直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组，包括：可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a；可电气耦合高电压等级为U2的交流电网B的开关b；电容器模块，包括：第一电容器组和开关c；第一电容器组的第一端和开关c的第一接触端电气耦合；第二电容器组的第一端可接地并且与电容器模块的开关c的第二端电气耦合，其第二端与电容器模块的第一电容器组的第二端电气耦合；开关a位于交流电网A和电容器模块的第一电容器组的第二端之间；开关b位于交流电网B和电容器模块的第一电容器组的第一端和开关c的第一接触端电气耦合点之间。不同电压等级的交流电网可以共享无功补偿电容器组并且可以降低直流分层接入系统的投资。
【专利说明】直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及直流输电分层接入系统无功补偿，更具体地说，涉及用于直流输 电分层接入系统无功补偿的电容器组。
【背景技术】
[0002]特高压(高压)直流输电分层接入系统可分为串联型和并联型。其中串联型可见于 《中国电机工程学报》第33卷第10期于2013年4月5日发表了刘振亚等人的文章“特高 压直流分层接入方式在多馈入直流电网的应用研究”。如图1所示，低电压阀组(400kV等 级)被接入到IOOOkV特高压交流系统中；高电压阀组(800kV等级)被接入到500kV高压交 流系统中。这两个交流系统的地理位置可能很近，但其电气距离可能会很远(即相互影响很 弱的两个系统)。由于电压等级和其它原因，应该为这两个交流系统配至少两套无功补偿装 置和交流滤波器装置。这样增加了特高压直流输电分层接入技术的成本，该技术问题也存 在于高压直流输电分层接入技术中。
[0003]类似的问题也存在于并联型特高压(高压)直流输电分层接入系统；即两个换流阀 组直流侧并联，交流侧分别接入不同电压等级的交流电网。
实用新型内容
[0004]针对上述技术问题，本实用新型提供一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的 电容器组，包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ;可电气耦合高电压等 级为U2的交流电网B的开关b ;电容器模块，包括:包括第一端和第二端的第一电容器组； 和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一电容器组的第一端和所述开关c 的第一接触端电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地并且与所 述电容器模块的开关c的第二端电气耦合，其第二端与所述电容器模块的第一电容器组的 第二端电气耦合；所述开关a位于交流电网A和所述电容器模块的第一电容器组的第二端 之间；并且所述开关b位于交流电网B和所述电容器模块的第一电容器组的第一端和所述 开关c的第一接触端电气耦合点之间。
[0005]根据本实用新型的另一个方面，提供一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的 电容器组，其包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ;可电气耦合高电压 等级为U2的交流电网B的开关b ;奇数个电容器模块，每一个所述电容器模块包括:包括第 一端和第二端的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一 电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；其中:所述奇数个电容器模块依 次连接:前一级电容器模块的第一电容器组的第二端与后一级电容器模块的开关c的第二 接触端电气耦合；并且前一级电容器模块的开关c的第一端与后一级电容器模块的第一电 容器组的第二端电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地并且与 第一级电容器模块的开关c的第二端电气稱合,其第二端与第一级电容器模块的第一电容 器组的第二端电气耦合；所述开关a位于交流电网A和最后一级电容器模块的第一电容器组的第二端之间；并且所述开关b位于交流电网B和最后一级电容器模块的第一电容器组 的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合点之间。
[0006]根据本实用新型的另一个方面，提供一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的 电容器组，其包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ;可电气耦合高电压 等级为U2的交流电网B的开关b ;偶数个电容器模块，每一个所述电容器模块包括:包括第 一端和第二端的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一 电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；其中:所述偶数个电容器模块依 次连接:前一级电容器模块的第一电容器组的第二端与后一级电容器模块的开关c的第二 接触端的电气耦合；并且前一级电容器模块的开关c的第一端与后一级电容器模块的第一 电容器组的第二端的电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地并 且与第一级电容器模块的开关c的第二端电气稱合,其第二端与第一级电容器模块的第一 电容器组的第二端电气稱合；所述开关a位于交流电网A和最后一级电容器模块的第一电 容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合点之间；并且所述开关b位于交流电 网B和最后一级电容器模块的第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气I禹合 点之间。
[0007]根据本实用新型的另一个方面，提供一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的 电容器组，其包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ;可电气耦合高电压 等级为U2的交流电网B的开关b ;电容器模块，所述电容器模块包括:包括第一端和第二端 的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一电容器组的第 一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一 端可接地，其第二端与所述电容器模块的开关c的第二端电气耦合；开关d，其位于第二电 容器组的第一端和所述电容器模块的第一电容器组之间；所述开关a位于交流电网A和所 述电容器模块的开关c的第二端之间；并且所述开关b位于交流电网B和所述电容器模块 的第一电容器组的第二端之间。
[0008]通过上述结构，不同电压等级的交流电网可以共享无功补偿电容器组并且可以降 低直流分层接入系统的投资。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1示出传统的串联型特高压(高压)直流输电分层接入系统；
[0010]图2示出根据本实用新型的一个实施例的直流输电分层接入系统；
[0011]图3A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿 的电容器组；
[0012]图3B和图3C分别示出如图3A所示的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电 容器组在不同开关状态下的等效电路；
[0013]图4A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿 的电容器组；
[0014]图4B和图4C分别示出如图4A所示的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电 容器组在不同开关状态下的等效电路；
[0015]图5A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组；
[0016]图5B和图5C分别示出如图5A所示的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电 容器组在不同开关状态下的等效电路；
[0017]图6A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿 的电容器组；
[0018]图6B和图6C分别不出如图6A所不的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电 容器组在不同开关状态下的等效电路；
[0019]图7A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿 的电容器组；
[0020]图7B和图7C分别示出如图7A所示的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电 容器组在不同开关状态下的等效电路；
[0021]图8A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿 的电容器组；
[0022]图8B和图8C分别示出如图8A所示的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电 容器组在不同开关状态下的等效电路。
【具体实施方式】
[0023]直流输电分层接入系统可将高压直流接入至少两个交流电网，这里将其称为交流 电网A和交流电网B，其中交流电网A具有低电压等级U1，交流电网B具有高电压等级U2。
[0024]图2示出根据本实用新型的一个实施例的直流输电分层接入系统。如图2所示， 直流输电分层接入系统2包括:第一高电压阀组20、第一低电压阀组21、第二低电压阀组 22和第二高电压阀组23，其中第一高电压阀组20和第一低电压阀组21串联并且跨接在正 极性高压直流极线(例如+SOOkV)和接地极之间，第二低电压阀组22和第二高电压阀组23 串联并且跨接在负极性高压直流极线(例如-SOOkV)和接地极之间。第一高电压阀组20和 第二高电压阀组23的交流端分别耦合交流电网A (例如500kV交流电网)，第一低电压阀组 21和第二低电压阀组22的交流端分别耦合交流电网B (例如IOOOkV交流电网)。图2仅 示出交流电网A和交流电网B的一条交流母线作为示例，本领域的技术人员应当了解交流 电网具有三条交流母线。就第一高电压阀组20而言，其接入交流电网A的第一低压端2a， 就第一低电压阀组21而言，其接入交流电网B的第一高压端2b，就第二低电压阀组22而 言，其接入交流电网B的第二高压端2c，就第二高电压阀组23而言，其接入交流电网A的第 二低压端2d。直流输电分层接入系统2还包括第一无功补偿电容器组24和第二无功补偿 电容器组25。第一无功补偿电容器组24具有开关a和开关b并且通过开关a和开关b分 别电气耦合第一低压端2a和第一高压端2b以便分别接入交流电网A和交流电网B。第二 无功补偿电容器组25具有类似结构通过第二高压端2c和第二低压端2d分别接入交流电 网B和交流电网A。开关a和开关b的配合可将第一无功补偿电容器组和/或第二无功补 偿电容器组从交流电网A切到交流电网B或者从交流电网B切到交流电网A。通过上述结 构，不同电压等级的交流电网可以共享无功补偿电容器组并且可以降低直流分层接入系统 的投资。
[0025]图3A示出根据本实用新型的一个实施例的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组。如图3A所示，无功补偿电容器组3包括可电气耦合低电压等级为Ul的交流电网A的开关a30、可电气耦合高电压等级为U2的交流电网B的开关b31 (例如U1=SOOkV, U2=1000kV)、电容器模块32 (虚线框内)和包括第一端330和第二端331的第二电容器组 33。电容器模块32包括具有第一端320a和第二端320b的第一电容器组320和包括第一接触端321a和第二接触端321b的开关c321。电容器模块32的第一电容器组320的第一端320a和开关c321的第一接触端321a电气耦合。第二电容器组33的第一端330可接地并且与电容器模块32的开关c321的第二端321b电气耦合，第二电容器组33的第二端331 与电容器模块32的第一电容器组320的第二端320b电气稱合。开关a30位于交流电网A 和电容器模块32的第一电容器组320的第二端320b之间，并且开关b31位于交流电网B 和电容器模块32的第一电容器组320的第一端320a和开关c321的第一接触端321a电气耦合点之间。
[0026]图3B和图3C分别示出如图3A所示的用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组在不同开关状态下的等效电路。如图3B所示，开关a30导通、开关b31关断并且开关 c321导通；在这种状态下，无功补偿电容器组投入低电压等级为U1的交流电网A并且与高电压等级为U2的交流电网B电气隔离，从而无功补偿电容器组可以对低电压等级为U1的交流电网A进行无功补偿。如图3C所示，开关a30关断、开关b31导通并且开关c321关断； 在这种状态下，无功补偿电容器组投入高电压等级为U2的交流电网B并且与低电压等级为 U1的交流电网A电气隔离，从而无功补偿电容器组可以对高电压等级为U2的交流电网B进行无功补偿。由此，低电压等级为U1的交流电网A和高电压等级为U2的交流电网B可以共享无功补偿电容器组并且可以降低直流分层接入系统的投资。
[0027]最好，第一电容器组320和第二电容器组33具有相同的电容值C。在如图3B的状态下，无功补偿电容器组的无功功率Qb可由如下公式得到:
【权利要求】
1.一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组，其特征在于包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ；可电气耦合高电压等级为U2的交流电网B的开关b ;电容器模块，包括:包括第一端和第二端的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地并且与所述电容器模块的开关 C的第二端电气耦合，其第二端与所述电容器模块的第一电容器组的第二端电气耦合；所述开关a位于交流电网A和所述电容器模块的第一电容器组的第二端之间；并且所述开关b位于交流电网B和所述电容器模块的第一电容器组的第一端和所述开关c 的第一接触端电气耦合点之间。
2.一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组，其特征在于包括: 可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ；可电气耦合高电压等级为U2的交流电网B的开关b ;奇数个电容器模块，每一个所述电容器模块包括:包括第一端和第二端的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；其中:所述奇数个电容器模块依次连接:前一级电容器模块的第一电容器组的第二端与后一级电容器模块的开关C的第二接触端电气耦合；并且前一级电容器模块的开关C的第一端与后一级电容器模块的第一电容器组的第二端电气稱合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地并且与第一级电容器模块的开关C的第二端电气稱合,其第二端与第一级电容器模块的第一电容器组的第二端电气率禹合；所述开关a位于交流电网A和最后一级电容器模块的第一电容器组的第二端之间；并且所述开关b位于交流电网B和最后一级电容器模块的第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合点之间。
3.一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组，其特征在于包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ；可电气耦合高电压等级为U2的交流电网B的开关b ;偶数个电容器模块，每一个所述电容器模块包括:包括第一端和第二端的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；其中:所述偶数个电容器模块依次连接:前一级电容器模块的第一电容器组的第二端与后一级电容器模块的开关C的第二接触端的电气耦合；并且前一级电容器模块的开关C的第一端与后一级电容器模块的第一电容器组的第二端的电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地并且与第一级电容器模块的开关C的第二端电气稱合,其第二端与第一级电容器模块的第一电容器组的第二端电气率禹合；所述开关a位于交流电网A和最后一级电容器模块的第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合点之间；并且所述开关b位于交流电网B和最后一级电容器模块的第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合点之间。
4.如权利要求1或2或3所述的电容器组，其中:第一电容器组和第二电容器组具有相同的电容值。
5.如权利要求1或2或3所述的电容器组，其中: 所述开关a导通；所述开关b关断；并且所述开关c导通。
6.如权利要求1或2或3所述的电容器组，其中:所述开关a关断；所述开关b导通；并且所述开关c关断。
7.一种用于直流输电分层接入系统无功补偿的电容器组，其特征在于包括:可电气耦合低电压等级为U1的交流电网A的开关a ；可电气耦合高电压等级为U2的交流电网B的开关b ;电容器模块，所述电容器模块包括:包括第一端和第二端的第一电容器组；和包括第一接触端和第二接触端的开关c ;并且所述第一电容器组的第一端和所述开关c的第一接触端电气耦合；包括第一端和第二端的第二电容器组，其第一端可接地，其第二端与所述电容器模块的开关C的第二端电气耦合；开关d，其位于第二电容器组的第一端和所述电容器模块的第一电容器组之间；所述开关a位于交流电网A和所述电容器模块的开关c的第二端之间；并且所述开关b位于交流电网B和所述电容器模块的第一电容器组的第二端之间。
8.如权利要求7所述的电容器组，其中:所述开关d位于所述第二电容器组的第一端和所述电容器模块的第一电容器组的第一端之间。
9.如权利要求7所述的电容器组，其中:所述电容器模块的第一电容器组包括:第一电容器簇、第二电容器簇和开关e,其中所述第一电容器簇与串联的所述第二电容器簇和所述开关e并联。
10.如权利要求7所述的电容器组，其中:所述电容器模块的第一电容器组包括:第一电容器簇、第二电容器簇和开关e,其中所述开关e与串联的所述第一电容器簇和所述第二电容器簇并联。
11.如权利要求7或8或9或10所述的电容器组，还包括:第三电容器组，其电气耦合在所述第二电容器组的第二端和所述电容器模块的第一电容器组的第二端之间。
12.如权利要求11所述的电容器组，其中:第一电容器组、第二电容器组和第三电容器组具有相同的电容值。
13.如权利要求8或9或10所述的电容器组，其中:第一电容器簇、第二电容器簇和第二电容器组具有相同的电容值。
14.如权利要求7所述的电容器组，其中:所述开关a导通；所述开关b关断；所述开关c关断；并且所述开关d导通。
15.如权利要求7所述的电容 器组，其中:所述开关a关断；所述开关b导通；所述开关c导通；并且所述开关d关断。
16.如权利要求9所述的电容器组，其中:所述开关a导通；所述开关b关断；所述开关c关断；所述开关d导通；并且所述开关e关断。
17.如权利要求9所述的电容器组，其中:所述开关a关断；所述开关b导通；所述开关c导通；所述开关d关断；并且所述开关e导通。
18.如权利要求10所述的电容器组，其中:所述开关a导通；所述开关b关断；所述开关c关断；所述开关d导通；并且所述开关e导通。
19.如权利要求10所述的电容器组，其中: 所述开关a关断；所述开关b导通；所述开关c导通；所述开关d关断；并且所 述开关e关断。
【文档编号】H02J3/18GK203415988SQ201320483727
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2013年8月8日
【发明者】姚大伟, 苑春明, 杨晓波, 叶莺 申请人:Abb技术有限公司