一种变压器式可调电抗器及其构成的静止无功补偿器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种变压器式可调电抗器及其构成的静止无功补偿器。可调电抗器包括并联变压器单元、电压源型逆变器组合单元和可调电抗组合单元；电压源型逆变器组合单元由一个双桥臂逆变电源和一个限流电抗器串联构成，可调电抗组合单元由Ｎ－１个晶闸管投切电抗器支路构成，每个晶闸管投切电抗器支路分别由一个反并联晶闸管Ｔ↓［ｉ１］和一个电抗器Ｘ↓［ｉ１］串联构成。由上述可调电抗器构成的补偿器，它还包括固定并联电容器单元，测量单元和控制单元。可调电抗器具有更快的响应速度、更广的调节范围、更好谐波性能和输出电流谐波很小，无需设计专门的滤波器就可以直接接入系统运行。静止无功补偿器具有：容易实现大容量化、谐波污染小和动态响应速度快等优点。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力系统自动化领域，具体涉及一种变压器式可调电抗器，以及由此构成的静止无功补偿器。
技术介绍
电力系统的安全、稳定及经济运行水平同无功功率平衡密切相关。为此，必需装设相应的补偿装置以解决电力系统在不同运行方式下可能出现的无功不足和无功过剩问题。归纳起来，当前正在应用和研究中的无功补偿器有以下几种静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)在这类补偿器中，目前研究和使用较多的是采用基于晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlledreactor，TCR)的SVC，它能较好地解决负荷的动态无功补偿问题，但TCR工作过程中将产生大量的谐波电流注入系统，为消除这些谐波需增加大量的滤波器，从而增加了装置的占地面积和造价。此类技术参考文献有肖立军，贺炳庆，伍世民，彭建中 译.静止无功补偿装置.长沙湖南大学出版社，1989.以及N.GHingorani，L.Gyugyi.Understanding FACTSConcepts and technology of flexible ac transmission systems，Chapter 5.NewYorkIEEE Press(ISBN 0-7803-3455-8)，2000. 基于变压器式可调电抗器(Controllable Shunt Reactors of TransformerType，CSRT)的无功补偿器和TCR相比，CSRT具有谐波电流较小、功率损耗较低等优点。但CSRT存在如下缺点①轻载时为了减小注入系统电流的谐波畸变率，存在不可调的死区；②为满足工作区内电抗器输出电流的谐波限制，控制绕组的各级容量和调节级数必需满足一定的关系，从而使装置的设计和实现变得复杂。此类技术参考文献有田铭兴，励庆孚.变压器式可控电抗器的谐波分析和功率级数计算，中国电机工程学报，2003，23(8)168-171。常规的变压器式可调电抗器(CSRT)的电路结构如图1所示，其中，WC为原方绕组，直接并联接入系统，iC为流过CSRT原方绕组的电流(称为CSRT的输出电流)；WC1，WC2，...，WCN(N为大于等于1的正整数)为副方绕组，T1，T2，...，TN和X1，X2，...，XN分别为串联在副方绕组中的反并联晶闸管和限流电抗器，iC1，iC2，...，iCN分别为流过各副方绕组的电流。通过控制各副方绕组反并联晶闸管的导通和关断可以达到分级平滑调节整个电抗器等效阻抗的目的。先进静止无功发生器(Advanced Static Var Generator，ASVG)与基于可调电抗器的无功补偿设备相比，ASVG具有调节速度更快、调节范围更广、谐波输出更小，及欠压条件下的无功调节能力更强等优点。但限于电力电子器件的生产和发展水平，目前制造大容量的ASVG仍存在技术难度大、造价高等问题。此类技术参考文献有Hanson，D，J.，Woodhouse，M.L.，Horwill，C.，et al.STATCOMa new era of reactive compensation.PowerEngineering Journal[see also Power Engineer]，2002，16(3)151-160.以及Schauder，C.，Gernhardt，M.，Stacey，E.，et al.Operation of±100 MVAR TVASTATCON.IEEE Transactions on Power Delivery，1997，12(4)1805-1811.
技术实现思路
本技术针对现有技术的问题和不足，提出一种新型的变压器式可调电抗器及其构成的静止无功补偿器，它综合利用了CSRT和ASVG的技术特点，具有易于大容量化、谐波污染小、性价比高、动态响应速度快等优点。本技术提供一种变压器式可调电抗器，包括并联变压器单元，其特征在于它还包括电压源型逆变器组合单元和可调电抗组合单元；并联变压器单元副方有N个绕组WC1～WCN，N为大于等于1的正整数，其原、副方电压同相，且原方与副方各绕组变比一定；电压源型逆变器组合单元由一个双桥臂逆变电源和一个限流电抗器串联构成，串联在并联变压器单元副方第1个绕组WC1上，其输出电流iVSI的范围为[-I，+I]；可调电抗组合单元由N-1个晶闸管投切电抗器支路构成，每个晶闸管投切电抗器支路分别由一个反并联晶闸管Ti1和一个电抗器Xi1串联构成，I＝2，...，N，该N-1个晶闸管投切电抗器支路分别串联在并联变压器单元副方第2至第N个绕组WC2～WCN上；并联变压器单元用于将可调电抗器并联接入电网，降低变压器副方电压等级，其副方的多绕组结构用于减小各绕组容量、实现电流的分级调节；电压源型逆变器组合单元用于产生连续可调的容性/感性电流；可调电抗组合单元用于产生分级可调的感性电流。由上述可调电抗器构成的补偿器，其特征在于它还包括固定并联电容器单元，测量单元和控制单元；固定并联电容器单元与可调电抗器的原方并联接入电网；可调电抗器提供连续可调的感性无功；固定并联电容器单元提供固定的容性无功；测量单元测量相关电压电流量；控制单元根据测量单元所测得的电压电流对可调电抗器进行控制，使得可调电抗器发出的无功与固定并联电容器单元发出的无功一起，对电网进行实时的补偿。与现有的可调电抗器相比，本技术所提供的变压器式可调电抗器具有如下优点①具有更快的响应速度；②具有更广的调节范围；③具有更好谐波性能，输出电流谐波很小，无需设计专门的滤波器就可以直接接入系统运行；④本技术所提供的变压器式可调电抗器还可以工作于有源滤波器(Active Power Filter，APF)方式，补偿无功的同时补偿负荷产生的谐波电流，用于诸如钢铁厂、电气化铁道等负荷的无功和谐波补偿。由本技术提供的变压器式可调电抗器构成的补偿器与现有的无功补偿技术相比具有以下优点1、容易实现大容量化。本技术提供的变压器式可调电抗器的调节绕组采用了VSI(VSI的开关器件采用GTO、IGBT等)进行控制，其他控制绕组均采用反并联晶闸管控制。根据目前电力电子器件的发展现状，新型补偿器的大容量化主要受VSI的限制，由于在本技术提供的无功补偿器中，VSI的额定容量仅占整个补偿器额定容量的很小一部分，因此，容易实现整个无功补偿装置的大容量化，从而满足大容量的无功补偿要求。2、谐波污染小。基于下述因素，本技术提供的无功补偿器的谐波污染非常小。通常可以认为处于全导通或全关断的绕组不会对系统产生谐波污染；VSI输出电流的谐波含量远小于TCR输出电流的谐波含量，同时由于新型变压器式静止无功补偿器中的VSI容量相对较小，所以其产生的谐波电流在整个补偿器输出电流中所占的比例很小；此外，VSI的损耗在整个装置中所占的比例也较小，因此还可以采用较高开关频率以进一步减小其输出电流中的谐波。3、动态响应速度快。当负荷无功发生变化时，本技术所述变压器式静止无功补偿器仅需半个周波到一个周波时间就可以响应负荷变化，实现快速补偿。4、该专利技术综合了CSRT和ASVG的技术特点，克服了传统的并联电抗器/电容器响应速度慢、连续可控性差，基于TCR的SV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器式可调电抗器，包括并联变压器单元，其特征在于：它还包括电压源型逆变器组合单元（２）和可调电抗组合单元（３）；并联变压器单元（１）副方有Ｎ个绕组：Ｗ↓［Ｃ１］～Ｗ↓［ＣＮ］，Ｎ为大于等于１的正整数，其原、副方电压同相，且原方与副方各绕组变比一定；电压源型逆变器组合单元（２）由一个双桥臂逆变电源（２．１）和一个限流电抗器（Ｘ↓［１］）串联构成，串联在并联变压器单元（１）副方第１个绕组Ｗ↓［Ｃ１］上，其输出电流ｉ↓［ＶＳＩ］的范围为［－Ｉ，＋Ｉ］；可调电抗组合单元（３）由Ｎ－１个晶闸管投切电抗器支路（３．２～３．Ｎ）构成，每个晶闸管投切电抗器支路分别由一个反并联晶闸管Ｔ↓［ｉ１］和一个电抗器Ｘ↓［ｉ１］串联构成，ｉ＝２，…，Ｎ，该Ｎ－１个晶闸管投切电抗器支路分别串联在并联变压器单元（１）副方第２至第Ｎ个绕组Ｗ↓［Ｃ２］～Ｗ↓［ＣＮ］上；并联变压器单元（１）用于将可调电抗器并联接入电网，降低变压器副方电压等级，其副方的多绕组结构用于减小各绕组容量、实现电流的分级调节；电压源型逆变器组合单元（２）用于产生连续可调的容性／感性电流；可调电抗组合单元（３）用于产生分级可调的感性电流。

【技术特征摘要】
1.一种变压器式可调电抗器，包括并联变压器单元，其特征在于它还包括电压源型逆变器组合单元(2)和可调电抗组合单元(3)；并联变压器单元(1)副方有N个绕组WC1～WCN，N为大于等于1的正整数，其原、副方电压同相，且原方与副方各绕组变比一定；电压源型逆变器组合单元(2)由一个双桥臂逆变电源(2.1)和一个限流电抗器(X1)串联构成，串联在并联变压器单元(1)副方第1个绕组WC1上，其输出电流iVSI的范围为[-I，+I]；可调电抗组合单元(3)由N-1个晶闸管投切电抗器支路(3.2～3.N)构成，每个晶闸管投切电抗器支路分别由一个反并联晶闸管Ti1和一个电抗器Xi1串联构成，i＝2，...，N，该N-1个晶闸管投切电抗器支路分别串联在并联变压器单元(1)副方第2至第N个绕组WC2～WCN上；并联变压器单元(1)用于将可调电抗器并联接入电网，降低变压器副方电压等级，其副方的多绕组结构用于减小各绕组容量、实现电流的分级调节；电压源型逆变器组合单元(2)用于产生连续可调的容性/感性电流；可调电抗组合单元(3)用于产生分级可调的感性电流。2.根据权利要求1所述的可调电抗器，其特征在于上述各晶闸管投切电抗器支路(3.2～3.N)上均并联有晶闸管投切电容器支路，用于产生分级可调的容性/感性电流；上述各晶闸管投切电容器支路由反并联晶闸管Ti2、电容器Ci以及阻尼电抗器Xi2串联而成，其中i＝2，...，N。3.由权利要求1所述可调电抗器构成的补偿器，其特征在于它还包括固定并联电容器单元(6)，测量单元(7)和控制单元(8)；固定并联电容器单元(6)与可调电抗器(5)的原方并联接入电网；可调电抗器(5)提供连续可调的感性无功；固定并联电容器单元(6)提供固定的容性无功；测量单元(7)测量相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洪发，段献忠，朱庆春，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]