[发明专利]一种超特高压柔性并联电抗器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及一种超特高压柔性并联电抗器，可应用于并联电抗器的设计制造和建模控制。

背景技术

中国将在甘肃、江苏、内蒙、河北等地建设7个千万千瓦级的风电基地，打造“风电三峡工程”；大规模太阳能光伏发电基地将在西北地区建设，新能源基地的电能将通过超高压线路长距离输送。但是，风电、太阳能发电具有随机性和间歇性的特征，甘肃酒泉风电基地已运行的50多万KW风电，每分钟基地出力变化率在1.5％之内的概率在99％左右，南方城市的实测数据显示：太阳能每分钟功率变化达到70％的额定功率。电源的不确定性，对系统的电力平衡、无功和电压控制都带来了巨大的挑战。新能源的这些特点，客观上要求电网通过技术创新，来适应各类能源接入和送出的传输需要。

采用超/特高压长距离输电，可提高线路的输电能力，但由于交流输电线路巨大的容性充电功率，不同地区水、火电比重不同而导致的系统潮流变化加剧，以及有限的绝缘裕度，给电网系统的无功调节、过电压抑制提出了较高的要求，使线路的电压调整和控制难度加大。超特高压可控并联电抗器(controlled shunt reactor，CSR)，具有控制灵活、响应时间快等特点，不仅可以平滑的调节系统的无功功率、动态补偿线路充电功率、简化系统无功电压控制，实现真正的柔性输电，还可以抑制工频和操作过电压，降低线路损耗，抑制潜供电流，消除发电机自励磁以及阻尼系统谐振等多方面功能，从而大大提高系统的稳定性和安全性，满足超特高压电网稳定、安全和经济运行的需要。因此，可控电抗器是超/特高压电网中至关重要的无功补偿装置，有非常广阔的应用前景。超特高压电网中应用的可控高抗主要分两种：一种是磁控式的，可以平滑调节，但速度较慢；另一种是分级投切式的，可以快速投入无功补偿，但精度不足。本发明兼顾两者的优点，既能够快速投入，又能够在一定范围内平滑调节，具有更大的灵活性，能够适应新能源输电线路的动态功率变化。

发明内容

本发明提出了一种超特高压柔性并联电抗器，可应用于并联电抗器的设计制造和建模。该设计使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现一定范围内的平滑精确调节。使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，具有更大的灵活性，能适应电力系统的功率动态变化。

本发明的一种新型柔性并联电抗器装置，将变压器、磁控电抗器和分级投切电抗器构成体化装置，使得超特高压并联电抗器的调节既能实现快速分级调节，又能够实现一定范围内的平滑精确调节；使得超特高压线路的无功补偿兼顾快速和准确性，适应电力系统的功率动态变化，以及新能源功率的间歇性变化，从而有效抑制工频过电压和操作过电压。

其中，单相接线包括：变压器T1、磁控电抗器Xmc、磁控电抗器的直流励磁部分DC、电抗器X1，X2，X3、晶闸管组F1，F2，F3和断路器K1，K2，K3；变压器T1低压侧的容量配置电抗器串联磁控电抗器Xmc，再与电抗器X1、X2、X3从上到下串联后接地，其串联电抗的总电抗最大值是Xmc+X1+X2+X3；磁控电抗器的直流励磁部分DC通过磁耦合与磁控电抗器Xmc连接；晶闸管组F1和断路器K1并联组成第一复合开关，第一复合开关并联在电抗器X1远地点到接地之间；晶闸管组F2和断路器K2并联组成第二复合开关，第二复合开关并联在电抗器X2远地点到接地之间；晶闸管组F3和断路器K3组成第三复合开关，第三复合开关并联在电抗器X3远地点到接地之间；

所述柔性并联电抗器装置的高压侧绕组三相接成“Y”型，直接接到高压电力网络S上，中性点短接后经电抗器G0接地；三相低压侧绕组首端分别经套管引出，连接磁控电抗器Xmc和分级的电抗器X1，X2，X3，低压侧绕组末端直接接地；每个晶闸管组组与对应的容量配置电抗器串联构成晶闸管组F1，F2，F3的支路，各晶闸管组的支路并联连接，配置于低压侧的电抗器X1，X2，X3与地端之间。

其中，当系统传输容量波动剧烈，电压变化幅度大的时候，首先调节断路器K1，K2，K3，快速投入无功补偿容量，保证无功补偿的速度；然后调节磁控电抗器的直流励磁部分DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量，从而改变总体投入系统的无功补偿容量，实现设定的调节精度；当系统传输容量波形平缓，电压变化幅度较小的时候，在当前容量范围内，不改变断路器K1，K2，K3的状态，小幅度调节磁控电抗器的直流励磁部分DC，改变磁控电抗器Xmc的饱和程度，从而改变磁控电抗器Xmc的投入容量，从而改变总体投入系统的无功补偿容量，实现设定的调节精度。