一种新型串联补偿装置的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种用于提高系统暂态稳定性的新型串联补偿装置。

背景技术：

串联电容补偿装置主要应用于超高压和特高压交流输电线路中，可补偿输电线路的感抗，缩短线路的等值电气距离，减少输电系统送端与受端母线间的电压降和相角差，以增大输送容量，提高系统稳定性。与新建线路相比，串补装置可节约投资，具有良好的经济性，因而在国内外电力系统中得到了广泛应用。

按照补偿阻抗是否可调，串补装置可分为两类，即固定串补和可控串补。固定串补的补偿阻抗固定，设备相对简单，可靠性高。可控串补是在固定串补的基础上发展而来的，通过调节与串联电容器并联的阀控电抗器支路的晶闸管触发角，控制流过阀控电抗器的电流，来实现对串联补偿电抗的平滑调节和动态响应控制，改善系统的静态、暂态和动态稳定性。

当系统发生短路故障并切除后，可控串补可根据系统工况将自身的等值容抗提高到最大值，实现暂态强补功能，最大限度的提高线路有功功率，有效提高系统的暂态稳定性。因此，正常运行时串补度接近的情况下，可控串补相对固定串补在提高系统暂态稳定性方面具有很大优势。

实际系统中，可能出现暂态稳定问题突出，但不存在静态稳定和动态稳定问题的情况。此时若采用固定串补，为了达到提高系统暂态稳定性的目的，需采用较高的串补度，而系统正常运行时是不需要高串补度的；若用可控串补，虽然正常运行时可采用较低的串补度并同时有效提高暂态稳定性，但没有利用装置的快速平滑调节能力，导致装置的利用效率低，经济性较差。

为此需要提供一种能有效提高系统暂态稳定性，且具有良好的经济性、可靠性的新型串补装置。

技术实现要素：

本发明提供一种新型串联补偿装置，包括串联电容器C、电抗器L、开关单元K和旁路断路器B；所述开关单元K与所述电抗器L串联，两者串联后与所述串联电容器C并联；所述旁路断路器B与所述串联电容器C并联。

系统正常运行时所述装置工作于正常运行模式，系统出现暂稳问题后所述装置工作于暂稳控制模式。

所述串联电容器C的容抗值X_C由所述装置工作于正常运行模式时的串补度决定，计算公式如下：

X_C＝K₁X (1)

其中，K₁为所述装置工作于正常运行模式时的串补度，由系统正常运行时对串补装置的补偿要求确定，X为所述装置所在线路电抗值。

所述电抗器L的感抗值X_L由所述装置工作于暂稳控制模式时的串补度决定，计算公式如下：

$X_L=\frac{K_1{K}_{2}X}{K_2-K_1}---\left(2\right)$

其中，K₂为所述装置工作于暂稳控制模式时的串补度，由系统出现暂稳问题时对串补装置的补偿要求确定，且K₂＞K₁。

所述开关单元K可采用非电力电子器件的开关装置。

所述串联补偿装置工作于正常运行模式时，开关单元K处于断开状态，串联电容器C的电流为线路电流，此时装置等效于固定串补，其对应的容抗值即串联电容器C的容抗X_C，其串补度为K₁。

所述串联补偿装置工作于暂稳控制模式时，开关单元K闭合，电抗器L支路接入系统，串联电容器C与电抗器L并联运行；由于电抗器L的感抗大于串联电容器C的容抗，整个装置外特性表现为容性，其串补度为K₂。

所述串联补偿装置包括投入状态和退出状态；

当所述旁路断路器B断开时，所述装置为所述投入状态；

当所述旁路断路器B闭合时，所述装置为所述退出状态。

与最接近的现有技术比，本发明的技术方案具有以下优异效果：

(1)系统正常工作时，起到常规固定串补作用，能够降低系统阻抗，提高输送容量，优化系统潮流；

(2)系统出现短路故障后，可根据系统需要闭合开关单元，将电抗器接入系统，进入暂稳控制模式，增大串补度，提高系统暂态稳定性。与固定串补相比，更适用于暂稳问题突出的系统；

(3)本发明与可控串补相比，无需电力电子器件和复杂的控制系统，可靠性高，成本低。

附图说明

图1为本发明一种新型串补装置与系统连接的电路图；

图2为本发明一种新型串补装置工作于正常运行模式时的电路图；

图3为本发明一种新型串补装置工作于暂稳控制模式时的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

如图1所示为本发明一种新型串补装置与系统连接的电路图，所述新型串联补偿装置主要由串联电容器C、电抗器L、开关单元K和旁路断路器B组成。其中，单相主电路结构如附图1虚框中所示。图中开关单元K与电抗器L串联，两者并联在串联电容器C两侧；旁路断路器B并联在串联电容器C两侧，用于实现对装置检修、启动和退出。

其中，电容器C的容抗值X_C由正常运行时的串补度决定，计算公式如下：

X_C＝K₁X

其中，K₁为所述串补装置正常运行模式时的串补度，由系统正常运行时对串补装置的补偿要求确定，X为所述串补装置所在线路电抗值。

电抗器L的感抗值X_L由暂稳控制时的串补度决定，计算公式如下：

$X_L=\frac{K_1{K}_{2}X}{K_2-K_1}$

其中，K₂为所述串补装置暂稳控制模式时的串补度，由系统出现暂稳问题时对串补装置的补偿要求确定，且K₂＞K₁。

由于该装置是通过开关单元K的闭合来进入暂稳控制模式的，因此开关单元K的闭合时间可以延长到几十毫秒，这本身降低了对开关单元的闭合速度要求，故开关单元可采用非电力电子器件的开关装置，如断路器、基于脉冲式电磁推力机构的快速开关等。

本发明技术原理的中心内容是在传统串联补偿装置电容器两侧并联附加开关单元的电抗器，通过一定的开关控制策略，控制电抗器的接入和退出，使该装置工作于正常运行模式或暂稳控制模式。

1)正常运行模式

在系统正常运行时，新型串补装置运行于正常运行模式，如附图2所示，开关单元K处于断开状态，串联电容器C的电流为线路电流；此时装置等效于固定串补，对应的容抗值即串联电容器的容抗X_C，串补度为K₁。

2)暂稳控制模式

如附图3所示，此种模式下，开关单元K闭合，电抗器支路接入系统，串联电容器C与电抗器L并联运行。由于电抗器L感抗大于串联电容器C的容抗，整个装置外特性表现为容性，且容抗值大于串联电容器C的容抗，串补度为K₂。通常装置在系统发生暂稳问题后运行于该模式，以提高串补装置补偿度，进而提高系统的暂态稳定性。当系统恢复稳定之后，开关单元K断开，装置恢复正常运行模式。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。