專利名稱：基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)無功補償技術領域，具體涉及一種用于高壓電力系統(tǒng)的基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)，它尤其適用于風電、太陽能的無功補償。
背景技術：
風電、太陽能的無功補償有一個特殊要求無功補償容量要大范圍變動，例如太陽能電站晚上無功補償容量為0，裝置要求無人值守。至今還沒有一個滿意的解決方案。目前用得較多的是第一種是基于磁閥式可控電抗器的SVC無功補償方案，它的缺點是采用“反向工作制”，當風電系統(tǒng)在不刮風時，電站需要補償的無功為0，磁閥式可控電抗器吸收的感性無功為100%。由于這種電抗器的基本原理是磁飽和電抗器，它是利用過飽和得到低阻抗，它的振動、噪聲很大、損耗大且產生較大的諧波電流。第二種基于晶閘管多級串聯的無功補償支路投切方案，它雖然可實現“正向工作制”，需要多少補多少，但在高壓系統(tǒng)中晶閘管多級串聯會造成成本高可靠性低。對于35kV系統(tǒng)國內用戶端(大約10MVA左右)少見這樣的方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于實現在高壓系統(tǒng)中無功補償支路的無過渡過程投切，達到“正向工作制”補償容性無功的目的。本發(fā)明提供的一種基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)，其特征在于，它包括一條單相無功補償支路，或者二條以上的、并聯的無功補償支路；所述無功補償支路包括串聯的磁控開關單元和電容器單元；電容器單元由電容器C、放電線圈Lp電阻Rz串聯開關KMl三條支路并聯而成；磁控開關單元由變壓器和在變壓器低壓側并聯的功率開關器件組成；功率開關器件可以是雙向晶閘管或IGBT等。功率開關器件的導通和開斷，使上述變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉換，使無功補償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無功補償狀態(tài)之間轉換，從而實現在變壓器高壓側系統(tǒng)中無功補償支路的無沖擊、無過渡過程的投入與切斷。無功補償系統(tǒng)由多條支路并聯而成。用它來實現在高壓系統(tǒng)中電容器支路的無過渡過程投切，達到“正向工作制”補償容性無功的目的，需要補償多少容性無功，就投入多少無功補償支路。采用本方法，可以在變壓器二次側用較低電壓的功率開關器件(如雙向晶閘管)的導通、開斷來實現高壓側無功補償支路的無過渡過程投切。變壓器只工作在空載、 短路兩種工況，是很可靠的。由多條無功補償支路可以構成無功補償系統(tǒng)，以增大無功補償的范圍，各支路的電抗率可以設置不相同，以濾除不同次數的諧波。本技術至少對現有的二種技術有明顯的優(yōu)勢現有的技術中的第一種方案是在風電系統(tǒng)中目前廣泛采用基于磁閥式可控電抗器的SVC無功補償方案，它的缺點是采用“反
3向工作制”，IOOOOkW風電機組無功補償系統(tǒng)電能消耗大約在40萬元/年。而本技術采用 “正向工作制”，無風不發(fā)電也不補償，與磁閥式SVC相比，無此項電能消耗，大大節(jié)能。現有的技術中的第二種方案是在高壓系統(tǒng)中用多個串聯雙向晶閘管投切無功補償支路，IOkV系統(tǒng)就要9組串；技術復雜可靠性低，成本高。而采用本技術，變壓器低壓側只要1組雙向晶閘管就夠了，無需串聯，可靠性高，成本低。


圖1為本發(fā)明提供的單相無功補償支路的結構示意圖；圖2為三相無功補償支路的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。如圖1所示，基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)為單相無功補償支路，主要由磁控開關單元I、電容器單元II等二個單元組成，電容器單元II與磁控開關單元I串聯。電容器單元II由電容器C、放電線圈L,、電阻Rz串聯開關KMl三條支路并聯而成。 電容器C的工頻容抗為阻抗基值，即X* =1 ；Rz (《< 1)用以抑制線路諧振，其具體值根據仿真確定，當無功補償支路補償電流穩(wěn)定后，用開關KMl將電阻Rz斷開。放電線圈k用于泄放電容器中的剩余電荷。磁控開關單元I由變壓器和在變壓器低壓側并聯的功率開關器件組成，變壓器的勵磁阻抗為；C，短路阻抗為；^ ；功率開關器件可以是雙向晶閘管、IGBT或其他開關器件。當無功補償支路工作在近似變壓器空載狀態(tài)時，Rz用以抑制線路諧振；當無功補償支路工作在無功補償狀態(tài)時，用開關KMl將電阻Rz斷開，以減少損耗。下面以雙向晶閘管為例說明本發(fā)明系統(tǒng)的工作過程。投切過程1、空載投入先將開關KMl閉合，然后將單相(或三相)無功補償支路Α0(<與<//《串聯， ；《表示；^與《并聯)投入電網，經過、(例如、=60ms)后，電流達到穩(wěn)態(tài)。此時支路的相阻抗為^C - ^c / !K，支路進入近似變壓器空載狀態(tài)，支路流過近似變壓器空載電流 <。由于電阻代(《< 1)與電容器C并聯，能抑制線路諧振，補償支路AO每次都能成功投入電網。由于電阻Rz很小，空載電流也很小，其損耗也遠小于變壓器的空載損耗。2、無功補償支路的投入、退出2. 1無功補償支路的投入當無功補償支路工作在近似變壓器空載狀態(tài)時，支路流過近似變壓器空載電流 Io。在變壓器二次側用晶間管實現無過渡過程導通而使得a-x兩端短路(此技術已經成熟， 控制板在市場有售)，變壓器A-X兩端阻抗立即由變壓器勵磁阻抗；C變?yōu)樽儔浩鞫搪纷杩?Xk*。在晶閘管導通后經過t2 (例如t2 = 100 160ms)，開關KMl斷開，電阻Rz與電容器C斷開。容性補償支路變成與劣串聯，進入電抗率為的濾波兼無功補償狀態(tài)。從電網吸收的容性無功功率為滬/ - O，支路電流廣=υ (χ;~χ)。2. 2無功補償支路的退出當無功補償支路正常運行時，支路電流廣=W(J^-JC)。若要退出補償，則應(1)將KMl閉合，電阻艮支路與電容器C并聯，支路電流Γ立即增大到
r=_^_<2
R*J I X*c+Xl(2)經過t3 (例如t3 = 100 160ms)，晶閘管實現無過渡過程關斷而使得a_x開路，再經過t4 (例如t4 = 60ms)后電流達到穩(wěn)態(tài)，支路進入近似變壓器空載狀態(tài)。在以上過程中，無功補償支路可根據功率因數控制器發(fā)出的指令在近似變壓器空載狀態(tài)和無功補償狀態(tài)之間轉換，轉換過程中無過渡過程、無沖擊。相應地變壓器就在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉換，它既不改變電壓也不轉換電能，它的作用就是一個磁控開關，只不過它在斷開時電流不是零，而是由勵磁阻抗;C決定的近似變壓器空載電流；它在閉合時阻抗也不是零，而是變壓器的短路阻抗，由與劣串聯，構成電抗率為z〗χ οο%的無功補償支路，以濾除大部分η (W = VTT^)次左右諧波。采用本方法，利用變壓器低壓側雙向晶閘管的導通和開斷，可以使變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉換，從而使無功補償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無功補償狀態(tài)之間轉換，從而實現在變壓器高壓側系統(tǒng)中無功補償支路的無沖擊、無過渡過程的投入與切斷，達到“正向工作制”補償容性無功的目的，需要補償多少容性無功，就投入多少無功補償支路。由于開關KMl僅用于投入、斷開電阻R/，開關電弧極小。由多條無功補償支路并聯可以構成無功補償系統(tǒng)，以增大無功補償的范圍；各支路的電抗率可以設置不相同，以濾除不同次數的諧波。實施例三相無功補償支路如圖2所示。元件參數電容器額定電壓11.5/V3kV; 50Hz條件下額定容量為200kVar/相；基波容抗為 220. 44Ω,Χ； =1；變壓器額定電壓11.5/WkV;額定電流為30. 5A ；勵磁阻抗<2100，短路電抗 X* = 0.06(Xk =13.23Ω)，電阻《=4.54(i z = 100Ω)。1、空載投入先將KMl閉合，然后將三相補償支路(<與《//<串聯)投入電網，經過、= 60ms (最大值)后，電流達到穩(wěn)態(tài)，阻抗為;C-Ζ〗//《=100，支路進入近似變壓器空載狀態(tài)，電流為< =0.01，空載投入過程完畢。2、無功補償支路的投入、退出2. 1無功補償支路的投入在無功支路處于近似變壓器空載狀態(tài)時，在變壓器二次側用晶閘管實現無過渡過程導通而使a-x短路，變壓器A-X兩端阻抗立即由勵磁阻抗;C( ；C=IOO)變?yōu)槎搪纷杩筙； ( <=0.06 )，此時電阻Rz與電容器c并聯，此時電容C吸收容性無功功率，Rz電阻吸收一定數量有功功率；經過t2 = 100 160ms之后，KMl可靠分閘，電阻Rz與電容器斷開，補償支路轉入電抗率為6%的濾波兼無功補償的穩(wěn)定狀態(tài)，無功補償容量為212. SkVar/相，
標幺值為1.064 (^rL )，同時可濾除大部分5、7次諧波。 1-0.062. 2無功補償支路的退出當無功補償支路正常運行時，若要退出補償狀態(tài)，則要(1)將KMl合間，Rz立即與電容器并聯，Rz支路電流短時提高到
權利要求
1.一種基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)，其特征在于，它包括一條單相無功補償支路，或者二條以上的、并聯的無功補償支路；所述無功補償支路包括串聯的磁控開關單元和電容器單元； 電容器單元由電容器〔放電線圈4、電阻串聯開關KMl三條支路并聯而成； 磁控開關單元由變壓器和在變壓器低壓側并聯的功率開關器件組成； 功率開關器件的導通和開斷，使上述變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉換，使無功補償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無功補償狀態(tài)之間轉換，從而實現在變壓器高壓側系統(tǒng)中無功補償支路的無沖擊、無過渡過程的投入與切斷。
2.根據權利要求1所述的無功補償系統(tǒng)，其特征在于，功率開關器件為雙向晶閘管或 IGBT 等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于磁控開關的無功補償系統(tǒng)，包括至少一條無功補償支路；支路包括串聯的磁控開關單元和電容器單元；電容器單元由電容器、放電線圈、電阻串聯開關并聯而成；磁控開關單元由變壓器和在變壓器低壓側并聯的功率開關器件管組成；利用變壓器低壓側雙向晶閘管的導通和開斷，可以使變壓器在空載狀態(tài)和短路狀態(tài)之間轉換，從而使無功補償支路在近似變壓器空載狀態(tài)和無功補償狀態(tài)之間無沖擊、無過渡過程的轉換，達到“正向工作制”補償容性無功的目的，需要補償多少容性無功，就投入多少無功補償支路。由于功率開關器件在變壓器的二次側可選用較低電壓的器件，無需串聯，可提高可靠性并降低成本。
文檔編號H02J3/01GK102420433SQ20111040785
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者王寧來, 陳喬夫, 陶昆, 黃江 申請人:華中科技大學, 正泰電氣股份有限公司