专利名称：基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置及其投切方法
技术领域：
本发明属于电力系统的无功补偿与电力滤波技术领域，特别涉及一种用于高压电力系统的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置及其投切方法。
背景技术：
对于高压(例如10_35kV)电力系统，当需无功补偿容量在大范围变动时，传统方案之一是采用“正向工作制”，用6%电抗率的单调谐支路直接投切到电力系统中，其优点是结构简单，但其缺点是投入时涌流较大、持续时间长，甚至会激发谐振。方案之二是采用“反向工作制”，如ZL200820135702.0实用新型专利所披露的采用基于磁阀式可控电抗器的SVC无功补偿方案，它的缺点是当需要补偿的无功功率很小甚至为0时，磁阀式可控电抗器吸收的感性无功很大甚至为100%。由于这种电抗器的基本原理是磁饱和电抗器，它是利用过饱和才能得到低阻抗，此时它的振动、噪声很大、损耗很大且产生较大的谐波电流。
发明内容
针对现有技术各种方案的不足，本发明要解决的问题如何在投切无功补偿装置时不要产生大的涌流但又能给予电力系统足够的无功补偿功率。为此，本发明提出一种基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置的投切方法，其中所述无功补偿与电力滤波装置包括电抗器组，所述电抗器组至少由第一电抗器和第二电抗器串联组成；还包括滤波电容器，所述电抗器组和滤波电容器串联连接组成LC无功补偿与电力滤波支路，所述支路通过第一开关与电力线路连接；其特征在于，还包括旁接在所述第一电抗器上的第二开关，所述第二开关的一端接点直接连接到电力线路；投入所述支路时，首先闭合所述第一开关使所述支路接于电力线路而所述第二开关处于断开状态；所述支路的工作电流经过延时缓冲后，闭合所述第二开关使所述第一电抗器的两端短路，再经过延时缓冲后切断所述第一开关，使所述第一电抗器从所述支路中退出，所述支路变为由所述第二电感与滤波电容器串联所组成的LC电路并进入稳定的无功补偿状态。其中，所述旁接是指如附图I或图2所示的连接结构，所述第二开关的一端接点与所述第一电抗器的一端连接，而所述第二开关的另一端接点与电力系统的母线连接从而在所述第二开关合闸时可以将所述第一电抗器和第一开关予以旁路(短路)。其中，可以通过控制器(例如功率因数控制器)自动控制所述第一开关、所述第二开关的闭合或断开。一种应用于上述方法的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，包括电抗器组，所述电抗器组至少由第一电抗器和第二电抗器串联组成；还包括滤波电容器，所述电抗器组和滤波电容器串联连接组成的LC无功补偿与电力滤波支路，所述支路通过第一开关与电力线路连接；其特征在于，还包括旁接在所述第一电抗器上的第二开关，所述第二开关的一端接点直接连接到电力线路。进一步的技术方案还可以是，所述第一电抗器的容量小于所述第二电抗器的容量。进一步的技术方案还可以是，所述第一电抗器与所述第二电抗器同轴设置。进一步的技术方案还可以是，所述电容器的两端并联有放电线圈。进一步的技术方案还可以是，所述支路为三个，三个所述支路的一端连接在一起而另一端分别接于电力线路的三个相线上。 进一步的技术方案还可以是，还包括功率因数控制器，所述功率因数控制器在检测到无功补偿信号后驱动所述第一开关和所述第二开关动作。根据上述技术方案，当要投入无功补偿与电力滤波支路时，先将所述第一开关闭合，此时所述无功补偿与电力滤波支路由所述第一电抗器、所述第二电抗器所组成的初始电感和滤波电容器串联组成，所述支路的电抗率XKl (%)较大例如XK1(%) = 12(%)],所述支路在投入时的冲击电流就较小；经过较短时间的延时缓冲，所述支路的工作电流趋于稳定，此时再将所述第二开关闭合，使所述第一电抗器短路，由于所述第一电感与所述第二电感之间即使存在互感但互感也较小，所述第一电抗器中只流过极小的短路电流，再经过较短时间的延时缓冲，将所述第一开关断开，此时所述支路变为由第二电抗器与所述滤波电容器串联而组成，其电抗率XK2(%)只有XK1(%) —半左右例如XK2(%) =6(%)],所述支路进入稳定的无功补偿工作状态。由于所述支路在转换过程中始终没有从电网中断开，只是串联的电感由较大值变为较小值，因而转换过程中冲击电流(涌流)小。根据上述技术方案，当需要将无功补偿与电力滤波支路脱离电力线路时，用相反程序的操作，即，首先闭合所述第一开关，所述支路的工作电流经过延时缓冲后再切断所述第二开关使所述第一电抗器投入工作，再经过延时缓冲后切断所述第一开关，使所述支路完全脱离电力线路。这样切断所述支路过程中也不会对电力线路造成大电流的冲击，而且还可以利用所述第一开关或所述第二开关的投切过程自动调节无功补偿量。当然也可以直接首先切断所述第二开关使所述支路直接从电力线路中脱离。根据上述技术方案，所述支路可以为几支并同时接入电力线路同一相线中，需要多少无功就投多少条支路；或分别地接入不同相的相线中。由于本发明具有上述特点和优点，可以应用到电力系统特别是高压系统的无功补偿与电力滤波装置及其投切方法中。
图I是应用本发明技术方案的一个支路的结构示意图；图2是应用本发明技术方案的三个支路分别接于三相线路的结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，包括电抗器组，所述电抗器L组由第一电抗器LI和第二电抗器L2前后串联组成；还包括滤波电容器C，所述电抗器组L和滤波电容器C串联连接组成的LC无功补偿与电力滤波支路，所述支路通过第一开关KMl与电力线路的A相连接，所述滤波电容C的两端还并联有放电线圈Lf。所述第一电抗器LI和第二电抗器L2为空心电感并同轴叠放，两者之间互感M较小(一般互感M为较大电感值的10 % )。当然所述第一电抗器LI和第二电抗器L2也可以为完全分离的两个各自独立的电抗器，但采用同轴电抗结构的成本低。还包括第二开关KM2，所述第二开关KM2的一端接点直接连接到电力线路的A相，另一端点接在所述第一电抗器LI与所述第二电抗器L2之间的接点位置a，这样所述第二开关KM2构成对所述第一电抗器LI的旁接结构。全部卸载时所述第一开关KMl和所述第二开关KM2处于断开状态。 还包括功率因数控制器K，所述功率因数控制器K检测到线路需要无功补偿时，利用PLC控制自动发出指令驱动所述第一开关KMl和所述第二开关KM2顺序动作。当要求所述支路投入时，功率因数控制器K发出指令，驱动所述第一开关KMl闭合，此时所述支路的电抗率XKl (% )由初始电感L12(L12 = L1+L2+2M, M为LI与L2间的互感)和滤波电容器C的电容确定，例如XKl (% ) = 12(% )，投入时冲击电流很小，当所述第一开关KMl闭合延时缓冲的时间经过t I秒使所述支路的电流趋于稳定或完全稳定后(例如tl = 30秒)后，再闭合所述第二开关KM2，将所述第一电抗器LI短路(旁路)，在所述第一电抗器LI中流过由所述第二电抗器L2和M确定的不大的短路电流，所述支路经过t2秒电流趋于稳定或完全稳定后(例如t2 = 10秒)后，所述第一开关KMl断开所述第一电抗器LI，此时所述支路由所述第二电抗器KM2和滤波电容器C串联而成，其电抗率为XK2 (% )，例如XK2 (% ) = 6 (% )，所述支路进入稳定的无功补偿运行状态。当要求所述支路从电抗率为XK2 (% )的稳定运行状态(例如XK2 (% ) = 6 (% ))退出电网时，功率因数控制器K发出指令，所述第二开关KM2断开，所述支路退出补偿。也可以是，先闭合所述第一开关KM1，在经过延时缓冲后断开所述第二开关KM2，再经过延时缓冲后，最后断开所述第一开关KM1。其次，根据功率因数控制器K发出指令，所述支路可在投入和退出之间转换，在相应的投入过程中所述支路的电抗率开始时为XKl (% )(较大)，经过较小的延时，其电抗率变为XK2(% )(较小)，进入稳定运行状态，这样还可以不断调整所述支路向电力线路输送的无功功率。其中由于所述第一电抗器LI是短时工作制，可以将其容量设计很小，至少小于所述第二电抗器KM2的容量，为此成本很低。对于所述支路的电抗率XK2(% )，可以根据滤波的要求来确定，例如要削弱三相电力系统的5、7次谐波，可选用XK2(% ) = 6%左右，要削弱单相电力系统的3次谐波，可选用XK2(%) =12%左右。对于多条支路还可设置不同的电抗率，以滤除不同次数谐波。如图2所示，是三支所述支路应用于三相电力线路的结构示意图。其中所述第一开关KMl或所述第二开关KM2分别为同轴的三相开关，三支所述支路的尾端0连接在一起，另外一端分别接在电力线路的A相、B相和C相线路中。本发明不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置的投切方法，其中所述无功补偿与电力滤波装置包括电抗器组，所述电抗器组至少由第一电抗器和第二电抗器串联组成；还包括滤波电容器，所述电抗器组和滤波电容器串联连接组成LC无功补偿与电力滤波支路，所述支路通过第一开关与电力线路连接；其特征在于，还包括旁接在所述第一电抗器上的第二开关，所述第二开关的一端接点直接连接到电力线路；投入所述支路时，首先闭合所述第一开关使所述支路接于电力线路而所述第二开关处于断开状态；所述支路的工作电流经过延时缓冲后，闭合所述第二 开关使所述第一电抗器的两端短路，再经过延时缓冲后切断所述第一开关，使所述第一电抗器从所述支路中退出，所述支路变为由所述第二电感与滤波电容器串联所组成的LC电路并进入稳定的无功补偿状态。
2.根据权利要求I所述的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置的投切方法，其特征在于，在切断所述支路时，首先闭合所述第一开关，所述支路的工作电流经过延时缓冲后再切断所述第二开关使所述第一电抗器投入工作，再经过延时缓冲后切断所述第一开关，使所述支路完全脱离电力线路。
3.一种应用于权利要求I或2所述方法的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，包括电抗器组，所述电抗器组至少由第一电抗器和第二电抗器串联组成；还包括滤波电容器，所述电抗器组和滤波电容器串联连接组成的LC无功补偿与电力滤波支路，所述支路通过第一开关与电力线路连接；其特征在于，还包括旁接在所述第一电抗器上的第二开关，所述第二开关的一端接点直接连接到电力线路。
4.根据权利要求3所述的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，其特征在于，所述第一电抗器的容量小于所述第二电抗器的容量。
5.根据权利要求3所述的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，其特征在于，所述第一电抗器与所述第二电抗器同轴设置。
6.根据权利要求3所述的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，其特征在于，所述电容器的两端并联有放电线圈。
7.根据权利要求3、4、5或6所述的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，其特征在于，所述支路为三个，三个所述支路的一端连接在一起而另一端分别接于电力线路的三个相线上。
8.根据权利要求7所述的基于两级电感的无功补偿与电力滤波装置，其特征在于，还包括功率因数控制器，所述功率因数控制器在检测到无功补偿信号后驱动所述第一开关和所述第二开关动作。
全文摘要
一种基于两级电感的无功补偿与滤波装置及其投切方法，包括电抗器组、滤波电容器、旁接在第一电抗器上的第二开关，电抗器组和滤波电容器串联连接并通过第一开关与电力线路连接，第二开关的一端接点直接连接到电力线路。投入支路时，首先闭合第一开关使支路接于电力线路而第二开关处于断开状态；支路的工作电流经过延时缓冲后，闭合第二开关使第一电抗器的两端短路，再经过延时缓冲后切断第一开关，使第一电抗器从支路中退出，支路变为由第二电感与滤波电容器串联所组成的LC电路并进入稳定的无功补偿状态。本发明可以应用到电力系统特别是高压系统的无功补偿与电力滤波装置及其投切方法中。
文档编号H02J3/18GK102624009SQ20121010665
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者何关金, 欧阳宗全, 肖俊承, 陈乔夫 申请人:伊戈尔电气股份有限公司