一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路制造技术

本发明专利技术公开了一种同轴型旋转式无功补偿器(CA

【技术实现步骤摘要】
一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路


[0001]本专利技术属于输配电电网及分布式电源并网
，特别涉及高渗透率分布式电源的有源配电网柔性无功调节、城市高电缆化率电网以及超高压线路充电功率过大等的无功调控问题。

技术介绍

[0002]在我国实施可再生能源替代行动、构建以新能源为主体的新型电力系统的大背景下，分布式电源的随机出力特性造成含高渗透率分布式电源的有源配电网电压、无功分布复杂化，当负荷节点功率小于分布式电源发出功率时，无功倒送会使得电力系统电压升高甚至出现电压越限，线路上可能会存在双向功率潮流，从而导致电能传输损耗增大，影响电压和供电质量，进而对有源配电网的无功、电压的调控策略及其装备性能提出了更高的要求。
[0003]同时，随着我国城市电缆化率进程的加速和超高压大电网的快速发展，在500kV超高压电网中100km长电缆线路的充电功率约为961～1611Mvar，是同等长度220kV电缆线路的3～4倍、同等长度和电压等级架空线路的11～16倍，尤其当负荷轻载或是某些地区电网建设超前网架规模过大而负荷较轻时，容升效应更加明显，电网无功严重过剩，给电网的安全稳定运行带来极大影响，电网无功和电压调控问题日益凸显。
[0004]无功补偿装置是可以发出一定量的感性或容性无功，可通过并联无功补偿装置支撑线路节点的电压。在合适的位置配置无功补偿装置，将有效减少系统中无功的传输，降低网络损耗，继而可以提升系统的经济性。并联电容器组是最传统的无功补偿装置之一，生产成本低，调节灵活，使用范围广，但只能进行单向补偿，即只能发出感性无功功率，还有无法连续调节无功的缺点，分组投退时可能会对系统造成不必要的扰动。
[0005]柔性交流输电技术可以补偿无功、提高系统运行稳定性，如移相变压器、静止无功补偿器、静止同步补偿器和统一潮流控制器等。静止无功补偿器主要包括晶闸管投切电容器和晶闸管控制电抗器。其中晶闸管投切电容器只能进行分级调节，无法对负载所需无功进行精确全补偿；晶闸管控制电抗器是通过改变晶闸管的触发角而连续调节补偿无功，但其只能单向性补偿容性无功，因此常与晶闸管投切电容器配合使用，但存在较为严重的谐波问题；静止同步补偿器和统一潮流控制器均可以实现无功功率的双向性补偿，具有控制响应速度快(10～20ms)和无功功率连续调节的特点，但这些以电力电子器件组成变流电路核心部件的装置，普遍存在热容量小、耐受性差、抗冲击能力弱、造价高、控制策略复杂，难以适应配电或高压电网及线路所面临的雷暴风雪极端气象与酷暑严寒的大自然环境，以及复杂的负荷性质等条件，难以同时满足精准性、经济性和安全性的目标和需求，难以大范围推广使用。
[0006]移相变压器中传统的机械分接开关无法满足补偿无功的连续和精准调节，频繁改变机械开关不仅会增大装置的耗损，还容易造成损坏，一定程度上增加了装置的维修维护成本，可靠性差。
[0007]旋转型移相变压器是采用伺服电机进行控制，百ms级响应速度较传统移相变压器更快，且对于电力系统的大多数应用，百ms级响应速度即可满足要求，此外还能实现无级连续调节，稳定性好，可靠性高；与电力电子装置相比，不会产生谐波畸变或相移，且具备皮实耐用、造价低、控制方法相对简单、损耗小、无任何电磁干扰问题等优点，旋转型移相变压器应用于电网的研究和应用前景非常可观，因此考虑一种同轴型旋转式移相变压器实现无功调节。
[0008]因此，针对上述现有技术存在的问题，目前迫切需要专利技术一种专门解决有源配电网柔性无功调节、高电缆率城市电网以及超高压线路充电功率过大等的无功调控问题，具有耐受性强、可靠性高、成本低、可双向性连续调节、不引入谐波的同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路；同时，研究本专利技术提出的同轴型旋转式无功补偿器的调控机理及其调控方法，使其能够动态精确进行无功补偿，从而有效提高电网供电效率和供电质量、减少系统中无功的传输、降低电能损耗。

技术实现思路

[0009]本专利技术公开了一种同轴型旋转式无功补偿器(CA
‑
RVC)拓扑电路，用于解决高渗透率分布式电源接入的配电网、城市高电缆率电网、超高压线路等的无功补偿问题。本专利技术包括两台同轴旋转的移相变压器、电容器、电感器构成的主电路，以及控制器、伺服电机、蜗轮蜗杆、外壳、配件等；其一次绕组、电容器共同并联于补偿点，二次绕组一组三相顺接、一组三相反接，移相器对应位置的相绕组再首尾串联，后与电感器并联。本专利技术提供的CA
‑
RVC的技术方法，是通过控制同轴旋转移相变压器的转子位置角，调节二次侧合成电压的幅值来改变电感吸收的无功，从而实现补偿无功的性质、大小调整，同时，减少了伺服电机及驱动器数量，提高了两移相器旋转移相的严格同步性。
[0010]本专利技术通过以下技术方案得以实现：
[0011]本专利技术提出的一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路，它主要包括三相电容、两台同轴旋转的移相变压器和三相储能电感三个子系统；所述两台同轴旋转的移相变压器的一次侧绕组并联，同时与三相电容共同并联连接于补偿点处；所述两台同轴旋转的移相变压器的二次绕组，一组按a，b，c三相顺接，一组按a，c，b三相反接，移相器对应位置的相绕组首尾串联，构成三相星型或角型接线，同时与三相星型或角型接线的三相储能电感并联；两台同轴旋转的移相变压器是由共同的闭合铁芯磁路和一次绕组、两组二次绕组、控制器、伺服电机、涡轮、蜗杆以及外壳、配件等组成。其方法特征是利用电磁感应原理和旋转矢量合成方法进行电压调节和功率变换，对三相储能电感两端电压幅值进行调节来改变电感吸收的无功，实现对同轴型旋转式无功补偿器补偿无功的调节和控制。
[0012]所述的一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路首先通过并联的方式为无功补偿器(两台同轴旋转的移相变压器的一次侧)取能；接着改变初、次级(定、转子)绕组轴线相对角位移，即定转子位置角，根据旋转移相变压器的感应调压原理，在经过磁场感应完成初、次级之间电能传递的同时，实现对次级绕组电压相位的调节(相对于初级电压相位)，两台同轴旋转的移相变压器次级电压幅值相等，相位互为相反数；两台同轴旋转的移相变压器的两组次级绕组对应移相器位置的相首尾串联后，构成三相接线，与三相储能电感并联连接，此时，三相储能电感两端的电压是两个幅值相等、相角互为相反数矢量的合成电压，根
据旋转矢量合成方法可知，该合成电压的幅值可在0～最大电压(两倍次级电压幅值)任意调节，从而改变电感吸收的无功功率，进而对本专利技术提供的同轴型旋转式无功补偿器补偿无功实现无级连续和双向的调节和控制。
[0013]所述的三相储能电感吸收的无功功率只与合成电压的幅值有关，而与合成电压的相位无关；采取两台同轴旋转的移相变压器相较两台独立的旋转移相变压器而言，在保证二次侧合成电压幅值调节范围满足要求的同时，还减少了装置所需伺服电机及驱动器数量，降低了无功补偿器成本和体积，提高了两台旋转移相器移相角的严格同步性，对无功的调控会更加精确。
[0014]所述的三相电容发出的无功Q
C
几乎保持不变；所述三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路，它主要包括三相电容、两台同轴旋转的移相变压器和三相储能电感三个子系统；所述两台同轴旋转的移相变压器的一次侧绕组并联，同时与三相电容共同并联连接于补偿点处；所述两台同轴旋转的移相变压器的二次绕组，一组按a，b，c三相顺接，一组按a，c，b三相反接，移相器对应位置的相绕组首尾串联，构成三相星型或角型接线，同时与三相星型或角型接线的三相储能电感并联；两台同轴旋转的移相变压器是由共同的闭合铁芯磁路和一次绕组、两组二次绕组、控制器、伺服电机、涡轮、蜗杆以及外壳、配件等组成；其方法特征是利用电磁感应原理和旋转矢量合成方法进行电压调节和功率变换，对三相储能电感两端电压幅值进行调节来改变电感吸收的无功，实现对同轴型旋转式无功补偿器补偿无功的调节和控制。2.根据权利要求书1所述的一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路，其特征在于，首先通过并联的方式为无功补偿器(两台同轴旋转的移相变压器的一次侧)取能；接着改变初、次级(定、转子)绕组轴线相对角位移，即定转子位置角，根据旋转移相变压器的感应调压原理，在经过磁场感应完成初、次级之间电能传递的同时，实现对次级绕组电压相位的调节(相对于初级电压相位)，两台同轴旋转的移相变压器次级电压幅值相等，相位互为相反数；两台同轴旋转的移相变压器的两组次级绕组对应移相器位置的相首尾串联后，构成三相接线，与三相储能电感并联连接，此时，三相储能电感两端的电压是两个幅值相等、相角互为相反数矢量的合成电压，根据旋转矢量合成方法可知，该合成电压的幅值可在0～最大电压(两倍次级电压幅值)任意调节，从而改变电感吸收的无功功率，进而对本发明提供的同轴型旋转式无功补偿器补偿无功实现无级连续和双向的调节和控制。3.根据权利要求书1所述的一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路，其特征在于，所述的三相储能电感吸收的无功功率只与合成电压的幅值有关，而与合成电压的相位无关；采取两台同轴旋转的移相变压器相较两台独立的旋转移相变压器而言，在保证二次侧合成电压幅值调节范围满足要求的同时，还减少了装置所需伺服电机及驱动器数量，降低了无功补偿器成本和体积，提高了两台旋转移相器移相角的严格同步性，对无功的调控会更加精确。4.根据权利要求1所述的一种同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路，其特征在于：由三相电容、两台同轴的旋转移相变压器和三相储能电感串并联结构构成，其中：
①
同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路中三相电容构成三相星型接线接入电网：首端各端子A
C
，B
C
，C
C
并联接于电网侧线路的对应相各火线端子A，B，C上，三相电容的末端各端子X
C
，Y
C
，Z
C
汇交为中性点N1，如果电源侧电压U
S
不变，则三相电容发出的无功功率恒定；
②
同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路中两台旋转移相变压器的同轴接线方式：两同轴旋转移相变压器共用的一次侧绕组首端A1，B1，C1并联接于接入电网处线路对应相各火线端子A，B，C上，一次侧绕组的末端A2，B2，C2共同汇交为中性点N2，实现三相取能绕组的星型接线，也可以根据应用场合的需要，三相取能绕组采用角型接线；同轴旋转的移相变压器的一组二次侧绕组按照a，b，c正接，另一组二次侧绕组按照a，c，b反接，两旋转移相变压器二次绕组按移相器对应位置的相首尾串联连接，即两同轴旋转移相变压器的第一组二次绕组的末端a2，b2，c2分别与两同轴旋转的移相变压器第二组二次绕组的首端a3，c3，b3依此连接；两同轴旋转的移相变压器第二组二次绕组末端a4，b4，c4汇交为于中性线N3，构成三相星型接线；通过同轴旋转移相变压器闭合的三相铁心磁路实现移相器一次绕组与二次绕组之间的
电压和功率变换，并经过移相调节机构调节各二次绕组电压相位，同轴旋转移相变压器二次串联侧输出电压是由两个幅值相同、相角相反且可调的旋转矢量合成后的电压相量，该相量的幅值可以通过控制移相角进行调节；
③
同轴型旋转式无功补偿器拓扑电路中三相储能构成三相星型接线与二次侧同样构成了三相星型接线的同轴型旋转式无功补偿器并...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，邓婉君，贾焦心，张波，曲伟，
申请(专利权)人：保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：