專利名稱：通過與電力網(wǎng)并聯(lián)來交換電力的裝置和方法,以及這種裝置的使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及通過與電力網(wǎng)并連交換電力的裝置，為實(shí)現(xiàn)該目的的方法，以及為實(shí)現(xiàn)該目的對此裝置的使用。
該裝置包括相互串聯(lián)的無功電抗元件和電壓源轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
電力網(wǎng)中的無功功率補(bǔ)償通常，和其他的事物，通過將無功電抗元件，本上下文中是指電感和電容，并聯(lián)到電力網(wǎng)來而出現(xiàn)。通過晶閘管開關(guān)的連接，實(shí)質(zhì)上由兩個(gè)晶閘管閥門非平行連接，與電感串聯(lián)，可以控制通過電感的電流以及通過設(shè)備和電力網(wǎng)之間的無功功率交換(晶閘管控制電抗器-TCR)。以相似的方式， 電容器可能分別通過電開關(guān)連接到電網(wǎng)和被從電網(wǎng)拆開，例如晶閘管開關(guān)，憑此供給電網(wǎng)的無功功率可能按步驟(晶閘管開關(guān)電容器TSC)控制。固定電容器也經(jīng)常與TSCs和Tscs與TCRs的結(jié)合來結(jié)合使用，這就可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的連續(xù)的可控制無功功率交換。
并聯(lián)連接的電容主要用在工業(yè)網(wǎng)中以補(bǔ)償例如在大的異步發(fā)動機(jī)中的無功功率衰耗。其它典型的應(yīng)用是，其中通常固定電容和TCRs的結(jié)合是有利的，與具有非常大的無功功率消耗變化的載荷連接，例如，在電弧穩(wěn)定器中。在某些情況下，可能適合經(jīng)由變換器連接補(bǔ)償部件到工業(yè)網(wǎng)中。
隨著裝配有串聯(lián)的晶體管(IGBT)的電壓源變換器(VSCs)的到來，為相對高電壓使用這種變換器成為可能。通過脈寬調(diào)制(PWM)的控制能夠迅速控制變換器產(chǎn)生的電壓。這種變換器因此形成了一種設(shè)備，能夠根據(jù)幅度和相位的設(shè)備迅速控制產(chǎn)生的交流電壓。
當(dāng)通過特定基頻連接到電網(wǎng)的變換器時(shí)，所述特定基頻名義上通常是50或60赫茲，使得變換器產(chǎn)生的電壓包括基頻成分，在下面內(nèi)容里稱為基壓，但是另外，因?yàn)槊}寬調(diào)制，也是有其他頻率成分。
雖然如此，在下文中，也只考慮基壓。
已經(jīng)知道，連接這樣的電壓源轉(zhuǎn)換器到工業(yè)網(wǎng)來獲得與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的迅速可控的與網(wǎng)絡(luò)的無功功率交換，例如，ABB Review 6/98 pp 21-30SVC Light-一種強(qiáng)大的改進(jìn)功率質(zhì)量的工具。
在這些已知的應(yīng)用中轉(zhuǎn)換器的連接是經(jīng)由相位電感形成的，該相位電感通常是根據(jù)轉(zhuǎn)換器的額定電流計(jì)算出的，它們大約占了網(wǎng)絡(luò)中基頻的正常電壓的10-30％。轉(zhuǎn)換器用來產(chǎn)生電壓，電壓的基本成分，同時(shí)在關(guān)于頻率和相位上，實(shí)質(zhì)上與網(wǎng)絡(luò)中的電壓是一致的(為彌補(bǔ)轉(zhuǎn)換器和相位電感的功率損耗，相位必須與網(wǎng)絡(luò)中的電壓偏移一些；按照原理的推論中忽略不記)，如果它的電壓的幅度比網(wǎng)絡(luò)中電壓幅度低，通過產(chǎn)生的電壓幅度的變化，轉(zhuǎn)換器可以導(dǎo)致消耗無功功率，分別的，如果它的電壓比網(wǎng)絡(luò)中的電壓幅度高，將導(dǎo)致產(chǎn)生無功功率。因?yàn)樵诠I(yè)網(wǎng)中，電壓轉(zhuǎn)換器的任務(wù)通常是產(chǎn)生無功功率，通常它通過可能在步級上可連接的電容補(bǔ)充。
因此，根據(jù)上面提到的技術(shù)，轉(zhuǎn)換器必須計(jì)算出與網(wǎng)絡(luò)中的正常電壓加上無功功率產(chǎn)生的一個(gè)可控的范圍相等的電壓。
然而，通常證明這樣的一個(gè)配置導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器在充分考慮電容攜帶電流的能力時(shí)不能被利用，這也意味著在考慮電流時(shí)它超出了范圍。為了更好的利用轉(zhuǎn)換器，可以經(jīng)由一個(gè)變壓器連接，所述變壓器改變了在轉(zhuǎn)換器中的電流和電壓的比率進(jìn)而使得更好的利用轉(zhuǎn)換器。然而，這使得安裝時(shí)增加了一個(gè)多余的部件。
并聯(lián)中耦合的電感主要用在用高架線的高壓傳送網(wǎng)中，也用在用電纜的傳送網(wǎng)中，后一種情況還是在低壓下。
上述所有的目的是禁止可能出現(xiàn)在連接開關(guān)的傳送網(wǎng)中的超電壓和抵消沿傳送線在底負(fù)荷下產(chǎn)生的電壓。在另一方面，這意味著電感，在增加負(fù)荷情況下，有助于消除沿著線路的非需要的電壓降。
已知的，使用開關(guān)方式下可連接的電感器，利用固定電感消除變化負(fù)荷下沿線路的電壓變化。然而，這種與傳送網(wǎng)的無功功率交換的控制是不連續(xù)的，與上面提到的超電壓比較，相對慢。在這種情況下，固定電感的任務(wù)是減小連接中突然的電壓升高引起的超電壓，例如，通過功率網(wǎng)中的開關(guān)操作。與TCR連接時(shí)固定電感可以裝備有與上面提到的那種晶閘管開關(guān)。然而，這種方法限制了控制速率，這是由晶閘管開關(guān)操作模式導(dǎo)致的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是用來提供在工業(yè)網(wǎng)中使用的描述的介紹部分所描述的這種裝置，這種裝置，不采用變壓器，增加了轉(zhuǎn)換器的使用，并提供實(shí)現(xiàn)該目的的方法。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是用來提供在高壓傳送線中使用的描述的介紹部分所描述的這種裝置，這種裝置允許快速和連續(xù)的控制與傳送線的功率交換，并提供實(shí)現(xiàn)該實(shí)體的方法。
根據(jù)本發(fā)明，這些目的通過計(jì)算電壓源轉(zhuǎn)換器到一個(gè)控制范圍，該范圍將基壓的幅度限制到低于功率網(wǎng)中的正常電壓的值，并包括了無功部件的基壓發(fā)生器，該基壓具有和功率網(wǎng)中的相位一致或與功率網(wǎng)中的電壓相位在電力上偏移180°。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，轉(zhuǎn)換器的控制范圍另外包括生成具有一個(gè)相位的基壓的有功成分，該相位電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位+90°或-90°以及具有一個(gè)導(dǎo)致與電力網(wǎng)交換有功功率的幅度。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，裝置包含了一個(gè)控制系統(tǒng)，用于根據(jù)電力網(wǎng)感知的電壓變化，來控制由轉(zhuǎn)換器根據(jù)在控制范圍之內(nèi)的幅度和相位產(chǎn)生的基壓，其中控制系統(tǒng)包括了一個(gè)信號處理部分，其在頻率8.8Hz附近的頻率間隔附近具有相位增加特性和根據(jù)上述信號處理部分的輸出信號為轉(zhuǎn)換器的電流形成參考值的裝置。
本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)將通過下面的描述和權(quán)利要求變得清晰。


通過參考附圖描述實(shí)施例將本發(fā)明非常詳細(xì)的描述，所有的附圖都是示意性的，并以單行圖表，圖表和結(jié)構(gòu)圖的形式。其中圖1表示根據(jù)先有技術(shù)的一個(gè)具有用來補(bǔ)償無功功率的電壓源轉(zhuǎn)換器和電感阻抗器件的裝置，圖2表示具有電壓源轉(zhuǎn)換器和電容阻抗器件的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3表示具有電壓源轉(zhuǎn)換器和電感阻抗器件的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，
圖4表示無功功率損耗和通過根據(jù)圖3的本發(fā)明的實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系，圖5表示具有電壓源轉(zhuǎn)換器和電感阻抗器件的本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例，圖6表示在矢量圖中在本發(fā)明的進(jìn)一步開發(fā)中的電力網(wǎng)和轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓之間的關(guān)系，圖7A更加詳細(xì)地展示根據(jù)圖3的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖7B展示了據(jù)圖7A的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制系統(tǒng)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
下面的描述是關(guān)于方法和設(shè)備的。
本發(fā)明將通過先有技術(shù)的對比例子在下面被解釋。
圖1顯示了在按照先有技術(shù)進(jìn)行的無功功率補(bǔ)償?shù)娜嘣O(shè)備中的主電路。該設(shè)備包括一個(gè)電容器組C’和一個(gè)電壓電源轉(zhuǎn)換器VSC’，連接到具有電壓U和基頻(f)的電力網(wǎng)絡(luò)N。電力網(wǎng)的正常電壓在下面被稱為Un。代表性地，該電力網(wǎng)N可以是一個(gè)具有電壓36 kV的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。在上下文中電容器組簡化為一個(gè)電容器C’，經(jīng)由濾波器電感線圈Lf連接到電力網(wǎng)。實(shí)際上，然而，該電容器C’通常是分布在多個(gè)電容器中的，各個(gè)電容器經(jīng)由各自的濾波器電感線圈被連接到電力網(wǎng)，所述濾波器用于調(diào)諧和濾波所選擇的在電力網(wǎng)中的諧波。
轉(zhuǎn)換器經(jīng)由相位電感器Lph連接到電力網(wǎng)。電流IC’流過電容器C’，并且電流IS’流過轉(zhuǎn)換器。在轉(zhuǎn)換器的相端子上的電壓指定為US’。
如上述，僅僅電流和電壓的基頻成分(名義上通常50Hz或60Hz)在下面被考慮到。更進(jìn)一步的，為了簡化起見，電流，電壓和電源，以某種本來已知的方式，以每一單位來表示。
假定該設(shè)備能產(chǎn)生一個(gè)在0.5-1.0每單位的范圍內(nèi)連續(xù)地可控制的無功功率。按照先有技術(shù)，然后所包括的成分的較佳的范圍是為電容器C在1.0每單位的電力網(wǎng)的電壓上產(chǎn)生一個(gè)0.75每單位的無功功率。因此，來自轉(zhuǎn)換器VSC和相位電感器Lph的無功功率流將在+/-0.25每單位區(qū)間內(nèi)是連續(xù)地可控制的，其是這些成分的等價(jià)物，在等于1.0每單位的電力網(wǎng)的電壓上，被一等于+/-0.25每單位的電流IS’穿過。假定相位電感器Lph被限定，以致，在0.25每單位的電流上，電壓降越過這個(gè)數(shù)目到達(dá)0.20每單位。這意味著當(dāng)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生0.25每單位的無功功率時(shí)，它的電壓US’大小等于線電壓加越過相位電感器的電壓降，那就是說，等于1.20每單位。因此，該轉(zhuǎn)換器為了1.20每單位的電壓和等于1.20×0.25＝0.30每單位的表觀功率來設(shè)定大小。
應(yīng)當(dāng)注意，在該情況下，由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓具有和線電壓U相同的相位。
按照圖2中的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，電壓電源轉(zhuǎn)換器VSC現(xiàn)在被經(jīng)由電容器C和濾波器電感線圈Lf連接到電力網(wǎng)N。電流IC流過轉(zhuǎn)換器和電容器，和轉(zhuǎn)換器的相端子的電壓被指定為US。在下面，濾波器電感線圈Lf兩端的基頻電壓降被省略。
具有和上面的例子相同的為產(chǎn)生連續(xù)地可控制的無功功率的必要條件，電容器C最好被限定為，在電流IC等于1.0每單位時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)1.33每單位的無功功率。用每個(gè)單位表示的電容器的阻抗是1.33，以及在電流IC等于1.0每單位時(shí)，電容器兩端的電壓UC就等于1.33每單位。通過控制轉(zhuǎn)換器的基本電壓為-0.33每單位，因此電流IC可能等于1.0每單位，以及通過控制轉(zhuǎn)換器的基本電壓為+0.33每單位，電流IC變成等于0.5每單位。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，因此轉(zhuǎn)換器被限定在+/-0.33每單位的電壓幅度的控制范圍內(nèi)。
因此在按照如上所述的先有技術(shù)和本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例的設(shè)備之間的比較指出先有技術(shù)一部分的電容器應(yīng)該被限定為0.75每單位的表觀功率，然而按照本發(fā)明將應(yīng)被限定為1.33每單位的表觀功率。然而，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是按照先有技術(shù)的轉(zhuǎn)換器必須被限定為等于1.20每單位的電壓，然而按照本發(fā)明它僅需要被限定為等于0.33每單位的電壓。正常地這暗示了在轉(zhuǎn)換器中串聯(lián)的半導(dǎo)體器件可以被減少。為了滿足轉(zhuǎn)換器的電流容量的需要，正常地，本來，僅需要采用適當(dāng)?shù)碾娏魈幚砹康某煞帧?br> 應(yīng)當(dāng)注意在本發(fā)明的實(shí)施例中，由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的基本電壓US具有一個(gè)相位，該相位或者與電力網(wǎng)的電壓U的相位相合或者和電力網(wǎng)的電壓相位電力上偏離180°(原則上討論，相位必須偏離上述的相位一些來克服設(shè)備中的有功損耗的事實(shí)不予考慮)。電容器C被限定到對應(yīng)于線電壓加上轉(zhuǎn)換器以一個(gè)與線電壓反相的位置產(chǎn)生的電壓的電壓。
圖3顯示了一個(gè)用于無功功率的消耗的本發(fā)明實(shí)施例。同參考圖2描述的實(shí)施例相比的差異是電容器組C和濾波器電感線圈Lf被一個(gè)電感器LC替代，其被限定到對應(yīng)于于線電壓加轉(zhuǎn)換器以一個(gè)與線電壓反相的位置產(chǎn)生的電壓的電壓。電流IL流過轉(zhuǎn)換器和電感器。否則，本發(fā)明的這實(shí)施例的運(yùn)行方式完全地類似于參考圖2描述的。
在圖3中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的運(yùn)行方式更進(jìn)一步的在圖4被說明，在水平軸上的顯示無功功率消耗和在垂直軸上是由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的基本電壓US的大小。垂直軸左方的區(qū)域，由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的基本電壓電力上具有相對于線電壓相位的相位φ＝0°，垂直軸右邊的區(qū)域，由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓電力上具有相對于線電壓相位的相位φ＝180°。在水平軸上的粗線說明無功功率消耗是如何根據(jù)由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓的幅度和相位在最小值Qmin和極大值Qmax之間變換的。
尤其當(dāng)本電力網(wǎng)是高壓傳輸線的形式，代表性地高壓傳輸線的電壓電平在132-500kV范圍內(nèi)時(shí)，希望實(shí)現(xiàn)對并聯(lián)連接的電感器的連續(xù)不斷的和快速的控制。這也許可以通過利用電壓電源轉(zhuǎn)換器以參考圖2和3所述的類似方式有利地實(shí)現(xiàn)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，變壓器以圖5中所示的形式被連接在電感器和轉(zhuǎn)換器之間。
和參考圖3所示的設(shè)備相比，在圖5描述的設(shè)備顯示了，除此以外，一個(gè)變壓器T，被連接在電感器LC和轉(zhuǎn)換器VSC之間。在500kV的傳輸線上有一個(gè)正常電壓Un，變壓器可以優(yōu)選地被設(shè)計(jì)有一個(gè)變壓器系數(shù)132/20到36kV。在設(shè)想的情形下類似于參考圖1所述的方法被使用，然后轉(zhuǎn)換器必須經(jīng)由具有變壓器系數(shù)500/20到36kV的變壓器被連接。這樣的變壓器比例如限定有132kV的初級電壓的變壓器更貴。由于按照本發(fā)明的設(shè)備和方法，因此獲得在變壓器中的重要節(jié)約。
在上述的先有技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例的例子中，需要將由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓限定在一個(gè)控制范圍內(nèi)，它不會導(dǎo)致無功阻抗元件的電壓過載。對于參考圖表1所述的先有技術(shù)的例子，這意味著原則上轉(zhuǎn)換器根據(jù)幅度的控制范圍被限定在0.8到1.2每單位區(qū)間內(nèi)，產(chǎn)生的電壓具有和電力網(wǎng)電壓相同的相位。一個(gè)比0.8每單位小的幅度或，在0.8每單位的幅度時(shí)，與這個(gè)相位的偏離(原則上討論，相位必須從上述相位一些來克服設(shè)備上的有功損耗的事實(shí)仍就不予考慮)可能意味著相位電感器Lph兩端的電壓將超過0.2每單位。
為了參考圖表2所述的本發(fā)明的實(shí)施例，這意味著原則上轉(zhuǎn)換器根據(jù)幅度的控制范圍被限定為0.33每單位，但具有一個(gè)產(chǎn)生的基本電壓的相位，該基本電壓包括一個(gè)從電力網(wǎng)電壓的相位電力上偏離180°的相位。在偏離電力網(wǎng)電壓相位180°的相位和比0.33每單位大的幅度上，電容器C兩端的電壓可能超過1.33每單位。相應(yīng)的理由也適用于參考圖3和5描述的本發(fā)明的實(shí)施例。
在本發(fā)明的上述的實(shí)施例中，在所述的設(shè)備中的損失沒有被考慮。
然而，轉(zhuǎn)換器也必須產(chǎn)生一定有功功率來克服設(shè)備中的阻抗損失。以本來知道的某種方式，通過將相對于線電壓的產(chǎn)生的電壓的相位改變到不同于電力上0°和180°的相位來實(shí)現(xiàn)。與此關(guān)聯(lián)的能量通過直流電壓電容器的放電來獲得，所以該直流電壓電容器被安排有為了保持直流電壓不變的電壓調(diào)節(jié)。因此由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓將包含與電力網(wǎng)相位一致或電力上相差180°的相位成分，和與電力網(wǎng)電壓相位電力上相差90°的相位成分。
對于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，因此對轉(zhuǎn)換器的控制范圍將包含產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓具有一個(gè)與電力網(wǎng)電壓相位電力上相差180°的相位成分。
功率振蕩可以出現(xiàn)在傳輸線中和在與之相關(guān)的傳輸線電壓中的振蕩可以通過與傳輸線的無功功率交換來減振的現(xiàn)象是公知的。
在本發(fā)明更進(jìn)一步的發(fā)展中，尤其在上述的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中是有利的，由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的基壓被控制，以某種本來已知的方式，也對于存在于相對線電壓相位電力上0°-180°的區(qū)間中或者180°-360°的區(qū)間中的相位，然后除了以幅度和相位角來克服裝置中的損耗外，還準(zhǔn)許和電力網(wǎng)的有功功率的交換。
在本發(fā)明更進(jìn)一步的發(fā)展中的電壓比的矢量表示在圖6(按照圖5的設(shè)備將由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓US變換到變壓器的高電壓側(cè))中描述。在垂直和水平軸之間的交點(diǎn)構(gòu)成線電壓U的矢量表示指定坐標(biāo)的原點(diǎn)以及水平軸代表線電壓的相位。線電壓和由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓在圖中分別由矢量U和矢量US來表示。電壓US相對于線電壓具有相位φ。電感器LC兩端的電壓UL(圖4和5)在圖中由在矢量U和矢量US之間的向量差來表示。圖中的圓指出控制范圍A，其中由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓可以根據(jù)幅度和相位被控制。
電流IL(圖4和5)的無功分量的幅度，由此和電力網(wǎng)交換的無功功率的大小，取決于水平軸上的基本電壓US的無功分量USr。和電力網(wǎng)的有功功率的交換取決于垂直軸上的電壓US的有功成分USa。
通過將轉(zhuǎn)換器的電壓控制到一個(gè)相對于電力網(wǎng)電壓的任意相位，因此電抗性的無功和有功功率可以和網(wǎng)絡(luò)交換。
與電力網(wǎng)的有功功率的交換程度由轉(zhuǎn)換器的直流電路中的蓄能容量決定。通常直流電路包括一個(gè)電容器CD(圖1-3和5)’和根據(jù)一個(gè)與電力網(wǎng)交換的所給的能量，該電容器可以被限制使得可以與實(shí)質(zhì)上殘留電壓發(fā)生能量交換。然而，簡短地，電容器兩端的電壓可以被允許來代表性地在從0.7到1.25每單位的區(qū)間內(nèi)改變。就儲能而言，電容器CD可以代表性地被限定為名義上的有功電流，在5到20毫秒內(nèi)從正常電壓放電到零電壓。
所謂的抖動在于在一個(gè)頻帶內(nèi)的電力網(wǎng)中的電壓變化，在電氣照明由交流電網(wǎng)供給的情況下，該抖動被人眼觀察到，以及對人眼造成干擾。
為了減少抖動，該抖動代表性地存在于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，被證明是有益的，除依靠與電力網(wǎng)交換無功功率來補(bǔ)償電壓變化之外，也以如上所述的方式來介紹一個(gè)有功功率的瞬態(tài)交換。
如上述，直流電壓電容器被安排來為了保持它的直流電壓不變的電壓調(diào)節(jié)，和為了實(shí)現(xiàn)上述的與電力網(wǎng)的有功功率的瞬態(tài)交換來降低抖動，必須確認(rèn)直流電壓電容器的電壓調(diào)節(jié)本質(zhì)上沒有抵消為了降低抖動來自控制系統(tǒng)的干涉。
特殊的和標(biāo)準(zhǔn)化干擾曲線，依靠頻率來決定權(quán)值，顯示了在大約8.8Hz頻率處的最大量，和因此一個(gè)減少抖動系統(tǒng)將有利地在這頻率周圍的區(qū)間內(nèi)是活躍的。
圖7A更詳?shù)孛枋隽艘粋€(gè)參考圖3的這種設(shè)備的一部分。彼此并聯(lián)的斷路器CB1和電涌放電器ZD在地面和接點(diǎn)之間被連接，該接點(diǎn)在電感器LC和轉(zhuǎn)換器VSC之間。當(dāng)啟動設(shè)備時(shí)，當(dāng)斷路器CB1處于閉合位置時(shí)，電感器LC經(jīng)由斷路器CB2被連接到電力網(wǎng)，因此斷路器CB1被打開。一旦直流電壓電容器CD實(shí)質(zhì)上不能充電正常電壓，例如依靠一個(gè)外加電壓來源，電容器將經(jīng)由二極管來充電，該二極管，以一個(gè)已知的方式，被安排與可控制的轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體元件逆并聯(lián)。當(dāng)直流電壓電容器的電壓實(shí)質(zhì)上到達(dá)它的額定值時(shí)，轉(zhuǎn)換器的控制設(shè)備被消除堵塞，以及轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生電壓US。在提到的經(jīng)由轉(zhuǎn)換器的二極管的充電過程期間，在一個(gè)過渡時(shí)期有功功率從網(wǎng)絡(luò)得到。
一旦轉(zhuǎn)換器必須被堵塞，例如在操作期間由于內(nèi)部故障的出現(xiàn)，由于通過電感器的電流經(jīng)由提到的二極管被校正，最初電壓US將增加。然后電涌放電器ZD限制電壓US到容許值，直到斷路器CB1，經(jīng)由保護(hù)設(shè)備(未顯示)，被關(guān)閉。
換句話說或作為補(bǔ)充，一個(gè)電涌放電器可以穿過直流電壓電容器CD(圖中未示出)被連接來限制它的電壓。作為為了限制直流電壓電容器兩端的電壓的更進(jìn)一步的替換物，一個(gè)更進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換器(未在圖中示出)可以被連接到電容器來從此傳送有功功率到一個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)。
電流IL由電流測量裝置Mil來測量。一個(gè)上級的控制構(gòu)件71，以某種已知的方式，依靠電氣參數(shù)例如在電力網(wǎng)中測量的電流和電壓以及未示出的參考值，形成電流IL的一個(gè)參考值ILR。在圖7A中，這證明了電壓U的值，依靠一個(gè)電壓測量裝置MU，被用于控制構(gòu)件71。
電流IL的參考值ILR和電流的檢測值被提供給一個(gè)差異形成部件72，以及差異被提供給以某種本來已知的方式設(shè)計(jì)的電流控制系統(tǒng)73。電流控制系統(tǒng)，以某種本來已知的方式，形成轉(zhuǎn)換器的三相電壓的參考值USR。參考值USR被提供給調(diào)制部件74，該調(diào)制部件，根據(jù)一個(gè)脈寬調(diào)制的選擇的格式，形成起始脈沖Fp給轉(zhuǎn)換器的可控制的半導(dǎo)體元件。
為所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員所知的控制系統(tǒng)中的裝置，例如，根據(jù)頻率和相位為了轉(zhuǎn)換器電壓與電力網(wǎng)的電壓的同步，沒有在圖中示出。
在圖7B，說明本來已知的用于減少抖動控制系統(tǒng)的一部分。。電壓U和電流I在電力網(wǎng)N的一個(gè)點(diǎn)上依靠電壓測量裝置MU和電流測量裝置MI2被觀測。電流和電壓的檢測值被提供給一個(gè)計(jì)算部件75，該計(jì)算部件，以某種本來已知的方式，在測量點(diǎn)形成有功功率流的值p(t)和無功功率流的q(t)。
一個(gè)信號處理部件76具備一個(gè)使得控制系統(tǒng)在用于減少抖動的有效頻率區(qū)間是活動的傳遞函數(shù)。更好地，部件76在頻率8.8Hz周圍的頻率間隔具備一個(gè)相位前進(jìn)(導(dǎo)數(shù))特征以致它的傳遞函數(shù)H(s)包括一項(xiàng)公式H(s)＝K(1+sT1)/(1+sT2)，其中s是拉普拉斯算子，K是放大系數(shù)和T1和T2，其中T2＜T1，對應(yīng)于所述的頻率間隔的時(shí)間常數(shù)。
作為頻率的函數(shù)的部件76的幅度放大在圖中的模塊76中指出。
信號處理部件76具有值p(t)以及傳遞給上級部件71，本質(zhì)上那些在提到的頻率間隔內(nèi)的有功功率流的成分。本上級控制構(gòu)件71具有值q(t)以及從被提供的值處，以某種本來已知的方式，形成一個(gè)電流IL的參考值IL。因此形成的參考值可能包含電流IL的一個(gè)有功的和一個(gè)無功的成分，以及可能導(dǎo)致基本電壓的一個(gè)有功成分的和一個(gè)無功分量。
本發(fā)明不限于所示的實(shí)施例，所屬技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員可以，當(dāng)然，以多種方法在由權(quán)利要求限定的發(fā)明的范圍之內(nèi)改變它。
對于按照本發(fā)明的設(shè)備和方法，獲得下列和其它優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)將轉(zhuǎn)換器無變壓器地連接到無功阻抗元件時(shí)，和現(xiàn)有技術(shù)相比可以使用用于更低的名義上的電壓和相對高的電流一個(gè)轉(zhuǎn)換器。這使得對轉(zhuǎn)換器的更好的利用以及由此正常地更低的設(shè)備安裝費(fèi)用成為可能。
對于那些情況，其中電力網(wǎng)的電壓電平要求將轉(zhuǎn)換器經(jīng)由一個(gè)變壓器連接到無功阻抗元件，變壓器可以被設(shè)計(jì)針對初級電壓，該初級電壓比電力網(wǎng)的正常電壓低很多。
在布置在傳輸線中的并聯(lián)感應(yīng)線圈中，創(chuàng)造了快速的和連續(xù)的控制通過電感器的電流的可能性，那個(gè)控制可以用來減少例如，通過電力網(wǎng)中的調(diào)度工作，衰減在傳輸線中的功率振蕩引起的多電壓，以及用來為了電壓控制而改變傳輸線中的電力傳送。
存在的并聯(lián)感應(yīng)線圈以一個(gè)簡易的方式通過按照本發(fā)明具有控制范圍的電壓電源轉(zhuǎn)換器被補(bǔ)充。
隨著本發(fā)明的更進(jìn)一步的發(fā)展，其中轉(zhuǎn)換器的控制范圍也包括一個(gè)基本電壓個(gè)有功成分(USa)產(chǎn)生，該基本電壓具有一個(gè)與電力網(wǎng)電壓相位背離了電力上+90°或-90°的相位，和具有一個(gè)導(dǎo)致與電力網(wǎng)交換有功功率的幅度，設(shè)備可以被用于衰減抖動，通過以某種本來已知的方式被提供一個(gè)上級控制部件，通過與電力網(wǎng)瞬態(tài)交換有功功率。
權(quán)利要求
1.一種與電力網(wǎng)(N)并聯(lián)來交換電力的裝置，該電力網(wǎng)具有一個(gè)基頻(f)和給定相位的正常電壓(Un)，該裝置包括相互串聯(lián)的無功電抗元件(C，LC)和電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)，該轉(zhuǎn)換器用來在控制范圍(A)內(nèi)產(chǎn)生基壓(US)，該控制范圍限定了所產(chǎn)生的基壓的幅度，其特征在于轉(zhuǎn)換器的控制范圍限定基壓的幅度達(dá)到低于電力網(wǎng)的正常電壓的值以及包括生成具有相位(φ)的基壓的無功分量(Usr)，該相位或者和電力網(wǎng)電壓的相位相符合或者電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位180°。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于無功電抗元件包括一個(gè)電容器(C)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于無功電抗元件包括一個(gè)電感器(LC)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于它包括一個(gè)變壓器(T)，連接在電感器和變換器之間。
5.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)換器的控制范圍另外包括生成具有一個(gè)電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位+90°或-90°的相位以及具有一個(gè)導(dǎo)致與電力網(wǎng)有功功率的幅度的基壓的有功成分(USa)。
6.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)控制系統(tǒng)(71-74)用于根據(jù)電力網(wǎng)感知的電壓變化(U，I)，來控制由轉(zhuǎn)換器根據(jù)幅度和相位在產(chǎn)生的基壓在控制范圍之內(nèi)產(chǎn)生的基壓。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于控制系統(tǒng)包括裝置(71，75-76)用于根據(jù)電力網(wǎng)感知的電壓變化形成一個(gè)轉(zhuǎn)換器的電流(IL)的參考值(ILR)，所述的參考值由基壓的有功成分和無功分量形成。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于控制系統(tǒng)中所述的裝置包括根據(jù)電力網(wǎng)感知的的電流(I)和感知的電壓(U)來形成電力網(wǎng)中的有功功率流的值(p(t))的裝置(75)，具有一個(gè)信號處理部分(76)，其具有在頻率8.8Hz附近的頻率間隔附近的相位增加特性，該頻率和電力網(wǎng)中的有功功率流的值一起被提供，以及根據(jù)從所述的信號處理部分的輸出信號形成轉(zhuǎn)換器的電流的參考值的裝置(7)。
9.一種與電力網(wǎng)(N)并聯(lián)來交換電力的方法，該電力網(wǎng)具有一個(gè)基頻(f)和給定相位的正常電壓(Un)，其中無功電抗元件(C，LC)和電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)相互串聯(lián)，其中該轉(zhuǎn)換器在控制范圍(A)內(nèi)產(chǎn)生基壓(US)，該控制范圍限定了所產(chǎn)生的基壓的幅度，其特征在于轉(zhuǎn)換器的控制范圍被選擇來使得所產(chǎn)生的基壓的幅度低于電力網(wǎng)的正常電壓的值以及包括生成具有相位(φ)的基壓的無功分量(Usr)，該相位或者和電力網(wǎng)電壓的相位相符合或者電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位180°，借此與電力網(wǎng)的無功功率的交換通過控制由轉(zhuǎn)換器在控制范圍內(nèi)產(chǎn)生的基壓來獲得。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于轉(zhuǎn)換器的控制范圍另外被選擇，使得它還包括生成具有一個(gè)相位的基壓的有功成分(USa)，該相位電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位+90°或-90°，借此與電力網(wǎng)的有功功率的交換通過控制由轉(zhuǎn)換器參照它的在控制范圍內(nèi)幅度和參照電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位+90°或-90°的相位產(chǎn)生的基壓來獲得。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)控制系統(tǒng)(71-74)用于根據(jù)電力網(wǎng)感知的電壓變化(U，I)，來控制由轉(zhuǎn)換器根據(jù)幅度和相位在產(chǎn)生的基壓在控制范圍之內(nèi)產(chǎn)生的基壓，其特征在于在電力網(wǎng)中形成一個(gè)有功功率流的值(p(t))，所述的在電力網(wǎng)中的有功功率流的值被提供給一個(gè)信號處理部分(76)，其具有在頻率8.8Hz附近的頻率間隔附近的相位增加特性，以及一個(gè)轉(zhuǎn)換器的電流(IL)的參考值(ILR)，其根據(jù)從所述的信號處理部分的輸出信號而形成，該參考值形成由轉(zhuǎn)換器生成的基壓的有功功率成分和無功功率成分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的和電力網(wǎng)交換無功功率的裝置的使用。
13.根據(jù)權(quán)利要求3和4中的任何一個(gè)在傳輸線中用來降低過電壓，衰減功率振蕩，在傳輸線中可變電力傳輸中電壓控制的裝置的使用。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的為了減少抖動和電力網(wǎng)交換有功功率的裝置的使用。
全文摘要
與電力網(wǎng)并聯(lián)(N)來交換電力的裝置，包括相互串聯(lián)的無功電抗元件(C，LC)和電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)。該電力網(wǎng)具有一個(gè)基頻(f)和給定相位的正常電壓(Un)和一個(gè)給定的相位。該轉(zhuǎn)換器用來在控制范圍(A)內(nèi)產(chǎn)生基壓(US)，該控制范圍限定了所產(chǎn)生的基壓的幅度?？刂品秶薅ɑ鶋旱姆冗_(dá)到低于電力網(wǎng)的正常電壓的值以及包括生成具有相位(φ)的基壓的無功分量(Usr)，該相位或者和電力網(wǎng)電壓的相位相符合或者電力上偏離電力網(wǎng)電壓的相位180°。
文檔編號H02J3/18GK1639941SQ03805620
公開日2005年7月13日 申請日期2003年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月9日
發(fā)明者B·比倫加, M·諾魯茲安, B·托瓦爾德森 申請人:Abb股份有限公司