补偿装置和使用一个补偿装置的输电系统制造方法及图纸

一种与输电线（２ａ，２ｂ）串联连接的补偿装置，其中输电线具有至少一个断路器（４）并且该补偿装置包括：至少一个具有一个无变压器电抗串联补偿器的补偿单元（１３），该补偿器具有一个直流电容器（８）和一个单相逆变器（７），设置有一个预充电装置（ＰＣＭ），用于对所述至少一个补偿单元（１３）的所述直流电容器（８）预充电。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种补偿装置和一种使用这样一种补偿装置的输电系统。特别是本专利技术涉及一种包括无变压器电抗串联补偿器的补偿装置。为了增加输电的容量和使输电更稳定，典型地在输电系统中使用补偿装置。通常一个补偿装置与包括一个断路器的输电线串联连接，并且该补偿装置包括至少一个补偿单元。每个补偿单元包括一个无变压器电抗串联补偿器，该无变压器电抗串联补偿器包括一个直流电容器和一个由自灭弧半导体构成的单相逆变器。具体地说，在补偿单元中各个逆变器与对应的一个直流电容器连接。在这样的一个补偿装置中，在一个正常操作能够开始之前，直流电容器必须被预充电到一个规定的电压，该预充电通常由一个附加的预充电电路来进行或由一个流过一个输电线的线电流来进行。本专利技术特别涉及补偿装置怎样能够利用一个简单电路结构的预充电电路对至少一个直流电容器有效预充电的问题。近年来，在输电系统中已经使用了几个不同补偿装置的例子来提供更稳定和更高效率的输电系统。这种输电系统被称为灵活的交流传输系统(所谓的FACTS)。在补偿装置中通常使用半导体器件。这种半导体器件可以包括类似于可栅极关断晶闸管(所谓的GTOs)和栅极换流的可关断晶闸管(所谓的GCTs)的自灭弧半导体。此外，也可以利用绝缘栅双极性晶体管(所谓的IGBTs)。这些部件已经被应用到电力变换器中，例如补偿装置的逆变器中，并且根据调查为了实现使输电系统更稳定，在将来他们的应用将更广泛。在FACTS系统中使用一个包括无变压器电抗串联补偿器(所谓的TLRSC)的补偿装置。图9示出了一种输电系统，该输电系统包括两个彼此通过输电线2a、2b连接的交流电力系统1a和1b、一个补偿装置3，即一个TL-RSC3、和一个设置在交流电力系统1b和输电线2b之间的断路器4。在输电线2a和2b之间设置TL-RSC3不仅增加了输电容量而且使该系统更稳定。此外，TL-RSC3在两个输出端3a，3b上直接地与输电线2a、2b串联连接，而不用任何变压器。附图说明图10示出了一个TL-RSC3的详细结构，如从下列两个现有技术中所得知的，在Proceedings of the Power Conversion Conference(PCC)-Nagaoka1997，pp.197-202中发表的文章“具有电压源逆变器的无变压器电抗串联补偿器”和EP98106780.4，这两个现有技术示出了权利要求1和13的前序部分。在图10中，5a-5d表示自灭弧半导体、6a-6d表示与每个自灭弧半导体反相并联的续流二极管、7表示一个由自灭弧半导体5a-5d和续流二极管6a-6d构成的单相逆变器、8表示一个与单相逆变器7连接的直流电容器、9a和9b表示滤波电抗器、10表示一个滤波电容器，11表示一个由滤波电抗器9a，9b和滤波电容器10构成的滤波电路、12表示一个交流开关12。此外，13表示补偿装置TL-RSC3的一个补偿单元、14a和14b表示补偿单元13的两个输出端。在图10中，自灭弧半导体5a表示为与续流二极管6a是分离的。然而，近年来已经发展了反向导通自灭弧半导体，该自灭弧半导体把在相同组件中的自灭弧半导体5a和续流二极管6a的功能结合起来。当该反向导通自灭弧半导体被应用到单相逆变器7时，在图10不需要续流二极管6a-6d。虽然在图10中补偿装置TL-RSC3由一个补偿单元13构成时，但是图11示出了由几个补偿单元构成的补偿装置，它们由符号13a、13b、13c表示，这样的结构具有更大的功率补偿容量。在此，补偿装置TL-RSC3由几个级联的补偿单元13a-13c构成，它们串联连接在每个补偿单元13a、13b、13c的输出端14a和14b之间。当然，每个补偿单元13a-13c具有如在图10中所示的相同结构。通常，这种补偿单元典型地可以串联连接到10个。如在图10中所示的，单相逆变器7与输电线2a，2b串联和间接地连接而不用任何变压器。也就是，逆变器7借助于串联插入的滤波电路11与输电线2a，2b耦接。滤波电路11基本上消除了谐波失真，该谐波失真是由一个脉宽调制(所谓的PWM)控制操作的单相逆变器7产生的(如已知的，PWM控制被应用于在预定的时间间隔使逆变器7导通/关断)。当输电线2a，2b上受单相逆变器7的影响(即，考虑到阻抗匹配和/或由PWM控制在输电线上产生的峰值)非常小时，特别是在高PWM频率的情况下，滤波电路11可以被去消。因此，一个分离结构的滤波电抗器9a、9b是不必要的，它们之中的一个可以是足够的。交流开关12被定义为这样一个开关，即在预定的导通/关断时间打开和闭合以便与端子14a，14b连接或分离并且当该开关被闭合时(即在一个导通状态下)也能够流过一个交流电流。EP98106780.4中公开这种用于起动和关闭一个补偿装置TL-RSC3的操作的交流开关12。虽然利用具有一个TL-RSC3的补偿装置已经被提出用于新的FACTS系统，但是由于电路本身的问题到目前为止未出现可有效操作的电路。在其正常的PWM操作期间，TL-RSC3控制流过输电线2a，2b的线电流并且单相逆变器7通过利用直流电容器8的电压来产生输出电压。然而，在正常的PWM操作起动之前，直流电容器8上的电压是0，因此直流电容器8的预充电操作是需要的。因而，实现一个可工作的TL-RSC3主要地取决于提供有效的预充电技术，特别的关于用于预充电的单个补偿元件的费用、尺寸和重量，如在下面将要说明的。首先，在图12中示出了一个用于三相逆变器的半桥电路，该半桥电路设置有用于直流电容器8的预充电电路。如在图12中所示的，该电路结构是一种并联电路结构，即通过把流过输电线2的每相(3相线路)中的电流分流出部分电流给对应的半桥电路并且因此提供给直流电容器来实现直流电容器8的预充电。预充电电路能够利用由输电线2来的电流对直流电容器8进行充电。一个如在图12中所示的预充电电路在“Mitsubishi DenkiGihou，Vol.63，No.10，1989，pp.41”中被描述了。在此，该逆变器已经被应用到一个有源滤波器，以便减小输电线2中的谐波失真。如在图12中所示的，作为预充电电路，一个开关15a与对应的预充电电阻器16串联连接，另一个开关15b与开关15a和预充电电阻器16构成的电路并联连接。在预充电操作期间，即在有源滤波器的正常PWM操作开始之前，开关15a导通而开关15b关断。因此能够获得由输电线2经过预充电电阻器16的功率(本质上是一个电流)，并对直流电容器8预充电。预充电电阻器16作为一个限流电阻器来工作。在预充电操作周期之后，通过使开关15b导通来使预充电电阻器16被短路并且在同时开关15a应该被打开。当在图12中使用的用于一个有源滤波器的并联型预充电电路被应用于一个补偿装置TL-RSC3，其中TL-RSC3特别具有如在图11中所示的多个结构时，需要许多预充电电阻器16(每个补偿单元3个)和许多辅助开关15a，15b(每个补偿单元2个)。此外，在TL-RSC3的正常操作期间，线电流流过开关15a。当把图12的并联型预充电电路应用到一个有源滤波器上时，流过开关15b的导通电流是一个补偿流入到输电系统中的失真电流的电流(在图12中没有示出)。因此在有源滤波器的情况下，开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与输电线串联连接的补偿装置，其中输电线具有至少一个断路器，该补偿装置包括： 至少一个具有一个无变压器电抗串联补偿器的补偿单元，该补偿器具有一个直流电容器和一个单相逆变器；和 一个预充电装置，用于对所述至少一个补偿单元的所述直流电容器预充电。

【技术特征摘要】
EP 1998-8-26 98116096.31.一种与输电线串联连接的补偿装置，其中输电线具有至少一个断路器，该补偿装置包括至少一个具有一个无变压器电抗串联补偿器的补偿单元，该补偿器具有一个直流电容器和一个单相逆变器；和一个预充电装置，用于对所述至少一个补偿单元的所述直流电容器预充电。2.根据权利要求1的补偿装置，其中所述单相逆变器包括自灭弧半导体。3.根据权利要求1的补偿装置，其中在一个预充电操作期间所述预充电装置使所述直流电容器与输电线分离。4.根据权利要求1的补偿装置，其中所述预充电装置包括一个提供直流充电电压以便对所述直流电容器充电的预充电电路、使所述预充电电路与所述直流电容器分离/连接的第一开关、使所述单相逆变器与所述输电线分离/连接的第二开关和一个用于控制所述开关的预充电控制器，以致于在预充电操作期间使所述预充电电路与所述直流电容器连接，同时所述直流电容器与所述补偿单元的输出端分离，而在预充电操作结束之后控制所述开关，以致于使所述直流电容器与预充电电路分离，但使所述直流电容器与所述补偿单元的输出端连接。5.根据权利要求4的补偿装置，其中设置几个补偿单元，每个补偿单元包括一个直流电容器、设置对应的开关，以便对每个直流电容器分别地进行所述连接/分离控制，其中所述的预充电电路同时对所有并联连接的直流电容器进行预充电。6.根据权利要求4的补偿装置，其中所述预充电电路包括一个变换器。7.根据权利要求1的补偿装置，其中所述预充电装置包括一个交流开关，该交流开关具有一个第一端和一个第二端，它们与所述至少一个补偿单元的输出端连接、和一个交流开关控制器，在流过所述输电线的线电流过零之后交流开关控制器使所述交流开关关断一个时间间隔。8.根据权利要求7的补偿装置，其中所述交流开关包括至少两个反向并联连接的晶闸管。9.根据权利要求7的补偿装置，其中所述交流开关包括四个晶闸管和一个限流装置，第一和第二晶闸管的阴极在一个第一串联连接节点上被连接在一起，第三和第四晶闸管的阳极在一个第二串联连接节点上被连接在一起，所述第一晶闸管的阳极和所述第三晶闸管的阴极与所述交流开关的所述第一端连接，所述第二晶闸管的阳极和所述第四晶闸管的阴极与所述交流开关的所述第二端连接，所述限流装置被连接在所述第一和第二串联连接节点之间。10.根据权利要求7的补偿装置，其中所述交流开关包括5个晶闸管和一个限流装置，第三晶闸管的阴极与第四晶闸管的阳极连接，第二晶闸管的阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈山秀夫，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]