[发明专利]电力系统稳定设备

说明书

本发明涉及一种用以改善现有电力系统输电容量的电力系统稳定设备，特别涉及其中采用了电力电子技术的设备。

近来，对电力的需求量增加了，但电源位置和输电线路系统布局的制约也越严重了。输电线路系统能传输的功率取决于电力系统(也仅称为系统)的稳定性，其值较小，仅为由输电线路系统热容量决定的功率传输极限的一半或三分之一。因而，主要在欧洲和美国，电力电子技术被尝试用来传输相当于输电线路系统全部热容量的功率。如果这种尝试成功的话，不用新架输电线路就可改善输电线路系统的功率传输能力。例如，由于长距离输电线的电感大，其静态功率传输极限由输电线的阻抗决定。作为针对大电感的一种对应措施，采用一种串联电容补偿措施(将电力电容器串联插在输电线路中)来降低电感和输电线路的视在长度。但是如果插入电力电容器，在某些情况下会产生由插入电容器的电容和电感的组合而造成的串联电气谐振现象。而且，如果谐振频率接近与发电机—汽轮机系统的机械特征频率之间的一种特定关系，就会造成发电机—汽轮机系统的轴系扭振。尤其是如果串联电容器的电容值大，就非常容易引起轴系扭振，因为谐振频率降低并接近发电机—汽轮机系统的机械特征频率。这就是说，如果在输电线上提供大电容值的电容器来增加输电线的功率传输能力，发生轴系扭振的可能性就会增大。于是，作为解决此问题的的尝试，报导了几种采用小电容串联电容器或者在采用串联电容器的同时采取一些克服此问题的措施的方案。此外，还有关于不采用串联电容器的方案的报导。

由于最近大功率容量电力半导体的实现，使得利用这样的电力半导体实现功率元件的高速切换成为可能。例如，已经有尝试通过将一电抗器和一晶闸管与电容器并联并控制流经电抗器的电流来等价改变电力电容器的电容。于是，由于这种组成可以改变电气谐振频率，因而有可能防止轴系扭振。如果能够防止发电机—汽轮机系统的轴系扭振，就可以不需新架输电线而提高功率传输能力，因为输电线路系统的电感可利用大电容值的串联电容器得到补偿。

若送端电压用Vs表示，受端电压用Vr表示，输电线路系统的阻抗用X表示，而送端与受端电压间的相角差用θ表示，则输电线路系统传送的功率P表示为如下已知的方程式。 P = Vs • Vr X sin θ - - - - - - - . . . ( 1 ) ]]>

增加输电线路系统传送的功率就是增加上述方程式中的P。在上面提及的串联电容器补偿方法中，所传送的功率是通过降低上述方程式中的X来提高的。作为其他方法，还产生了如下的方法，即控制有功功率P自身，Vs和Vr，以及控制θ的方法。例如，制动电阻被用于控制有功功率P的方法，无功补偿设备被用于控制Vs和Vr的方法，而移相器被用于控制θ的方法。通过在设备上应用电力电子技术可实现上述设备的高速运行，但至今还没有明确公开在何处以及如何采用这样的设备。

为了改善由多个电厂、负荷系统、以及其他输电元件有组织地连接在一起的电力系统的输电能力，本发明提供一种通过按依据电力系统中系统稳定单元的运行特性和功能的适当方式安装一种包括半导体开关的系统稳定单元，以及通过根据利用检测出的电力系统状态量而得出的系统稳定指令信号来控制该半导体开关而保持电力系统稳定和抑制电力系统功率摇摆的电力系统稳定设备。

本发明的一个目的是提高由多个电厂、负荷系统、以及其他输电元件有组织地连接在一起的电力系统的输电能力。

为达到此目的，本发明提供一种电力系统稳定设备，包括：使电力系统保持稳定的装置(此稳定装置包括半导体开关并按依据该稳定装置的运行特性和功能的适当方式安装)；用来检测电力系统状态量(电压、电流、功率、频率、相角等)的装置；通过根据利用检测出的状态量而产生系统稳定指令信号的装置；以及根据该系统稳定指令信号来控制该半导体开关的装置。