专利名称：采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统无功补偿领域，尤其涉及一种采用阀支路并联型配置的晶闸 管阀控型可控并联电抗器装置。
背景技术：
根据国家可再生能源发展规划，西北地区将沿河西走廊建设千万千瓦级风电基 地，其远离负荷中心，大规模风电并网情况下风电的高效经济送出和电网的安全稳定运行 已经成为制约西北地区风电发展的两大技术难题。风力发电具有间歇性、波动性和随机性 的特点。风电场出力变化较大，风电功率波动使西北750kV输电通道上无功波动频繁，无功 电压控制困难并导致了电压稳定问题，增加了西北电网调度运行的难度，限制过电压和无 功补偿矛盾突出。特高压输电线路巨大的容性充电功率、剧烈的潮流变化以及有限的绝缘裕度给系 统的无功调节、过电压抑制提出了较高的要求，存在限制过电压和无功调节之间矛盾难以 协调的问题。可控并联电抗器作为提高系统调控灵活性的有效手段，可有效解决750kV风电送 出通道以及特高压输电线路无功补偿和电压控制的问题，提高电压稳定性水平和暂态运行 极限，降低线路输送损耗，平衡无功分布，并可以有效减轻调度运行的压力，是实现750kV 以及特高压输电通道高效经济运行的重要工具。可控并联电抗器主要包括磁控式可控并联电抗器(Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR)、分级式可控并联电抗器 Stepped Controlled Shunt Reactor, SCSR)以及晶闸管控制变压器(Thyristor Controlled Transformer, TCT)型可控并联电 抗器三种结构形式。其中，分级式可控并联电抗器具有控制方式简单、调节响应速度快、运 行安全稳定等诸多优点。目前，在我国750kV输电系统和特高压输电系统中还没有可控并联电抗器装置投 入使用。国内外也没有本发明提出的采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗 器装置投入超高压/特高压电网应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗 器装置，解决我国750kV风电送出通道以及特高压输电线路无功补偿和限制过电压之间的 矛盾，提高电压稳定性水平和暂态运行极限，降低线路输送损耗，平衡无功分布，减轻调度 运行的压力，并配合中性点电抗器限制潜供电流。本发明的一种采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，可控 并联电抗器的本体采用变压器结构，采用高短路阻抗结构形式构成，即通过加大变压器的 漏抗，将变压器和电抗器合于一体构成，或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成。
其包括可控并联电抗器本体、可控并联电抗器本体的低压侧装设的晶闸管阀、容 量配置电抗器、断路器和断路器串联电抗器；所述可控并联电抗器高压侧绕组三相接成 “Y”型，直接接到高压网络上，中性点短接后经电抗器接地；三相低压侧结构完全相同，各相 绕组首端分别经套管引出，低压侧绕组末端直接接地；每个晶间管阀组与对应的容量配置 电抗器串联构成阀支路，各阀支路并联连接，配置于低压侧的首、末端之间；断路器与断路 器串联电抗器相串联，连接于低压侧的首、末端之间。其中，采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器，其无功容量调节 采用晶闸管阀电流过零投切或相位控制的方式。其中，当所述可控并联电抗器采用晶闸管阀电流过零投切方式时，由于容量配置 电抗器的分压作用，为相应晶间管阀提供取能和开通电压，从而使容量分级调节过程完全 依靠晶闸管阀电流过零投切的方式完成，对系统无冲击；当系统发生暂态故障时，控制相应 的晶间管阀或关合旁路断路器使输出迅速达到最大输出容量，从而有效抑制工频过电压和 操作过电压。其中，当可控并联电抗器采用晶闸管阀相位控制的方式时，由于容量配置电抗器 的分压作用，为相应晶间管阀提供取能和开通电压，通过控制晶间管阀的导通角，实现输出 无功功率的平滑、快速调节；当系统发生暂态故障时，控制晶闸管阀的导通角或关合旁路断 路器使输出迅速达到最大输出容量，有效抑制工频过电压和操作过电压。本发明的有益效果是①采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器，调节方式简单，响应 速度快，检修方便，可有效解决限制过电压和无功补偿之间的矛盾，并配合中性点电抗器限 制潜供电流；②通过采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器无功功率的分级 输出，在容量切换过程中采用晶闸管阀电流过零投切或相位控制的方式开通和关断电流， 断路器不需开断电流，延长了断路器使用年限，对系统不会造成冲击，并避免了调节过程中 瞬间容量跌落的问题。技术的新颖性西北750kV风电外送通道和IOOOkV特高压输电系统具有电压等级高、充电无功 大、限制过电压和无功补偿矛盾突出、无功电压控制难度大等问题，目前还没有可控并联电 抗器装置投入使用。本发明提供的采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器 装置适用于无功电压波动频繁的750kV风电外送通道和IOOOkV输电系统。此外，目前在超 高压输电系统(500kV和330kV输电系统)中也没有本发明提供的采用阀支路并联型配置 的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置投入应用。技术的创造性(1)所提出的采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置本体采 用变压器结构，根据需求可设计为高短路阻抗形式或普通变压器外接电抗器形式，通过控 制晶闸管阀与本体短路阻抗相配合实现无功容量的分级控制。目前国内、外投入工程应用 的可控并联电抗器没有采用此种结构形式。(2)与目前国内、外已投运的唯一 1台分级式可控并联电抗器--昕州500kV分级
式可控并联电抗器装置相比所提出的采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置在容量分级调节时，由并联电抗器为晶闸管阀提供取能和开通电压，避免了分级 调节过程中瞬间容量跌落的问题。技术的实用性(1)所提出的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，通过控制晶闸管阀与本体短路 阻抗相配合实现无功的输出和调节。根据无功补偿的不同需求，晶闸管阀的控制方式可采 用电流过零投切或相位控制①当采用晶闸管阀电流过零投切方式时，容量分级调节过程完全依靠晶闸管阀电 流过零投切完成，响应速度快，对系统无冲击；②当采用晶闸管阀相位控制方式时，通过控制晶闸管阀的导通角，实现输出无功 功率的快速、平滑调节。(2)西北750kV输电通道和特高压输电系统无功波动频繁，无功电压控制困难，对 可控并联电抗器的调节频度要求很高。所提出的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，适合 于频繁调节，特别适用于西北750kV输电通道和特高压输电系统，有较好的工程实用前景。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置主接线图。
具体实施例方式采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器可用作线路可控并联电 抗器和母线可控并联电抗器两种工作方式。用作线路可控并联电抗器时，可吸收输电线路 的容性充电功率，限制工频过电压和操作过电压，抑制潜供电流，提高线路输送能力和系统 稳定性；用作母线可控并联电抗器时，通过调节输出无功，确保母线电压的稳定。图1示出了晶闸管阀控型可控并联电抗器装置的一种典型原理接线图，晶闸管阀 控型可控并联电抗器本体采用变压器结构，三相高压侧绕组接成“Y”型，直接接到高压电网 上，中性点短接后经电抗器接地。三相低压侧绕组首端分别经套管引出，低压侧绕组末端直 接接地，低压绕组首端和末端间连接晶闸管阀、容量配置电抗器、断路器以及断路器串联电 抗器。根据系统无功补偿的需求，对于装置容量的调节可采用晶闸管阀过零投切或相位 控制的方式实现。下面针对晶间管阀采用电流过零投切和相位控制两种不同方式分别阐述 相应的工作过程。(1)晶闸管阀采用电流过零投切方式装置容量的分级调节采用晶闸管阀电流过零投切的方式，可分多级，根据分级数 来确定晶闸管阀数量。图1以等分4级容量(25^^50^^75^^100% 4个容量级)为例，示 出了等分4级容量时的三相原理接线。为阐述方便，以图1所示的b相为例来说明工作原 理，a、c两相工作原理与b相完全相同。b端为可控电抗器低压侧首端，y端可控电抗器低 压侧末端。釙1、Xb2, Xb3, Xb4为容量配置电抗器；Tbl、Tb2、Tb3分别为100%容量级晶闸 管阀组、75%容量级晶闸管阀组、50%容量级晶闸管阀组。)(b4为并联电抗器，与二次绕组并 联，两端接在b和y上。旁路断路器Db串联电抗器胁11，该支路两端接在b和y上，同时需设计胁11的电抗值与胁1相同。正常工作过程中，当晶闸管阀Tbl导通时，控制晶闸管阀Tb2、Tb3闭锁，装置运行 于100%容量级；当晶闸管阀Tb2导通时，控制晶闸管阀Tbl、Tb3闭锁，装置运行于75%容 量级；当晶闸管阀Tb3导通时，控制晶闸管阀Tbl、Tb2闭锁，装置运行于50%容量级；当晶 闸管阀Tbl、Tl32、Tb3全部闭锁时，装置运行于25%容量级。装置容量与晶闸管阀控对应关 系如表1所示。表1投切容量控制表
权利要求
1.一种采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置，其特征在于可控 并联电抗器的本体采用变压器结构，采用高短路阻抗结构形式构成，即通过加大变压器的 漏抗，将变压器和电抗器合于一体，或采用普通变压器再外接电抗器的形式构成。
2.如权利要求1所述的可控并联电抗器装置，其特征在于包括可控并联电抗器本体、 可控并联电抗器本体的低压侧装设的晶闸管阀、容量配置电抗器、断路器和断路器串联电 抗器；所述可控并联电抗器高压侧绕组三相接成“Y”型，直接接到高压电网上，中性点短接 后经电抗器接地；三相低压侧结构完全相同，各相绕组首端分别经套管引出，低压侧绕组末 端直接接地；每个晶间管阀组与对应的容量配置电抗器串联构成阀支路，各阀支路并联连 接，配置于低压侧的首、末端之间；断路器与断路器串联电抗器相串联，连接于低压侧的首、 末端之间。
3.如权利要求2所述的可控并联电抗器装置，其特征在于采用阀支路并联型配置的晶 闸管阀控型可控并联电抗器，其无功容量调节采用晶闸管阀电流过零投切或相位控制的方 式。
4.如权利要求3所述的可控并联电抗器装置，其特征在于当所述可控并联电抗器采用 晶闸管阀电流过零投切方式时，由于容量配置电抗器的分压作用，为相应晶闸管阀提供取 能和开通电压，从而使容量分级调节过程完全依靠晶间管阀电流过零投切的方式完成，对 系统无冲击；当系统发生暂态故障时，控制相应的晶闸管阀或关合旁路断路器使输出迅速 达到最大输出容量，从而有效抑制工频过电压和操作过电压。
5.如权利要求3所述的可控并联电抗器装置，其特征在于当可控并联电抗器采用晶闸 管阀相位控制的方式时，由于容量配置电抗器的分压作用，为相应晶闸管阀提供取能和开 通电压，通过控制晶闸管阀的导通角，实现输出无功功率的平滑、快速调节；当系统发生暂 态故障时，控制晶闸管阀的导通角或关合旁路断路器使输出迅速达到最大输出容量，有效 抑制工频过电压和操作过电压。
全文摘要
本发明属于电力系统无功补偿领域，提出了一种采用阀支路并联型配置的晶闸管阀控型可控并联电抗器装置。该可控并联电抗器本体采用变压器结构，根据需求可设计为高短路阻抗形式或普通变压器外接电抗器形式。该可控并联电抗器高压侧绕组三相接成“Y”型；三相低压侧结构完全相同，每个晶闸管阀组与对应的容量配置电抗器串联构成阀支路，各阀支路并联连接，配置于低压侧的首、末端之间；断路器与断路器串联电抗器相串联，连接于低压侧的首、末端之间。当采用晶闸管阀电流过零投切方式时，容量分级调节过程依靠晶闸管阀电流过零投切的方式完成；当采用晶闸管阀相位控制的方式时，通过控制晶闸管阀的导通角，实现输出无功功率的快速、平滑调节。
文档编号H02H9/04GK102074958SQ20101061427
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者张帆, 张振环, 徐桂芝, 李海亮, 武守远, 王永平, 郑海涛, 雷晰 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司, 甘肃省电力公司