一种直接连续快速调节串联补偿容抗的主回路结构制造技术

一种直接连续快速调节串联补偿容抗的主回路结构。其特征是：在通常的固定容值串联补偿电容器两端并联有一对反并联的、具有自关断能力和反向阻断能力的，或者是具有可强迫关断能力的，在电路工作原理上等效为带控制极的电力半导体器件或模块。该主回路结构可用于单相或多相交流输电或稳压稳流等系统中。优点和积极效果是：使得串入到输电线路的补偿容抗值的调节特性同时具有直接性、连续性、快速性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于灵活交流输电系统(FACTS----Flexible AC TransrnissionSysterns)中的可控串补(TCSC)技术，或称其为先进串联补偿(ASC)技术。TCSC在交流输电系统中的技术经济意义是显著的，且为电力系统输变电工程界所公认。已有的TCSC的技术方案包括如下两种其一是晶闸管快速(分组)投切(Switching)电容器(组)[TSC---------Thyrisor Switched Capacitor(Bank)]，该技术称为TSC，它早已被应用于并联补偿系统中；其二是Thyristor Controlled Reactor(称为TCR)技术，该技术的主回路结构由串联补偿电容器与一个(也可用于并联补偿的)TCR支路并联后组成，TCR支路由一个工作电感与晶闸管阀串联组成。TSC的技术特征是可以快速地将串联补偿电容器(组)插(接)入到输电线路中或将其旁路。从原理上说，TSC技术与传统的人工操作固定或分组投切的电容器技术无本质区别，仅是提高了开关速度，并未实现串入容抗的连续调节。当用于高压电网且需增加有级调节的动态范围时，串补平台与人机控制平台之间的光电(隔离)通道路数较多。TCR技术方案的连续调节特性的实现，必须借助于串联补偿的电容器和与晶闸管阀相串的电感器的调谐作用。可见，连续调节串入到线路中的容抗的实现，不是直接的而是间接的，动态响应时间也长，且其容抗调节的动态范围必须是从某一个非零的最小容抗(即为接入的串联电容的自然容抗)到一个可以允许的最大容抗值，最大最小容抗之比达四倍以上时，在工程实际上会带来一系列的问题。本专利技术的目的在于提供一种既优于TCR，又优于TSC的，适用于交流输电可控串补的技术方案。具体来说是提供一种可直接，连续，快速地调节串联补偿容抗的主回路结构。本专利技术主回路结构的特征是在通常的固定容值串联补偿电容器两端并联有一对反并联的、具有自关断能力和反向阻断能力的，或者是具有可强迫关断能力的，在电路工作原理上等效为带控制极的电力半导体器件或模块。具体一步描述，本专利技术主回路结构可以是在通常的固定容值串联补偿电容器两端并联有一对或一组反并联的、具有自关断(全控器件)能力或具有可强迫关断(半控器件)能力的电力半导体器件，若使用的是具有自关断(全控器件)但无反向阻断能力的电力半导体器件，则要求使其先与具有反向阻断能力的二极管串联从而可反向阻断(见图2，其中T1、T2为一种全控器件，D1、D2为半导体整流二极管)。本专利技术主回路结构最好使用具有反向阻断能力的全控器件。该主回路结构可用于单相或多相交流输电或稳压稳流等系统中。在该主回路上可加进一些起强迫换流和/或各种保护作用的其他元器件。关于本专利技术的工作原理说明如下本专利技术主回路结构中的电力半导体器件，在同一个方向上可以是一只，也可以是一组同方向(顺)串联的带有控制极的电力半导体器件，它们在电路工作原理上可以等效为一只带控制极的电力半导体器件或模块。为说明本专利技术的工作原理，认为交流输电线路中的电流i1频率和幅度是固定的，并把电力半导体器件的组合称为晶闸管阀。可让电力半导体器件的控制极的点火(起始导通)时间与交流输电线路中的电流i1的频率和相位保持一种同步关系；每个导通方向(两个导通方向)上的每周波导通时间长度与该并联支路上的电压基波分量Uc1保持Uc1＝I1×(σ-sinσ)/πωc的关系。此处，I1为线路电流的有效值，ω为电流的频率，C为电容器的自然容量。σ为以电角度度量的导通时间长度，其变化范围从0到π。例如通过调节附图说明图1(b)中的晶闸管阀导通时间σ，使得电压uc的基波有效值可从Uc1＝0到Uc1＝I1×(σ-sinσ)/πωc的范围作连续变化。工作波形见图4(来自多次的实验结果)，图4中的ig1、ig2分别对应于图1(b)中GTO(门极可关断晶闸管)的控制极输入端g1、g2的输入电流，i1、uc分别对应图1(b)中的电流和电压。随着导通角σ的加大，电容C上的电压幅度会增加。至于如何控制σ的大小问题，可见机械工业出版社出版、林谓勋编著的《电力电子技术基础》第二、三章。和现有技术相比，本专利技术所述的主回路结构的优点和积极效果是使得串入到输电线路的补偿容抗值的调节特性同时具有直接性、连续性、快速性，从而既优于TCR，又优于TSC。为叙述上的方便，比照TCR的定义，将本专利技术技术用TCC(ThyristorControlled Capacitor)来简称。以下为TCC与TCR的对比1主回路结构的比较由图1可见，TCR技术方案较TCC技术方案多一个工作电感L。TCR技术要求使用半控器件SCR(普通晶闸管)，TCC技术推荐使用具有反向阻断能力的全控器件，辅以强迫换流电路后也可以使用半控器件。图1中C为通常的固定容值串联补偿电容器。L和C均为工作电容和电感。2控制特性的自然线性度比较从图3可见，TCR的控制特性的自然线性度(未经较正的控制特性)比TCC的控制特性的自然线性度差得多。图3中Xc为自然容抗、X1为自然感抗，α为点火电角度，σ为导通角度。3其他技术特性指标的比较见表一。表一、TCC与TCR技术特性指标比较表 表一的数据大部分来自图6。图6中(a)为TCR技术方案，调节范围为(1/ωc)～3/ωc，电容容量＝I21×(3/ωc)×3.48，电感容量＝I21×(3/ωc)×2.66。(b)为TCC技术方案，调节范围为(1/ωc)～3/ωc，电容容量＝I21×(3/ωc)，电感容量＝0。图(b)中的电容C不是必需的，此处是为了与TCR技术的动态调节范围范保持一致而设。但是容量为C/2的电容器是必需的。可见，在容抗调节范围相同的条件下TCR技术所需的电感电容的总无功容量比TCC要大5倍以上；晶闸管阀的电流峰值大2.5倍以上，容抗调节范围越大，这个倍数也越大；而阀电压峰值差值大约大0.3～0.5倍；TCR、TCC的电容电压谐波最大值分别是20.5％和13％，但在图6的条件下，两者相差约1倍；造成TCR技术的动态相应时间长的原因是固有的，且随动态范围变大而增加(见《电力系统自动化》№6 vol.20 1996，“TCSC动态特性控制策略研究”一文)。关于TCR技术具有的感性调节功能不是串联补偿所必需的。由于TCC技术不象TCR技术存在谐振过电压问题，故TCC技术的串联补偿平台上对过电压的保护要求会大大降低。以此补偿TCC技术对晶闸管阀的多投资(相对TCR)的部分。从表一可知，TCC与TCR的技术指标差异较大，且在多项技术指标上，TCC优于TCR。TCR、TSC技术方案已用于高压电网的串联补偿。TCC技术所要求的电力半导体器件的特性与TCR技术基本相同，TCC技术推荐使用的全控器件(如GTO)的电压电流容量与TCR技术要求使用的半控器件(如SCR)的电压电流容量基本相当。因TCR技术中存在着危险的并联谐振点和控制特性的严重非线性[见图3(a)]，在工程使用中，对TCR技术的控制复杂度远高于对TCC技术的控制复杂度。由于TCR技术的动态响应时间远大于TCC的动态响应时间，TCC技术比TCR技术更能够满足电力系统对可控串补的动态响应时间的要求。本专利技术所述的TCC技术在电力系统中的实用价值是显见的。图1为TCR与T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接连续快速调节串联补偿容抗的主回路结构，其特征是：在通常的固定容值串联补偿电容器两端并联有一对反并联的、具有自关断能力和反向阻断能力的，或者是具有可强迫关断能力的，在电路工作原理上等效为带控制极的电力半导体器件或模块。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1，一种直接连续快速调节串联补偿容抗的主回路结构，其特征是在通常的固定容值串联补偿电容器两端并联有一对反并联的、具有自关断能力和反向阻断能力的，或者是具有可强迫关断能力的，在电路工作原理上等效为带控制极的电力半导体器件或模块。2，如权利要求1所说的主回路结构，其特征是在通常的固定容值串联补偿电容器两端并联有一对或一组反并联的、具有自关断(全控器件)能力或具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹守宝，谭昆玲，
申请(专利权)人：邹守宝，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]