后调节直流励 磁，改变Xmc的饱和程度，从而改变Xmc的投入容量，从而改变总体投入系统的无功补偿容 量，实现一定的调节精度。
当系统传输容量波形平缓，电压变化幅度较小的时候，可以在当前容量范围内，不 动复合开关，小幅度调节直流励磁，改变Xmc的饱和程度，从而改变Xmc的投入容量，从而改 变总体投入系统的无功补偿容量，实现一定的调节精度。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来 说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅 是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1.一种新型柔性并联电抗器装置，其特征在于将变压器、磁控电抗器和分级投切电抗 器构成一体化装置，使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现 一定范围内的平滑精确调节；使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，适应电力 系统的功率动态变化，以及新能源功率的间歇性变化，从而有效抑制工频过电压和操作过 电压。
2.如权利要求1所述的柔性并联电抗器装置，其特征在于单相接线包括变压器Tl、磁控电抗器Xmc、磁控电抗器的直流励磁部分DC、电抗器XI， X2，X3、晶闸管组Fl，F2，F3和断路器Kl，K2，K3 ；变压器Tl低压侧的容量配置电抗器串联 磁控电抗器Xmc，再与电抗器XI、X2、X3从上到下串联后接地，其串联电抗的总电抗最大值 是Xmc+Xl+X2+X3 ；磁控电抗器的直流励磁部分DC通过磁耦合与磁控电抗器Xmc连接；晶闸 管组Fl和断路器Kl并联组成第一复合开关，第一复合开关并联在电抗器Xl远地点到接地 之间；晶闸管组F2和断路器K2并联组成第二复合开关，第二复合开关并联在电抗器X2远 地点到接地之间；晶闸管组F3和断路器K3组成第三复合开关，第三复合开关并联在电抗器 X3远地点到接地之间；所述柔性并联电抗器装置的高压侧绕组三相接成“Y”型，直接接到高压电力网络S上， 中性点短接后经电抗器GO接地；三相低压侧绕组首端分别经套管引出，连接磁控电抗器 Xmc和分级的电抗器XI，X2，X3，低压侧绕组末端直接接地；每个晶闸管组组与对应的容量 配置电抗器串联构成晶闸管组F1，F2，F3的支路，各晶闸管组的支路并联连接，配置于低压 侧的电抗器XI，X2，X3与地端之间。
3.如权利要求1或2所述的柔性并联电抗器装置，其特征在于当系统传输容量波动剧 烈，电压变化幅度大的时候，首先调节断路器Kl，K2，K3，快速投入无功补偿容量，保证无功 补偿的速度；然后调节磁控电抗器的直流励磁部分DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从 而改变磁控电抗器Xmc的投入容量，从而改变总体投入系统的无功补偿容量，实现设定的 调节精度；当系统传输容量波形平缓，电压变化幅度较小的时候，在当前容量范围内，不改 变断路器Kl，K2，K3的状态，小幅度调节磁控电抗器的直流励磁部分DC，改变磁控电抗器 Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量，从而改变总体投入系统的无功补偿 容量，实现设定的调节精度。
4.如权利要求3所述的柔性并联电抗器装置，其特征在于该柔性并联电抗器装置兼有 平滑调节和分级投切的互补的功能；其中变压器结构部分，可采用高短路阻抗结构形式构 成，即通过加大变压器的漏抗，将变压器和电抗器合于一体构成，或采用普通变压器再外接 电抗器的形式构成，或者直接采用普通变压器，没有外接电抗；其平滑调节的实现在于磁控电抗器Xmc部分的投入容量可通过调节磁控电抗器的直 流励磁部分DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量；分 级投切的实现是通过第一、第二和第三复合开关的快速开断或闭合来实现电抗器X1、X2、X3 的投入，其控制策略是第一复合开关闭合时，投入系统感抗Xt = Xfflc ；第二复合开关闭合时，第一复合开关断开，投入系统感抗Xt = XmJX1 ；第三复合开关闭合时，第一复合开关和第二复合开关都断开，投入系统感抗Xt =Xmc+Xl+X2 ；第一复合开关、第二复合开关、第三复合开关都断开时候，投入系统感抗xt = XfflC+X1+X2+X3 ；平滑调节和快速分级投切的互补，实现的关键在于该柔性并联电抗器装置的结构使 得磁控电抗器Xmc是串联在每一级电抗器XI，X2，X3之上的，无论电抗器XI，X2，X3的哪一 级投入系统，磁控电抗器Xmc都会在此基础之上进行投入容量的平滑调节；各级电抗器在 低压侧连接的结构，以及各级电抗串联结构的结构，既可降低磁控电抗器Xmc和电抗器XI、 X2、X3的容量要求，减少电抗器的投资成本，又可实现分压，降低晶闸管组F1、F2、F3和断路 器ΚΙ、K2、K3的各级耐压要求，从而减少晶闸管组和开关的损坏成本，从而降低设备总体成 本，提高设备使用年限和可靠性。
全文摘要
本发明提出了一种超特高压柔性并联电抗器，可应用于并联电抗器的设计制造和建模。该设计使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现一定范围内的平滑精确调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，具有更大的灵活性，能适应电力系统的功率动态变化。
文档编号H02P13/00GK102130458SQ20111004948
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者郑伟杰 申请人:中国电力科学研究院