专利名称：一种用于超/特高压线路的可控移相器及其参数设计方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种用于超/特高压线路的可控移相器及其参数设计方法。
背景技术：
随着电力电子技术、现代控制技术和通讯技术的发展，柔性交流输电装置(FACTS)越来越多地被应用于现代电力系统中。FACTS装置安装在线路中后可以进行有功、无功补偿，对节点电压、线路功率分布进行控制。用于潮流控制的FACTS元件主要有:固定/可控串联补偿、静止同步串联补偿器、固定/可控移相器和统一潮流控制器等。其中，FACTS装置中的可控移相器主要用于提高系统的暂态稳定极限、阻尼系统功率振荡、控制输电线上潮流的流向等。如何实现可控移相器满足不同工况下的需求，其参数的取值是一个不容忽视的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种用于超/特高压线路的可控移相器及其参数设计方法，满足了工程应用需求的同时，节省了成本。本发明提供的一种用于超/特高压线路的可控移相器，三相超/特高压线路连接于电网受端侧和送端侧之间，每相超/特高压线路上包括两组开关，分别设置于电网受端侧和电网送端侧；每组开关包括串联的隔离开关1、断路器I和隔离开关II;其改进之处在于，在每相的两组开关之间设置可控移相器；所述可控移相器包括串联变压器、励磁变压器、晶闸管阀组；所述串联变压器串联在每相超/特高压线路上，并与所述励磁变压器连接；所述晶闸管阀组与所述励磁变压器并联。其中，所述串联变压器的一次侧绕组分为两段，串联在超/特高压线路上，且中间抽头与同相超/特高压线路上的所述励磁变压器的一次侧绕组连接；所述串联变压器的二次侧绕组与其余两项超/特高压线路上的串联变压器的二次侧绕组呈三角形连接。其中，所述励磁变压器的一次侧绕组与其余两相超/特高压线路上的励磁变压器的一次侧绕组呈星形连接；所述励磁变压器的二次侧绕组通过晶闸管阀组与其余两相超/特高压线路上的励磁变压器的二次侧绕组呈星形连接。其中，所述励磁变压器二次侧采用匝数比为Kn绕组串联方式，或采用等差或等比数列匝数绕组串联。其中，所述励磁变压器二次侧的每级绕组两端均并联设置晶闸管阀组。其中，所述每组晶闸管阀包括H桥结构的四组晶闸管模块；每组晶闸管模块包括反并联的晶闸管；各级绕组并联的晶闸管模块中晶闸管的个数比为Kn，或成等差/等比关系。其中，所述可控移相器包括一台断路器II隔离开关III和隔离开关IV，用于可控移相器的送电与退出；断路器II及隔离开关III装设在可控移相器串联变压器的线路侧，隔离开关IV装设在串联变压器的母线侧；
可控移相器正常退出或因故障退出时，均断开断路器I1、隔离开关III和隔离开关IV。其中，所述可控移相器包括避雷器，用于限制过线路电压。其中，所述避雷器分别设置在励磁变压器一次侧高压端、二次侧高压端和断路器II两侧。其中，所述串联变压器的一次侧和二次侧的中性点均接地；所述励磁变压器的一次侧和二次侧的中性点均接地。本发明基于另一目的提供的一种用于超/特高压线路的可控移相器的参数设计方法，其改进之处在于，所述方法是确定串联变压器的参数、励磁变压器的参数和晶闸管阀组的参数，进行可控移相器设计时，根据所述串联变压器的参数、所述励磁变压器的参数和所述晶闸管阀组的参数确定的额定电压、电流、容量选择相应器件。其中，所述串联变压器的参数包括一次侧的额定电流、一次侧的额定电压、额定容量和额定变比；串联变压器的一次侧的额定电流根据可控移相器装设线路的设计额定输送电流、额定输送容量或额定线路电压确定；所述一次侧的额定电压根据空载情况下的电压幅度确定；所述额定容量的计算公式为:S8 = 2 * 3 * AU； * I1 = V3 * U1 * I1 * 2 * sin(p / 2) S * 2 * sin(p 丨 2) (公式 22)式中，S为线路的额定送容量；AU'为可控移相器满载情况下在串联变压器每个单芯柱一次侧产生的电压山为流经串联变压器一次侧首端的电流办为串联变压器一次侧首端电压；β为空载情况下最大移相角度。所述额定变比根据串联变压器一次侧、二次侧绕组最大电流比确定。其中，所述励磁变压器的参数包括一次侧的额定电压、额定变比和额定容量；所述一次侧的额定电压根据线路额定电压和可控移相器的最大空载移相角度确定为线路额定电压与1/2线路空载移相角度余弦的乘积；所述额定变比根据励磁变压器一次侧、二次侧额定电压比确定；所述额定容量的计算公式为:Se =Wei* Iei =S*Ul*Il*2* η{β! ) ^S* 2* η{βΙ2) = Sb (公式 24)。其中，所述晶闸管阀组的参数包括额定电压和额定电流；所述额定电压等于励磁变压器二次侧额定电压；所述额定电流大于线路额定输送电流和串联变压器变比计算出的励磁变压器二次侧电流，并根据晶闸管规格产品序列确定。与现有技术比，本发明的有益效果为:1、本发明可以用于对超/特高压输电线路潮流进行灵活离散可控调节，并且不改变线路电压的预期效果；通过控制励磁变压器二次侧各级绕组晶闸管阀组的导通、关断顺序可以实现对移相角度的正、反双方向分级离散调节，调节速度快，且不会产生谐波问题。2、本发明满足超/特高压输电线路装设可控移相器时在正常带电、停电操作工况，以及可控移相器线路发生不同类型故障工况下的操作便捷性及过电压保护需求。3、本发明涵盖可控移相器的串联变压器、励磁变压器及晶闸管阀组等主要元件，解决了可控移相器基本参数设计问题，按照参数规格，直接将选好的器件进行组装，节省了成本。4、采用本发明方法提出的可控移相器串联变压器、励磁变压器及晶闸管阀组额定参数，基于500kV典型双端系统对各主设备参数进行仿真验证，研究结果表明，可控移相器线路在空载或负载等不同工况下，串联变压器、励磁变压器及晶闸管阀组等各主设备的电压、电流及容量设计值与仿真计算值吻合，可控移相器的主设备参数满足可控移相器线路空载、负载及过负荷等不同运行工况下的设计要求；串联变压器及励磁变压器在不同工况下的过激磁水平低于常规变压器满负荷下1.05p.u.(lp.u.对应额定电压)长期过激磁能力要求。并且其充分发挥了变压器设备自身的耐受能力，使得设备参数具有良好的经济性。反映出采取本发明提出的可控移相器主设备参数设计方法是合理可行的。
图1为本发明提供的可控移相器电路结构图。图2为本发明提供的27级、±25度可调斜向分级式可控移相器的主电路接线示意图。图3为本发明提供的单相、单级晶闸管阀组的电路结构图。图4为本发明提供的电压矢量关系图。图5为本发明提供的电流矢量关系图。图6为本发明提供的确定串联变压器参数示意图。图7为本发明提供的确定励磁变压器参数示意图。图8为本发明提供的确定晶闸管阀组参数示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。 本实施例提出的一种用于超/特高压线路的可控移相器，其结构如图1所示，三相超/特高压线路连接于电网受端侧和送端侧之间，每相超/特高压线路上包括两组开关，分别设置于电网受端侧和电网送端侧；所述开关包括串联的隔离开关1、断路器1、隔离开关II;本实施例在每相的两组开关之间设置可控移相器；可控移相器主要包括串联变压器、励磁变压器和晶闸管阀组；串联变压器串联在每相超/特高压线路上，并与励磁变压器连接；本实施例的可控移相器还可包括旁路开关，如图1所示。旁路开关与所述串联变压器并联。旁路开关，用于可控移相器区内故障后退出或检修时的隔离；正常运行时旁路开关在分位，需要隔离可控移相器时，旁路开关闭合。串联变压器的一次侧绕组分为两段，串联在超/特高压线路上，且中间抽头与同相超/特高压线路上的所述励磁变压器的一次侧绕组连接；所述串联变压器的二次侧绕组与其余两项超/特高压线路上的串联变压器的二次侧绕组呈三角形连接。励磁变压器的一次侧绕组与其余两相超/特高压线路上的励磁变压器的一次侧绕组呈星形连接；所述励磁变压器的二次侧绕组通过晶闸管阀组与其余两相超/特高压线路上的励磁变压器的二次侧绕组呈星形连接。励磁变压器二次侧采用匝数比为Kn绕组串联方式，或采用等差或等比数列匝数绕组串联。励磁变压器二次侧的每级绕组两端均并联设置晶闸管阀组。每组晶闸管阀包括H桥结构的四组晶闸管模块；每组晶闸管模块包括反并联的晶闸管；各级绕组并联的晶闸管模块中晶闸管的个数比为Kn，或成等差/等比关系。可控移相器还包括一台断路器II隔离开关III和隔离开关IV，用于可控移相器的送电与退出；断路器II及隔离开关III装设在可控移相器串联变压器的线路侧，隔离开关IV装设在串联变压器的母线侧；可控移相器正常退出或因故障退出时，均断开断路器I1、隔离开关III和隔离开关IV。可控移相器还包括避雷器，用于限制过线路电压。避雷器分别设置在励磁变压器一次侧高压端、二次侧高压端和断路器II两侧。本实施例的串联变压器的一次侧和二次侧的中性点均接地；励磁变压器的一次侧和二次侧的中性点均接地。本实施例提出的一种用于超/特高压线路的可控移相器的参数设计方法，先确定串联变压器的参数、励磁变 压器的参数和晶闸管阀组的参数，进行可控移相器组装时，根据所述串联变压器的参数、所述励磁变压器的参数和所述晶闸管阀组的参数选择器件，包括
容量、型号等。图2所示为一个27级可调、可调节角度为±25度的斜向分级式可控移相器的主电路接线示意图。励磁变压器二次侧有三个分级绕组，每级绕组匝数为1:3:9 ;晶闸管阀组由并联的反向晶闸管组成，与ET 二次侧各级绕组高、低压端并联，通过控制晶闸管导通和关断方式来实现多级及正、反两方向的移相，各级绕组晶闸管阀组的晶闸管数量比例为1:3:9。图3所示为斜向分级式可控移相器的简化接线图，各相关容量、电压、电流物理量如图4和图5所示，其在空载和负载情况下的电压矢量关系图。如图3-图5所示，设串联变压器一次侧首端电压为U1，流经串联变压器一次侧首端的电流为I1，流经串联变压器一次侧末端电流为/丨;可控移相器空载情况下在串联变压器每个单芯柱一次侧产生的电压为Λ ;，满载情况下为AU1，二次侧电压为Ub2 ;串联变双芯柱中间引线端的电压即励磁变压器一次侧电压，设空载情况下为，满载情况下为Uei ;励磁变压器二次侧绕组电势为ΕΕ2，二次侧电压Ue2，励磁变压器一次侧电流为Iei，二次侧电流为Ie2 ;串联变压器的电压变比为Kb，磁变压器的电压变比为Ke ;串联变压器短路阻抗标么值为ΛUb，励磁变压器短路阻抗标么值为AUe;可控移相器满载情况下的最大移相角度为α，空载情况下的最大移相角度为β ;&和Se分别表示串联变压器、励磁变压器的容量。假设流经串联变压器、励磁变压器的电压、电流的功率因数均为O。各电气量存在如下关系式:
权利要求
1.一种用于超/特高压线路的可控移相器，三相超/特高压线路连接于电网受端侧和送端侧之间，每相超/特高压线路上包括两组开关，分别设置于电网受端侧和电网送端侧；每组开关包括串联的隔离开关1、断路器I和隔离开关II;其特征在于，在每相的两组开关之间设置可控移相器； 所述可控移相器包括串联变压器、励磁变压器、晶闸管阀组；所述串联变压器串联在每相超/特高压线路上，并与所述励磁变压器连接； 所述晶闸管阀组与所述励磁变压器并联。
2.如权利要求1所述的可控移相器，其特征在于，所述串联变压器的一次侧绕组分为两段，串联在超/特高压线路上，且中间抽头与同相超/特高压线路上的所述励磁变压器的一次侧绕组连接；所述串联变压器的二次侧绕组与其余两项超/特高压线路上的串联变压器的二次侧绕组呈三角形连接。
3.如权利要求1所述的可控移相器，其特征在于，所述励磁变压器的一次侧绕组与其余两相超/特高压线路上的励磁变压器的一次侧绕组呈星形连接；所述励磁变压器的二次侧绕组通过晶闸管阀组与其余两相超/特高压线路上的励磁变压器的二次侧绕组呈星形连接。
4.如权利要求3所述的可控移相器，其特征在于，所述励磁变压器二次侧采用匝数比为Kn绕组串联方式，或采用等差或等比数列匝数绕组串联。
5.如权利要求4所述的可控移相器，其特征在于，所述励磁变压器二次侧的每级绕组两端均并联设置晶闸管阀组。
6.如权利要求3或5所述的可控移相器，其特征在于，所述每组晶闸管阀包括H桥结构的四组晶闸管模块； 每组晶闸管模块包括反 并联的晶闸管； 各级绕组并联的晶闸管模块中晶闸管的个数比为Kn，或成等差/等比关系。
7.如权利要求1所述的可控移相器，其特征在于，所述可控移相器包括一台断路器II隔离开关III和隔离开关IV，用于可控移相器的送电与退出； 断路器II及隔离开关III装设在可控移相器串联变压器的线路侧，隔离开关IV装设在串联变压器的母线侧； 可控移相器正常退出或因故障退出时，均断开断路器I1、隔离开关III和隔离开关IV。
8.如权利要求1所述的可控移相器，其特征在于，所述可控移相器包括避雷器，用于限制过线路电压。
9.如权利要求9所述的可控移相器，其特征在于，所述避雷器分别设置在励磁变压器一次侧高压端、二次侧高压端和断路器II两侧。
10.如权利要求1所述的可控移相器，其特征在于，所述串联变压器的一次侧和二次侧的中性点均接地； 所述励磁变压器的一次侧和二次侧的中性点均接地。
11.一种用于超/特高压线路的可控移相器的参数设计方法，其特征在于，所述方法是确定串联变压器的参数、励磁变压器的参数和晶闸管阀组的参数，进行可控移相器设计时，根据所述串联变压器的参数、所述励磁变压器的参数和所述晶闸管阀组的参数确定的额定电压、电流、容量选择相应器件。
12.如权利要求11所述的参数设计方法，其特征在于，所述串联变压器的参数包括一次侧的额定电流、一次侧的额定电压、额定容量和额定变比； 串联变压器的一次侧的额定电流根据可控移相器装设线路的设计额定输送电流、额定输送容量或额定线路电压确定； 所述一次侧的额定电压根据空载情况下的电压幅度确定； 所述额定容量的计算公式为:
13.如权利要求11所述的参数设计方法，其特征在于，所述励磁变压器的参数包括一次侧的额定电压、额定变比和额定容量； 所述一次侧的额定电压根据线路额定电压和可控移相器的最大空载移相角度确定为线路额定电压与1/2线路空载移相角度余弦的乘积； 所述额定变比根据励磁变压器一次侧、二次侧额定电压比确定； 所述额定容量的计算公式为:
14.如权利要求11所述的参数设计方法，其特征在于，所述晶闸管阀组的参数包括额定电压和额定电流； 所述额定电压等于励磁变压器二次侧额定电压； 所述额定电流大于线路额定输送电流和串联变压器变比计算出的励磁变压器二次侧电流，并根据晶闸管规格产品序列确定。
全文摘要
本发明提供一种用于超/特高压线路的可控移相器及其参数设计方法，三相超/特高压线路连接于电网受端侧和送端侧之间，每相超/特高压线路上包括两组开关，分别设置于电网受端侧和电网送端侧；每组开关包括串联的隔离开关I、断路器I和隔离开关II；本发明在每相的两组开关之间设置可控移相器；可控移相器包括串联变压器、励磁变压器和晶闸管阀组；串联变压器串联在每相超/特高压线路上，并与励磁变压器连接；晶闸管阀组与励磁变压器并联。在设计可控移相器时，通过确定串联变压器、励磁变压器及晶闸管阀组的参数选定器件，满足了工程应用需求的同时，节省了成本。
文档编号H02J3/00GK103199522SQ201310058120
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者郑彬, 班连庚, 项祖涛, 宋瑞华 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司