[发明专利]串联补偿器

说明书

本发明涉及一种改进的串联补偿器，其由通过变压器和交流线路串联的功率变换器构成，用于补偿交流线路的电量，例如电压、电流、相位或阻抗。

近来，具有固有切断能力的开关器件(下面称为“开关器件”)的容量不断增加，用于要和高压功率线路相连以便控制其功率的功率电路的大容量的自换向的变换器正在付诸实施。

串联补偿器受到了特别的注意，其通过串联变压器和交流线路串联，通过在串联变压器的一次绕组上产生补偿电压用于对输电线的阻抗进行电气补偿，借以控制传输线上的功率流，或者补偿线路电压的变化。这种串联补偿器是熟知的，例如，可以参见“Static Synchronous Series Compensator：A Solid-State Approachto Series Compensator ofTransmission Lines”(L.Gyugyi et al.，IEEE PES 96 WM120-6 PWRD，1996)。

图1是用于说明这种类型的常规的串联补偿器的结构的方块图。

在图1中，“G”是交流电源，“X1”是交流传输线的线路电抗，“Tr1”是串联变压器，“CNV”是功率变换器，“BP”是旁路电路，“FL”是谐波滤波器。

功率变换器CNV由桥式连接具有固有关断能力的开关器件例如控制极关断可控硅(下面称为“GTO”)构成，并且按照交流传输线的电压和电流，通过控制GTO的通断能够产生具有任意幅值和任意频率的电压。

由功率变换器CNV产生的电压被加于串联变压器的二次绕组上，于是在和线路串联的一次绕组上产生一个电压。交流传输线的线路电抗X1可以通过合适地控制在串联变压器的一次绕组上相对于交流传输线的电压和电流产生的电压的幅值和相位而被补偿。

图2是用于说明对传输线电抗进行补偿的方法的原理的矢量图。

在图2中，“Vs”是交流线路的电压矢量，“Is”是交流线路的电流矢量，“Vc”是功率变换器4在串联变压器的一次绕组上产生的电压矢量，“V1”和“V2”分别是在电源侧上的串联变压器的一次侧端电压矢量和在负载侧上的串联变压器的一次侧端电压矢量。

假定传输线的电感是L，并且交流电源的频率是ω，则交流电源电压矢量Vs和串联变压器的一次侧端电压V1之间的关系由下式表示：

V1＝Vs-jωLIs    (1)

串联变压器的一次侧端电压矢量V1具有一个相位延迟δ，并且由于由传输线电感L产生的电压降而相对于交流电源电压Vs下降一个ΔV。

当功率变换器CNV对串联变压器的一次绕组上的线路电压产生超前90度角的补偿电压时，在负载侧上的串联变压器的一次侧端电压V2沿着Vs的方向改变，因而相对于交流电源电压Vs，相位滞后和电压降被减少了。

这在电气上相当于传输线的电感被减小了，因而，传输线电感可以通过改变补偿电压Vc的大小来改变。

一般地说，假定在发送端的电压是Vs，在接收端的电压是Vr，并且发送端和接收端的电压之间的相位差是θ，则可以传输的最大有功功率P由下式确定： P = VsVr ωL sin θ - - - ( 2 ) ]]>

因为可以传输的最大功率和传输线的电感成反比，所以可以通过对传输线电感大的传输线进行电气补偿来增加最大传输功率。

在图1的结构中，因为交流传输线和功率变换器CNV通过其一次绕组流过和传输线电流相同的电流的串联变压器串联，所以和串联变压器的二次绕组串联的功率变换器CNV的输出电流被强制等于线路电流。

当由于接地故障等而在传输线中流过大的电流时，在功率变换器中也流过过大的电流。

如此设计功率变换器，使得其可以承受这个大电流，这意味着对于额定状态下所需的输出，需要制备具有非常大的容量的功率变换器，因而是不经济的。