一种有源全补偿消弧线圈装置及其应用

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种有源全补偿消弧线圈装置及其应用。

背景技术：

随着社会的发展，配电网的规模越来越大，结构也越来越复杂，接地故障点残流中的有功分量与谐波分量含量也越来越高，如果发生接地故障时不对其进行补偿，会使得接地点电弧不能熄灭，极有可能造成更大的危害。

传统的消弧线圈对于接地故障点残流的补偿并不完整，大多只能补偿其基波无功分量，不能对其中所含有的有功分量与谐波分量进行补偿，且不能实现无级调节。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种有源全补偿消弧线圈装置及其应用，当配电系统发生接地故障时能对故障点残流的无功分量、有功分量与谐波分量进行补偿，能实现无级调节，且对配电系统的影响大大降低。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种有源全补偿消弧线圈装置，包括初级绕组w1、第一次级绕组w2、第二次级绕组w3、可控电源、n+1个电容和n+1个开关，其中，n为不小于1的正整数；

每个电容对应串联一个开关形成一组电容控制单元，n+1组电容控制单元相互并联且与所述第一次级绕组w2并联形成调容式电抗器；

所述第二次级绕组w3与所述可控电源并联形成有源随动补偿装置。

进一步地，每个电容的电容值不同，且第n+1个电容的电容值为2ⁿc。

进一步地，每个电容的电容值相同。

进一步地，每个所述开关为双向可控硅。

一种有源全补偿消弧线圈装置的应用，应用于采用中性点非有效接地方式的配电网。

进一步地，所述初级绕组w1的一端与配电网中性点连接，另一端接地。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种有源全补偿消弧线圈装置，通过调节电容控制单元部分，改变系统对外电抗，可以补偿绝大部分的无功分量。对于未能完全补偿的无功分量、有功分量及谐波分量，可以调节可控电源对其进行补偿，以此可以达到无级调节，连续补偿的效果。且电路结构简单，易于实现，可在现有变压器形式的消弧线圈中另加一个次级绕组即可。

进一步地，每个电容的电容值不同，且第n+1个电容的电容值为2ⁿc，这样能够实现电容的大范围调节，进而实现系统电抗值的大范围调节，最终实现补偿电流的大范围调节。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明有源全补偿消弧线圈装置的原理图；

图2为本发明有源全补偿消弧线圈装置在配电网中使用时的系统等效简化电路图；

图3为消弧线圈等效简化电路图。

图中：1-调容式电抗器，2-有源随动补偿装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种有源全补偿消弧线圈装置，包括初级绕组w1、第一次级绕组w2、第二次级绕组w3、可控电源、n+1个电容和n+1个开关，其中，n为不小于1的正整数。

每个电容对应串联一个开关形成一组电容控制单元，n+1组电容控制单元相互并联且与第一次级绕组w2并联形成调容式电抗器1；第二次级绕组w3与可控电源并联形成有源随动补偿装置2。

如图1所示，作为本发明的某一具体实施方式，有源全补偿消弧线圈装置包括4个电容和4个开关，4个电容分别为第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4，4个开关分别为第一开关t1、第二开关t2、第三开关t3和第四开关t4，第一电容c1与第一开关t1串联形成第一电容控制单元，第二电容c2与第二开关t2串联形成第二电容控制单元，第三电容c3与第三开关t3串联形成第三电容控制单元，第四电容c4与第四开关t4串联形成第四电容控制单元，第一电容控制单元、第二电容控制单元、第三电容控制单元、第四电容控制单元和第一次级绕组w2并联组成调容式电抗器1。

优选地，每个电容的电容值不同，且第n+i个电容的电容值为2ⁿc，c的取值根据实际所需来确定。

当然，也可以使得每个电容的电容值相同。

优选地，每个开关为双向可控硅。

本发明的初级绕组w1作为主电感，次级绕组采用双绕组式结构。以上述具体实施方式为例进行说明，第一次级绕组w2与四个电容控制单元部分并联构成可控电抗器，通过控制双向可控硅t1、t2、t3和t4的通断来决定对应电容c1、c2、c3和c4是否投入电路，四个电容的多种组合方式可以大范围的调节其等效电容，进而改变有源全补偿消弧线圈装置对外显示电抗值，补偿残流中的绝大部分基波无功分量。令第一电容c1的电容值为c，并令c2＝2c，c3＝4c，c4＝8c，定义四个电容接入电路的状态为1，不接入电路的状态为0，则(c4，c3，c2，c1)共有(0，0，0，0)～(1，1，l，1)共16种状态，即接入电路中的电容量有0，c，2c，……，15c共16种可能，能够实现电容的大范围调节，进而实现系统电抗值的大范围调节，最终实现补偿电流的大范围调节。由于电容调节的不连续性，不能精确补偿系统所需电流，本发明通过第二次级绕组w3连接可控电源构成有源随动补偿装置，通过改变可控电源的输出电压或者电流，可以补偿剩余需要补偿的电流中含有的无功分量、有功分量及谐波分量。

作为本发明的某一具体实施方式，一种有源全补偿消弧线圈装置的应用，应用于配电网，初级绕组w1的一端与配电网中性点连接，另一端接地。如图2所示，具体的说，ea、eb和ec分别是电网三相电压，即电网a相电压ea、电网b相电压eb和电网c相电压ec；ya、yb、yc分别是电网三相对地导纳，即电网a相对地导纳ya、电网b相对地导纳yb和电网c相对地导纳yc；rf是单相接地故障时等效过渡电阻，k为虚拟开关控制rf是否接入电路。当电网发生单相接地故障即电路中rf接入电路时，假设系统所需补偿电流为i０，其所对应消弧线圈电容调节量为7.3c。此时令c1、c2和c3接入电路，c4不接入电路，则系统中接入电容为7c，使得初级绕组w1中第一次级绕组w2作用下的电流分量i1可以补偿系统所需绝大部分基波无功电流。

如图3所示为消弧线圈等效简化电路图，z为消弧线圈折算后的等效电抗，is为折算后的等效电流源，i0为消弧线圈一次电流，i1为初级绕组w1中第一次级绕组w2作用下的电流分量，i2为初级绕组w1中第二次级绕组w3作用下的电流分量。通过调节可控电源，使得i2＝i0-i1，此电流中即包含了系统所需剩下的0.3c电容所要调节的电流无功分量与有功分量及谐波分量。

这样两个次级绕组共同作用下的初级绕组w1输出电流叠加i1+i2＝i0，就是消弧线圈装置输出电流，可以完全补偿系统所需电流，使得流过过渡电阻rf的电流为0，达到故障消弧目的。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。