一种statcom静止无功补偿装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种STATCOM静止无功补偿装置，其中，该装置包括电压源换流器，电压源换流器为具有关断能力的器件组成的交直流转化设备，电压源换流器电性连接至连接电抗器、直流电容器与光学电流互感器，用于根据光学电流互感器回传的数据调节交流侧输出电压的幅值和相位，使装置吸收或者发出满足要求的无功电流；光学电流互感器，光学电流互感器并联至连接电抗器与电网系统，用于检测电网系统中的电流交流分量与直流分量，并将检测到的数据传送到电压源换流器。
【专利说明】—种STATCOM静止无功补偿装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电子电路技术，特别地，涉及一种STATCOM静止无功补偿装置。
【背景技术】
[0002]静止同步补偿器(StaticSynchronous Compensator,下文中简写为 STATCOM)静止无功补偿装置通常用于提供动态无功补偿和稳定电压。在STATCOM静止无功补偿装置工作时，需要对系统电流量进行采集与检测。若采集电流中含有直流分量，则需要采集并提取输出电流的直流分量，并通过控制措施加以抑制。现有技术中，在高电压、大电流、强功率的电力系统中测量电流的常规技术是采用以电磁感应原理作为基础的电流互感器，如霍尔元件、传统电流互感器、直流电流互感器、罗氏线圈等。然而，这些电流采集元件各自都存在一些缺点:霍尔元件需要高电位的控制电源，存在零漂，无法准确测量直流量；传统电流互感器只能测量交流量，无法检测直流量；直流电流互感器只能测量直流量，无法检测交流量；罗氏线圈无法准确测量直流量。
[0003]针对现有技术中STATCOM静止无功补偿装置内任意一种电流互感器的动态测量范围小、频带窄、易受电磁干扰、故障电流下铁心易磁饱和、存在磁滞现象、无法测量直流分量等缺点不能同时避免的问题，目前尚未有有效的解决方案。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中STATCOM静止无功补偿装置内任意一种电流互感器的动态测量范围小、频带窄、易受电磁干扰、故障电流下铁心易磁饱和、存在磁滞现象、无法测量直流分量等缺点不能同时避免的问题，本发明的目的在于提出一种STATCOM静止无功补偿装置，能够使用体积小、成本低、绝缘性好、动态测量范围大且可同时采集电流的直流分量与交流分量的电流互感器更好的采集系统电流，为系统提供高质量的动态无功补偿和稳定电压。
[0005]基于上述目的，本发明提供的技术方案如下:
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种STATCOM静止无功补偿装置。
[0007]根据本发明提供的STATCOM静止无功补偿装置包括电压源换流器，电压源换流器为具有关断能力的器件组成的交直流转化设备，电压源换流器电性连接至连接电抗器、直流电容器与光学电流互感器，用于根据光学电流互感器回传的数据调节交流侧输出电压的幅值和相位，使装置吸收或者发出满足要求的无功电流；直流电容器，直流电容器与进线开关回路串连，直流电容器为电压源换流器的储能原件，用于将直流侧电压转换成与电网系统同频率的交流电压；进线开关回路，进线开关回路与直流电容器串连，用于控制直流电容器的工作状态；连接电抗器，连接电抗器并联至电压源换流器与光学电流互感器，用于为电压源换流器提供匹配的电抗；光学电流互感器，光学电流互感器并联至连接电抗器与电网系统，用于检测电网系统中的电流交流分量与直流分量，并将检测到的数据传送到电压源换流器。
[0008]其中，光学电流互感器为无源器件，光学电流互感器可以是光学玻璃型电流互感器或全光纤电流互感器。
[0009]进一步地，光学电流互感器可以是光学玻璃型电流互感器；使用双正交反射方案消除光在反射过程中引入的反射相移，其中，双正交反射方案为在光路中每个反射点处用两次反射代替原来的一次反射。
[0010]同时，光学电流互感器也可以是为全光纤电流互感器；每个STATCOM静止无功补偿装置中包括三组相同的电路，每组电路用于测量三相换流链输出电流中的一相，每组电路均包括一个全光纤电流互感器，每一个全光纤电流互感器均设置与耦合器串连。
[0011 ] 从上面所述可以看出，本发明提供的技术方案通过使用光学电流互感器替代一般的电磁式电流互感器，解决了传统的电磁式电流互感器动态测量范围小、频带窄、易受电磁干扰、故障电流下铁心易磁饱和、存在磁滞现象、无法测量直流分量等缺点不能同时避免的问题，能够使用体积小、成本低、绝缘性好、动态测量范围大且可同时采集电流的直流分量与交流分量的电流互感器更好的采集系统电流，为系统提供高质量的动态无功补偿和稳定电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1为根据本发明实施例的STATCOM静止无功补偿装置的结构框图；
[0014]图2为根据本发明实施例的STATCOM静止无功补偿装置中光学玻璃型电流互感器使用的双正交反射方案的光路原理图；
[0015]图3为根据本发明实施例的STATCOM静止无功补偿装置中全光纤电流互感器的工作原理图；
[0016]图4为根据本发明实施例的STATCOM静止无功补偿装置的全光纤电流互感器中电流的相位状态变化波形图；
[0017]图5为根据本发明实施例的STATCOM静止无功补偿装置的全局电路图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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一步进行清楚、完整、详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]根据本发明的一个实施例，提供了一种STATCOM静止无功补偿装置。
[0020]如图1所示，根据本发明的实施例提供的STATCOM静止无功补偿装置包括:
[0021]电压源换流器11，电压源换流器11为具有关断能力的器件组成的交直流转化设备，电压源换流器11电性连接至连接电抗器14、直流电容器12与光学电流互感器15，用于根据光学电流互感器15回传的数据调节交流侧输出电压的幅值和相位，使装置吸收或者发出满足要求的无功电流。
[0022]直流电容器12，直流电容器12与进线开关回路13串连，直流电容器12为电压源换流器11的储能原件，用于将直流侧电压转换成与电网系统同频率的交流电压。
[0023]进线开关回路13，进线开关回路13与直流电容器12串连，用于控制直流电容器12的工作状态。
[0024]连接电抗器14，连接电抗器14并联至电压源换流器11与光学电流互感器15，用于为电压源换流器11提供匹配的电抗。
[0025]光学电流互感器15，光学电流互感器15并联至连接电抗器14与电网系统，用于检测电网系统中的电流交流分量与直流分量，并将检测到的数据传送到电压源换流器。
[0026]其中，光学电流互感器为无源器件，光学电流互感器为以下之一:光学玻璃型电流互感器、全光纤电流互感器。
[0027]具体地，光学电流互感器为光学玻璃型电流互感器；使用双正交反射方案消除光在反射过程中引入的反射相移，其中，双正交反射方案为在光路中每个反射点处用两次反射代替原来的一次反射。
[0028]具体地，光学电流互感器为全光纤电流互感器；每个STATCOM静止无功补偿装置中包括三组相同的电路，每组电路用于测量三相换流链输出电流中的一相，每组电路均包括一个全光纤电流互感器，每一个全光纤电流互感器均设置与耦合器串连。
[0029]光学电流互感器是电子式电流互感器中的一类，包括备有电子器件的光学器件、空心线圈(可能附带内嵌积分器)、带有集成负载的铁芯线圈的电流一电压转换器(可能配有电子器件)。光学电流互感器的高压侧均为无源器件，不需要提供控制电源，并且可以同时检测交流分量和直流分量。
[0030]对于光学玻璃型电流互感器，其基本工作原理是Faraday效应，S卩加在光学介质上的外部磁场会使通过光学介质的偏振光发生偏振面的旋转的效应。其旋转角度Φ =V / # *(11，其中V是光学介质的Verdet常数；I是光在介质中的传播的距离；H是磁场强度。当磁场H是由图1所示穿过光学玻璃传感头的导体中的电流I产生，且光路围绕载流导体闭合时，利用安培环路定律上式可改写为Φ =VNJ，其中队是围绕载流导体闭合光路圈数。由Φ =VNJ可知，只要测出偏振光旋转的角度Φ，即可计算出待测电流的大小。Φ=VNlI还表明，利用适当的光路设计增加围绕载流导体的光路圈数可提高传感头灵敏度。
[0031]光学玻璃型电流互感器的光学材料选择范围宽，稳定性较好，精度较高，受线性双折射影响较小，但存在加工难度大，传感头易碎，成本高等缺点，而且光在反射过程中引入的反射相移会使线偏光变成椭圆偏振光而影响系统性能。为克服反射相移的影响，本发明提出了双正交反射方案。图2示出的是双正交反射方案的光路图，如图2所示，双正交反射方案是在光路中每个反射点处用两次反射代替原来的一次反射，并使第二次反射光的S、P分量与第一次反射光的s、p分量恰好旋转90°，致使两次反射产生的相移互相抵消。
[0032]基于临界角反射不产生反射相移的原理，提出了三角形传感头设计和钳式传感头设计。上述方案具备结构简单或使用方便的优点。由于临界角反射方案对传感头加工精度要求很高，因此很少使用。
[0033]对于全光纤电流互感器，其工作原理为法拉第磁光效应和磁致伸缩效应。法拉第磁光效应是指当一束线偏振光沿着与磁场平行的方向通过磁光材料时，线偏振光的振动平面将产生偏转，线偏光振动平面偏转角的大小与磁场强度和光在磁场中所经历的路径距离成正比。
[0034]如果敏感路径是闭合环路，那么穿过敏感环路的电流所产生的磁场将作用于闭合环路，产生法拉第相角的大小将遵守安培环路定律。通过磁光材料(光纤或者磁光玻璃)的线偏振光振动平面的偏转角大小，与光学环路的匝数及穿过光学环路的总电流成正比。如果我们能够检测光信号的偏振旋转角，就可以得到对应的被测电流值，这就是法拉第磁光效应电流互感器的基本原理。
[0035]图3示出的是全光纤电流互感器工作原理图。如图3所示，光源发出的光经过耦合器到达偏振器后被转化为线偏振光，进入相位调制器分解为两束正交的线偏振光，沿X轴和Y轴向上传播。两束受到调制的光波进入了光纤线圈32，在电流产生的磁场的作用下，两束光波之间产生正比于载体电流的相位角。在汇流排31处，两光波经反射镜33的反射并发生交换后，两束光波返回到相位调制器，到达偏振器后发生干涉，干涉光信号经过耦合器进入光电探测器，探测器输出的电压信号被信号处理电路接收并运算，运算结果通过数字接口输出。
[0036]图4示出的是全光纤电流互感器中电流的相位状态变化波形图。左图为汇流排无电流，右图为汇流排有电流，两图中上方曲线为输入电流，下方曲线为输出电流。当汇流排中没有电流时，两光波的相对传播速度保持不变，即物理学上所说的没有相位差，两束光信号的相位差为零，信号处理电路输出也为零；当有电流通过时，在通电导体周围的磁场作用下，两束光波的传播速度发生相对变化，即两束光信号存在一个相位差，其中，N是光纤的匝数，V是维尔德常量，I是被测电流，相位差的存在最终表现的是探测器处的干涉光强发生了变化，通过测量光强的大小，即可测出对应的电流大小，信号处理电路对相位差进行解调，得到被测电流数字值并输出。
[0037]全光纤电流互感器的光纤本身是传感头，避免了光学玻璃型电流互感器中反射相移、线性双折射对系统性能造成的不利影响。
[0038]使用全光纤电流互感器的STATCOM静止无功补偿装置的总电路图如图5所示，OCT1、0CT2、0CT3用于测量三相换流链输出的电流，将一次侧大电流转换为小电流送入到主控制器，对其进行变换、计算得出目标控制量，实现装置动态补偿无功的目的。
[0039]与传统的电磁式电流互感器相比，全光纤电流互感器应用于高电压大电流测量中具有明显的积极技术效果:全光纤电流互感器不含油，无爆炸危险；与高压线路完全隔离，满足绝缘要求，运行安全可靠；不含铁心，无磁饱和、铁磁共振和磁滞现象；不含交流线圈，不存在输出线圈开路危险，可以测量直流；另外还包括抗电磁干扰、响应频域宽、便于遥感和遥测、不需提供控制电源、体积小、重量轻、易安装、数字量输出，灵敏度高等诸多优点。
[0040]综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过使用光学电流互感器替代一般的电磁式电流互感器，解决了传统的电磁式电流互感器动态测量范围小、频带窄、易受电磁干扰、故障电流下铁心易磁饱和、存在磁滞现象、无法测量直流分量等缺点不能同时避免的问题，能够使用体积小、成本低、绝缘性好、动态测量范围大且可同时采集电流的直流分量与交流分量的电流互感器更好的采集系统电流，为系统提供高质量的动态无功补偿和稳定电压；另外，全光纤电流互感器应用于高电压大电流测量中具有明显更加积极的技术效果:不含油，无爆炸危险；与高压线路完全隔离，满足绝缘要求，运行安全可靠；不含铁心，无磁饱和、铁磁共振和磁滞现象；不含交流线圈，不存在输出线圈开路危险，可以测量直流等等。
[0041]所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种STATCOM静止无功补偿装置，包括: 电压源换流器，所述电压源换流器为具有关断能力的器件组成的交直流转化设备，所述电压源换流器电性连接至连接电抗器、直流电容器与光学电流互感器，用于根据光学电流互感器回传的数据调节交流侧输出电压的幅值和相位，使装置吸收或者发出满足要求的无功电流； 直流电容器，所述直流电容器与进线开关回路串连，所述直流电容器为电压源换流器的储能原件，用于将直流侧电压转换成与电网系统同频率的交流电压； 进线开关回路，所述进线开关回路与直流电容器串连，用于控制直流电容器的工作状态； 连接电抗器，所述连接电抗器并联至所述电压源换流器与光学电流互感器，用于为电压源换流器提供匹配的电抗； 光学电流互感器，所述光学电流互感器并联至所述连接电抗器与电网系统，用于检测电网系统中的电流交流分量与直流分量，并将检测到的数据传送到电压源换流器。
2.根据权利要求1所述的一种STATCOM静止无功补偿装置，其特征在于，所述光学电流互感器为无源器件，所述光学电流互感器为以下之一:光学玻璃型电流互感器、全光纤电流互感器。
3.根据权利要求2所述的一种STATCOM静止无功补偿装置，其特征在于，所述光学电流互感器为光学玻璃型电流互感器；使用双正交反射方案消除光在反射过程中引入的反射相移，其中，所述双正交反射方案为在光路中每个反射点处用两次反射代替原来的一次反射。
4.根据权利要求2所述的一种STATCOM静止无功补偿装置，其特征在于，所述光学电流互感器为全光纤电流互感器；每个STATCOM静止无功补偿装置中包括三组相同的电路，每组电路用于测量三相换流链输出电流中的一相，每组电路均包括一个全光纤电流互感器，所述每一个全光纤电流互感器均设置与耦合器串连。
【文档编号】H02J3/18GK104377712SQ201410710906
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】武守远, 李子鸥 申请人:中电博瑞技术（北京）有限公司