專利名稱：用于控制輸電線中功率潮流的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制三相輸電線中功率潮流的裝置和方法。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種電力控制裝置和方法，其中，對(duì)于輸電線的每一相，都有附加電壓串聯(lián)施加到輸電線上。該附加電壓是根據(jù)輸電線其它兩相之間電壓的可控部分來產(chǎn)生的。本發(fā)明還涉及使用這種裝置來控制并聯(lián)輸電線之間傳輸?shù)碾娏Φ姆峙?，以及用于衰減通過輸電線互連的兩個(gè)電網(wǎng)之間有功功率中的振蕩。
背景技術(shù)：
本文中的輸電線指三相交流線，它們將兩個(gè)電力網(wǎng)相互連接在一起，并在電網(wǎng)間傳輸有功功率。
用于靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)地控制這種輸電線中功率潮流的各種不同的裝置都是公知的。控制的目的可以是靜態(tài)地分配電力線或電網(wǎng)之間的電力，也可以是衰減輸電線中的功率振蕩。
一個(gè)這種公知的裝置是所謂的移相變壓器(PST)。對(duì)于輸電線中的每一相，該裝置包括串聯(lián)變壓器，連接在相導(dǎo)體中的次級(jí)繞組，還包括并聯(lián)變壓器(shunt transformer)，連接在其它兩個(gè)相導(dǎo)體之間的初級(jí)繞組。并聯(lián)變壓器的次級(jí)繞組具有帶載抽頭切換開關(guān)，由此可變的次級(jí)電壓被施加到串聯(lián)變壓器的初級(jí)繞組。通過這種連接關(guān)系，跨串聯(lián)變壓器產(chǎn)生的附加電壓得到了相對(duì)于相導(dǎo)體的相電壓移動(dòng)了90°的相位，該附加電壓因此是矢量地附加到相導(dǎo)體的電壓上的串聯(lián)電壓。通過經(jīng)由帶載抽頭切換開關(guān)改變附加電壓的幅值，影響輸電線中的功率潮流。
接下來將進(jìn)一步描述這種移相變壓器。
作為使用帶載抽頭切換開關(guān)的替換方式，并聯(lián)變壓器的次級(jí)電壓可以被施加到變換器設(shè)備上，為此目的適用于對(duì)次級(jí)電壓的幅值進(jìn)行電子控制，例如通過相角控制。
帶載抽頭切換開關(guān)構(gòu)成了需要維護(hù)的機(jī)械部件，并易受磨損。此外，用來改變附加電壓的幅值所用的時(shí)間是相對(duì)較慢的，大約有好幾秒。
附加電壓幅值的電子控制可以進(jìn)行得更快，但是，由于其工作原理的原因，會(huì)給輸電線帶入諧波。
另一個(gè)這種公知的裝置是所謂的通用功率潮流控制器(UPFC)。三相變壓器以并聯(lián)連接方式連接到輸電線，變壓器的次級(jí)電壓被施加到脈寬調(diào)制、自整流電壓源變換器型的第一三相變換器上。同樣類型的第二變換器經(jīng)由帶有電容器的直流電壓中間鏈路連接到第一變換器，并且第二變換器經(jīng)由它的交流端連接到與輸電線相連的串聯(lián)變壓器。如眾所周知的，第二變換器的輸出電壓允許自行相對(duì)于幅值和相角進(jìn)行控制，并且這樣可以用來對(duì)有功以及無功功率進(jìn)行較快且連續(xù)的控制。
但是，電力電子設(shè)備的數(shù)量是相對(duì)很廣的且很復(fù)雜的，因此這種類型的控制器缺乏吸引力。此外，這類變換器表現(xiàn)出對(duì)短路電流的敏感性，并且傾向于施加與輸電線的基波頻率有聯(lián)系的諧波以及與脈寬調(diào)制的載波頻率有聯(lián)系的諧波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在前言中已描述過的那種裝置和方法，其與現(xiàn)有技術(shù)相比，構(gòu)成了相對(duì)于上面提到的缺點(diǎn)的改進(jìn)。
根據(jù)在獨(dú)立權(quán)利要求1的特征部分的特征并根據(jù)如獨(dú)立權(quán)利要求11所要求的方法實(shí)現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的該目的。在從屬權(quán)利要求中描述了優(yōu)選的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，通過在輸電線的第一相上設(shè)置變壓器實(shí)現(xiàn)了該目的，其中該變壓器的次級(jí)繞組與輸電線的第一相串聯(lián)連接，初級(jí)繞組與包括可變電抗阻抗裝置的閉合電路連接，通過包含處理器的控制器可有選擇性地改變?cè)摽勺冸娍棺杩寡b置的電抗。在本發(fā)明更有利的方面，初級(jí)繞組的第一末端接地，初級(jí)繞組的第二末端連接到具有串聯(lián)電路的輸電線的第二相，該串聯(lián)電路包含無功阻抗元件，用于接收取決于第二相輸電線電壓的電壓。
在本發(fā)明又一個(gè)有利的方面，初級(jí)繞組的第一末端連接到具有第一串聯(lián)電路的輸電線的第二相，該第一串聯(lián)電路包含第一無功阻抗元件，初級(jí)繞組的第二末端連接到具有第二串聯(lián)電路的輸電線的第三相，該第二串聯(lián)電路包含第二無功阻抗元件，用于接收取決于第二相輸電線電壓的電壓。在本發(fā)明這個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二無功阻抗元件包括固定電抗。在本發(fā)明這個(gè)方面的第二實(shí)施例中，閉合電路的可變電抗阻抗裝置包括第一可變電抗阻抗元件和第二可變電抗阻抗元件。
根據(jù)本發(fā)明有利的實(shí)施例，通過對(duì)于輸電線的每一相，將具有第一和第二端子以及連接點(diǎn)的串聯(lián)電路耦合到對(duì)應(yīng)相，而實(shí)現(xiàn)了該目的，該串聯(lián)電路包括第一無功阻抗元件，有利的是，其具有連接在第一端子和連接點(diǎn)之間的固定電抗，該串聯(lián)電路還包括第二無功阻抗元件，其具有連接在連接點(diǎn)和第二端子之間的可控電抗，從而，所述端子之一耦合到輸電線的對(duì)應(yīng)相，另一個(gè)端子耦合到在其它兩個(gè)串聯(lián)電路中每一個(gè)的端子上，使得對(duì)于所有的相，第一或第二端子耦合到輸電線，根據(jù)在其它兩個(gè)串聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間的電壓形成附加電壓，并且通過改變第二阻抗元件的電抗來執(zhí)行功率潮流的控制。
在本發(fā)明又一個(gè)有利的方面，第二阻抗元件包括一個(gè)感性和一個(gè)容性電抗元件的串聯(lián)電路，相對(duì)于彼此這樣確定它們的大小，以使得可以改變附加電壓的相位，使其超前和滯后于對(duì)應(yīng)相中輸電線電壓的相位，從而使得可以既沿增加方向又沿減小方向影響輸電線中的有功功率潮流。
在本發(fā)明另一個(gè)有利的方面，第一阻抗元件包括第一固定電感器，第二阻抗元件包括具有磁芯、用于交流電流的主繞組和用于直流電流的控制繞組的正交磁化電感器，并且通過控制與主繞組有聯(lián)系的磁通量而改變第二阻抗元件的電抗，上述控制是通過根據(jù)提供給控制繞組的直流電流而進(jìn)行的磁通量的正交磁化來實(shí)現(xiàn)的。
在本發(fā)明再一個(gè)有利的方面，第一無功阻抗元件包括第一固定電感器，第二阻抗元件包括配備有多個(gè)相互串聯(lián)連接的固定第二電感器的電感器，這些固定第二電感器中的每一個(gè)都與可控短路裝置并聯(lián)連接，通過分別地激活和去激活短路裝置來改變第二阻抗元件的電抗。
在本發(fā)明又一個(gè)有利的方面，第二阻抗元件包括電感器和電容器，電容器配備有多個(gè)相互串聯(lián)連接的固定電容器，固定電容器中的每一個(gè)都與和電感器串聯(lián)的可控短路裝置并聯(lián)連接，通過分別地激活和去激活短路裝置來改變第二阻抗元件的電抗。
當(dāng)在容性電抗單元中設(shè)置與電子管串聯(lián)的感性電抗單元時(shí)，容性單元能夠被升壓，通過這種技術(shù)，能夠在規(guī)定的范圍內(nèi)連續(xù)地改變電抗。這種技術(shù)從可控硅控制串聯(lián)電容器(TCSC)中是眾所周知的，并利用該能力使電容器表現(xiàn)出更大的歐姆值。
在本發(fā)明且可適用于上述實(shí)施例中的任一個(gè)的再一個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括控制單元，該控制單元包括計(jì)算機(jī)。加載在計(jì)算機(jī)內(nèi)的計(jì)算機(jī)程序檢測(cè)輸電線中每一相的電壓，并控制每個(gè)串聯(lián)電路的開關(guān)裝置和升壓功能。
從接下來的描述和所附的權(quán)利要求中將使本發(fā)明其它更有利的方面更清楚。
由于具有根據(jù)本發(fā)明的裝置，特別實(shí)現(xiàn)了接下來的優(yōu)點(diǎn)。
輸電線中已經(jīng)存在的并聯(lián)電感器可被用作裝置中的部件。
不需要機(jī)械上可動(dòng)的部件，也不需要任何具有連續(xù)控制的變換器設(shè)備。
該裝置不會(huì)施加任何諧波給輸電線。
當(dāng)功率潮流控制不是很重要時(shí)，該裝置也可被用作并聯(lián)電感器以吸收無功功率。


通過參考附圖對(duì)實(shí)施例的描述將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的移相變壓器中一相的連接關(guān)系圖，圖1B是根據(jù)圖1A的移相變壓器中電壓的矢量圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明的裝置實(shí)施例中一相的連接關(guān)系圖，圖3A是根據(jù)本發(fā)明的裝置實(shí)施例中三相的連接關(guān)系圖，圖3B是根據(jù)圖3A的本發(fā)明實(shí)施例中電壓的矢量圖，圖4A是根據(jù)本發(fā)明的裝置另一個(gè)實(shí)施例中三相的連接關(guān)系圖，圖4B是根據(jù)圖4A的本發(fā)明實(shí)施例中電壓的三個(gè)矢量的圖，圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的裝置的使用的本發(fā)明實(shí)施例的簡(jiǎn)化連接關(guān)系圖，圖6是包括多個(gè)容性和感性電抗阻抗單元的根據(jù)本發(fā)明的裝置又一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化連接關(guān)系圖，圖7是示出了不用采取控制的最大額定值區(qū)域的有功功率P對(duì)無功功率Q的圖，圖8是示出了最大和最小功率極限的有功功率P對(duì)無功功率Q的圖，在該功率極限以外控制裝置起作用，和圖9是示出了最大和最小相角差的相角差對(duì)功率P的圖，在該范圍以外控制裝置起作用。
具體實(shí)施例方式
接下來的描述涉及方法、裝置以及該裝置的使用。
在整個(gè)描述中，相同的附圖標(biāo)記被用在各個(gè)圖中，用于裝置各部分以及用于出現(xiàn)在屬于同一種類的裝置中的數(shù)量。
圖1A示出了第一電網(wǎng)NW1，其經(jīng)由具有相導(dǎo)體La、Lb和Lc的三相輸電線連接到第二電網(wǎng)NW2。三相被分別表示成a、b和c。
現(xiàn)有技術(shù)中的移相變壓器(PST)1連接到在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)N1和N2之間的輸電線。在節(jié)點(diǎn)N1處輸電線的電壓被表示成矢量V1，矢量的分量包括節(jié)點(diǎn)的相電壓Va、Vb和Vc。類似地，節(jié)點(diǎn)2處的電壓被表示成V2。
為了簡(jiǎn)明起見，圖中僅示出了屬于c相的變壓器部分。移相變壓器包括并聯(lián)變壓器11，其初級(jí)繞組111連接在輸電線中的相導(dǎo)體La和Lb之間。并聯(lián)變壓器11的次級(jí)繞組112配備有帶載的抽頭切換開關(guān)113，在圖中僅進(jìn)行了粗略的表示。串聯(lián)變壓器12c具有連接在相導(dǎo)體Lc上的次級(jí)繞組122c，其初級(jí)繞組121c在并聯(lián)變壓器的帶載抽頭切換開關(guān)的端子和次級(jí)繞組的末端之間連接到并聯(lián)變壓器的次級(jí)繞組上。通過這種連接關(guān)系，跨串聯(lián)變壓器產(chǎn)生的附加電壓VSc得到了相對(duì)于相電壓Vc移動(dòng)了90°的相位。帶載抽頭切換開關(guān)的位置可以根據(jù)控制信號(hào)(圖中未示出)和施加到串聯(lián)變壓器初級(jí)繞組的電壓來進(jìn)行改變，因此，附加電壓VSc的幅值取決于a相和b相之間電壓的可控部分。盡管圖中沒有示出，但當(dāng)然應(yīng)該理解的是，與串聯(lián)變壓器12c相同類型的串聯(lián)變壓器被連接到輸電線中其它兩相的每一個(gè)上，并且用類似的方式向其施加電壓。
圖1B用矢量形式示出了節(jié)點(diǎn)電壓V1、V2和VS之間的關(guān)系，這樣其中電壓VS具有分量VSa、VSb和VSc，因此其中VSa和VSb表示跨串聯(lián)變壓器(未示出)產(chǎn)生的附加電壓。這樣，移相變壓器實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)1和2中電壓之間的相移，該相移在圖1B中被表示為Φ。如眾所周知的，除通過節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)之間輸電線的阻抗以外，還通過因子sinΦ來確定節(jié)點(diǎn)之間有功功率P的潮流，這樣可以通過改變帶載抽頭切換開關(guān)的位置來影響有功功率P的潮流。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的實(shí)施例。以與根據(jù)圖1A所示公知裝置相同的方式，為了簡(jiǎn)明的目的，圖2僅示出了屬于c相的裝置部分。與參考圖1A描述的公知裝置相比，具有帶載抽頭切換開關(guān)的并聯(lián)變壓器已被其它部件取代了，下面將更詳細(xì)地對(duì)其進(jìn)行描述。
由無功阻抗元件形成的串聯(lián)電路包括具有采用固定電感器21a形式的固定電抗的第一無功阻抗元件和具有采用串聯(lián)連接的可控電感器22a和電容器23a形式的可變電抗的第二無功阻抗元件。第一阻抗元件連接在串聯(lián)電路的第一端子T1和屬于串聯(lián)電路的連接點(diǎn)Ja之間。第二阻抗元件連接在連接點(diǎn)Ja和串聯(lián)電路的第二端子T2a之間。第一端子T1a耦合到輸電線的相導(dǎo)體La。
與上面所描述的相同類型的串聯(lián)電路包括固定電感器21b、可控電感器22b和電容器23b。該串聯(lián)電路具有第一端子T1b、第二端子T2b和共用連接點(diǎn)Jb。電感器21b、22b和電容器23b互連，并以與上面所描述的相類似的方式連接到各端子和連接點(diǎn)。串聯(lián)電路的第一端子T1b耦合到相導(dǎo)體Lb，并且兩個(gè)端子T2a和T2b彼此相互耦合。
如在參考圖1A所描述的裝置中，串聯(lián)變壓器12c的次級(jí)繞組122c連接到相導(dǎo)體Lc，而其初級(jí)繞組121c耦合在連接點(diǎn)Ja和Jb之間。
可認(rèn)識(shí)到，上述類型的裝置以與參考圖1A所描述的相似的方式實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)電壓V1和V2之間的相移。這樣，在這個(gè)裝置中，也是除通過節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)之間輸電線的阻抗以外，還通過因子sinΦ來確定節(jié)點(diǎn)之間有功功率P的潮流，而如很容易認(rèn)識(shí)到的，其取決于連接點(diǎn)Ja和Jb之間的電壓。
而很明顯的，該電壓取決于第一和第二阻抗元件的電抗之間的關(guān)系，也就是說，當(dāng)?shù)诙杩乖碾娍棺兓瘯r(shí)會(huì)影響到節(jié)點(diǎn)N1和N2之間有功功率的潮流。隨著輸電線中傳輸功率的增加，由第二阻抗元件帶來的相對(duì)的影響也增加了。
包括在第二阻抗元件中的可控電感器實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于輸電線中相電壓的相位而具有相位的電壓分量VSc，以至于沿減小方向影響輸電線中的從節(jié)點(diǎn)N1到節(jié)點(diǎn)N2的功率潮流。包括在第二阻抗元件中的電容器實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于輸電線中相電壓的相位而具有相位的電壓分量VSc，以至于沿增加方向影響輸電線中的從節(jié)點(diǎn)N1到節(jié)點(diǎn)N2的功率潮流。
通過使可控電感器和電容器相對(duì)于彼此具有適當(dāng)?shù)碾娍怪担赏ㄟ^可控電感器電抗的變化來改變附加電壓VSc的相位，使其超前和滯后于輸電線中相電壓V1c的相位。因此，以這種方式使輸電線中的有功功率潮流在兩個(gè)方向上都具有可控性，從而使得可以既沿增加方向又沿減小方向影響輸電線中的有功功率潮流。
在本發(fā)明有利的實(shí)施例中，包括在第二阻抗元件中的可控電感器可以由通過所謂的正交磁化的可控電感器來構(gòu)成。這樣一種電感器具有磁芯，該磁芯帶有用于交流電流的主繞組，此外還具有用于直流電流的控制繞組。通過改變提供給控制繞組的直流電流，可通過磁芯的正交磁化來影響與主繞組有聯(lián)系的磁通量。這樣一種正交磁化的電感器是公知的，例如，從美國專利US4,393,157中可知。
圖3A示出了所有的三相都進(jìn)行了說明的根據(jù)圖2的實(shí)施例。串聯(lián)變壓器12a具有連接在相導(dǎo)體La上的次級(jí)繞組，串聯(lián)變壓器12b具有連接在相導(dǎo)體Lb上的次級(jí)繞組。附加電壓VSa跨串聯(lián)變壓器12a產(chǎn)生，且附加電壓VSb跨串聯(lián)變壓器12b產(chǎn)生。
與參考圖2所描述的相同類型的串聯(lián)電路包括固定電感器21c、可控電感器22c和電容器23c。該串聯(lián)電路具有第一端子T1c、第二端子T2c和共用連接點(diǎn)Jc。電感器21c和22c以及電容器23c彼此互連，并以與上面所述類似的方式連接到各端子和連接點(diǎn)。串聯(lián)電路的第一端子T1c耦合到相導(dǎo)體Lc，并且端子T2a、T2b和T2c彼此相互耦合，并如圖中所示的耦合到地電位。
串聯(lián)變壓器12a和12b各自的次級(jí)繞組分別連接到對(duì)應(yīng)的相導(dǎo)體La和Lb。串聯(lián)變壓器12a的初級(jí)繞組耦合在連接點(diǎn)Jb和Jc之間，而串聯(lián)變壓器12b的初級(jí)繞組耦合在連接點(diǎn)Ja和Jc之間。
圖3B用矢量形式示出了節(jié)點(diǎn)電壓V1、V2和附加電壓VS之間的關(guān)系，其中電壓V1具有分量V1a、V1b和V1c，電壓V2具有分量V2a、V2b和V2c，VS具有分量VSa、VSb、VSc。
圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的又一個(gè)實(shí)施例。與參考圖3A所描述的實(shí)施例相反，在這個(gè)實(shí)施例中，各串聯(lián)電路對(duì)應(yīng)的第一端子T1a、T1b和T1c連接到對(duì)應(yīng)串聯(lián)變壓器的次級(jí)繞組上的中心抽頭123a、123b和123c。此外，對(duì)于a相，第二阻抗元件22a包括配備有多個(gè)相互串聯(lián)連接的固定電感器的電感器，因空間有限，在圖中僅示出了這些固定電感器中的兩個(gè)電感器221a和223a。固定電感器221a和223a中的每一個(gè)都可能被可控短路裝置旁路，該可控短路裝置在圖中被分別表示成晶閘管開關(guān)222a和224a，它們可受控制信號(hào)(圖中未示出)的影響。用類似的方式設(shè)計(jì)出用于b相和c相的對(duì)應(yīng)的第二阻抗元件，對(duì)于b相，第二阻抗元件包括分別具有晶閘管開關(guān)222b和224的固定電感器221b和223b(圖中省略了它們的標(biāo)記是為了使其更容易閱讀)，并且，對(duì)于c相，第二阻抗元件包括分別具有晶閘管開關(guān)222c和224c的固定電感器221c和223c。
因空間的原因，圖中僅示出了每相兩個(gè)串聯(lián)連接的固定電感器，當(dāng)然，有利的是，可以增加其數(shù)量以增加控制第二阻抗元件的電抗的可能性。優(yōu)選地，根據(jù)幾何比例來選擇電感器221a、223a、...的電感值，以進(jìn)一步增加改變第二阻抗元件的電抗的可能性。
圖4B用矢量形式示出了在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)電壓V1、V2和附加電壓VS之間的關(guān)系。與參考圖3所描述的實(shí)施例相反，通過將各串聯(lián)電路對(duì)應(yīng)的第一端子T1a、T1b和T1c連接到串聯(lián)變壓器次級(jí)繞組上的中心抽頭123a、123b和123c，實(shí)現(xiàn)了使節(jié)點(diǎn)電壓V2具有與節(jié)點(diǎn)電壓V1相同的幅值這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的使用。兩個(gè)三相輸電線L1和L2連接節(jié)點(diǎn)N1和N2。通過變壓器T將發(fā)電機(jī)G的功率提供給節(jié)點(diǎn)N1。負(fù)載C連接到節(jié)點(diǎn)N2。提供給節(jié)點(diǎn)N1的功率中的一部分P1被分配在輸電線L1上，一部分P2被分配在輸電線L2上。輸電線的額定電壓是400kV。
根據(jù)本發(fā)明的裝置2耦合到輸電線L2。用簡(jiǎn)化了的單線圖說明了該裝置，但應(yīng)理解的是，該裝置是例如以參考圖3A所描述的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的。這樣，具有固定電抗的第一無功阻抗元件包括電感器21，并且第二無功阻抗元件包括具有可變電抗的電感器22，并且與它們串聯(lián)連接一個(gè)固定電容器23。
在圖5中所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，該裝置還包括控制單元30，該控制單元30包含計(jì)算機(jī)裝置31和用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)裝置32。該控制單元還包括用于接收控制數(shù)據(jù)的傳感器裝置33以及用于控制不同相的可變無功阻抗元件的電抗的多個(gè)激勵(lì)器裝置34、35。
在實(shí)際的實(shí)施例中，負(fù)載C消耗600MW的有功功率和150MVAr的無功功率，也就是，P1+P2＝600MW。
串聯(lián)變壓器12的額定功率為135MVA，變壓比為60/60kV，短路電抗為10％。
固定電感器21在400kV時(shí)的額定功率為120MVAr，相當(dāng)于1333歐姆的電抗。電抗器22的電抗在30-150歐姆的間隔內(nèi)是可變的，而電容器23具有-60歐姆的固定電抗。這樣，在這個(gè)情況下，第二無功阻抗元件的電抗可從-30歐姆變化到+90歐姆。
研究已經(jīng)顯示出，當(dāng)?shù)诙杩乖碾娍箯?30歐姆變化到+90歐姆時(shí)可控制功率P2從150MW到450MW。從而，跨第二無功阻抗元件的電壓在46-56kV的間隔內(nèi)變化，而流過阻抗元件的電流在1.14-0.25kA的間隔內(nèi)變化。
在根據(jù)圖6的本發(fā)明的實(shí)施例中示出了第二無功阻抗元件的又一種形式。在所示的簡(jiǎn)化了的連接圖中，設(shè)置了多個(gè)無功阻抗電路22、23，每一個(gè)都包含包括電子管元件27的分支。在包括感性元件的無功阻抗電路22中，閉合電子管將導(dǎo)致產(chǎn)生短路狀態(tài)。在包括容性元件的無功阻抗電路23中，打開的電子管將使無功阻抗呈容性，閉合的電子管將使無功阻抗呈容性和感性。
在圖6的實(shí)施例中，容性和感性電抗單元都是由晶閘管切換的。表示出了兩個(gè)容性單元和兩個(gè)感性單元。但是，實(shí)際的數(shù)量可能各個(gè)設(shè)備都不盡相同。因此，在通常情況下，可能有任意個(gè)感性電抗單元和/或容性電抗單元。
如已經(jīng)表示出的，根據(jù)二進(jìn)制序列優(yōu)選地設(shè)置了以歐姆為單位的容性23和感性22電抗單元的大小，使得用相對(duì)較少的單元就可以得到具有高分辨率的控制范圍。
感性電抗單元23L與容性電抗單元23中的電子管串聯(lián)這種情況使得可以“升壓”容性單元。升壓電容器這個(gè)概念是一種公知技術(shù)，例如，從晶閘管控制的串聯(lián)電容器(Thyristor Controlled SeriesCapacitors(TCSC))的上下文中可知，其提供了一個(gè)平均值，用于使電容器表現(xiàn)出比其實(shí)際更大的歐姆值(基波頻率分量)。這樣，具有升壓容性電抗單元這一能力是很有利的。
將二進(jìn)制大小的電抗單元和使一個(gè)容性電抗單元升壓1pu的能力組合在一起使得有可能提供實(shí)質(zhì)上無限的控制分辨率。表1說明了一個(gè)實(shí)例，其具有4個(gè)二進(jìn)制大小的感性電抗單元(XCR1-XCR4)和兩個(gè)二進(jìn)制大小的容性電抗單元(XCR5、XCR6)，其具有將最后一個(gè)單元(XCR6)升壓1pu的可能性，在這種情況下升壓50％，使得可以在-2和-3pu之間采用任何電抗。通過這樣做，可以在控制范圍(-4pu到13pu)內(nèi)采用任何值。

表1二進(jìn)制大小的電抗單元(具有將一個(gè)容性單元升壓50％相當(dāng)于每單元1(pu)的可能性)對(duì)控制范圍當(dāng)操作帶有純?nèi)菪噪娍沟母鶕?jù)本發(fā)明的裝置時(shí)，具有升壓容性電抗單元的能力的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其與可能的次同步扭矩作用(SSTI)的減輕有關(guān)，上述純?nèi)菪噪娍拱ù?lián)連接的容性23和感性22電抗單元的和。容性電抗單元這種工作模式是基于眾所周知的應(yīng)用于TCSC的原理。通過利用與每個(gè)容性電抗單元23并聯(lián)的受控晶閘管分支來產(chǎn)生同步電壓反向，包括在電壓過零點(diǎn)的電流脈沖，容性電抗單元將表現(xiàn)出很明顯的在次同步頻率范圍內(nèi)的感性電抗。因此，將避免該裝置對(duì)次同步諧振和SSTI的影響。
固定電抗21可以是電感或電容器。斷路器24被設(shè)置在串聯(lián)電路中第一端子和第一電抗阻抗元件之間。該斷路器提供了用于固定電抗阻抗元件21被斷開連接這種工作模式的裝置。
在電力系統(tǒng)中從外部施加給根據(jù)本發(fā)明的該裝置的干擾可能會(huì)施加很大的電流流過串聯(lián)變壓器12。反過來，這些很大的電流可能會(huì)施加很大的電壓給例如可控電抗單元22、23和串聯(lián)變壓器12。為了保護(hù)該裝置不受由于這些大電壓所帶來的損害，在每一相中安裝過電壓吸收器26，用于在瞬間限制電壓。為了限制由過電壓吸收器吸收的能量，晶閘管控制單元接通所有的晶閘管，使得可控電抗單元通過晶閘管電子管被旁路，從而將電壓減小到一安全的電平。如果流過電子管的電流變得太大，則使得隨著時(shí)間會(huì)使電子管過熱，有一種選擇是閉合在正常情況下是打開的機(jī)械旁路斷路器25。為了保護(hù)每一個(gè)單獨(dú)的電抗單元都不受破壞性大電壓的影響，晶閘管控制單元還將根據(jù)增加超過給定閾值的電流的幅值調(diào)用一個(gè)晶閘管旁路器。
通過將感應(yīng)到的輸電線中有功功率的值和其參考值之間的偏差提供給控制器，可用對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的某些方式來進(jìn)行第二阻抗元件的電抗的控制，從而根據(jù)控制器的輸出信號(hào)形成所需電抗的參考值。在第二阻抗元件是由正交磁化電感器組成的情況下，該參考值可以采用適合于采用的提供給電感器的控制繞組的直流電流的形式。在第二阻抗元件包括具有短路裝置的固定電感器的情況下，如參考圖4A所描述的，可以例如通過在電抗和已觸發(fā)的短路裝置之間的關(guān)系的表中進(jìn)行選擇來觸發(fā)這些短路裝置。
圖7中說明了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種有利的控制目的。只要在考慮中的檢測(cè)到的視在功率潮流或檢測(cè)到的線路上的電流在限制之內(nèi)，則根據(jù)本發(fā)明的裝置就是中性的。如果超出該限制Smax，則觸發(fā)并控制該裝置以使得它回到限制以內(nèi)。
圖8中說明了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種有利的控制目的。只要在考慮中的檢測(cè)到的線路上的有功功率潮流在限制之內(nèi)，則根據(jù)本發(fā)明的裝置就是中性的。如果超出限制Pmax或Pmin中之一，則觸發(fā)并控制該裝置以使得它回到限制以內(nèi)。
圖9中說明了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一種有利的控制目的。不是利用檢測(cè)到的有功功率潮流作為輸電路徑帶多少負(fù)載的說明(如圖8中所示)，而是利用檢測(cè)到的或估計(jì)的角范圍。對(duì)于具有穩(wěn)定的感應(yīng)限制的傳輸接口這可以是很有利的。只要在考慮中的輸電路徑的角范圍在限制之內(nèi)，則根據(jù)本發(fā)明的裝置就是中性的。如果超出限制δ12max或δ12min中之一，則觸發(fā)并控制該裝置以使得它回到限制以內(nèi)。
由于穩(wěn)定性問題、電壓或角度所引起的傳輸通道限制通常以最大可允許的P轉(zhuǎn)移來表示。P限制反映出輸電網(wǎng)是高負(fù)荷的。在這種情況下負(fù)載更適合的另一種測(cè)量是角范圍。
當(dāng)衰減功率振蕩時(shí)，用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些方式形成表示輸電線中有功功率中振蕩的信號(hào)，并且在適合的信號(hào)處理之后，該信號(hào)被加到上述控制器的輸出信號(hào)上。
本發(fā)明并不局限于所示的實(shí)施例，當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在如權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)用多種方式對(duì)其進(jìn)行修改。當(dāng)然，因此參考圖4A所描述的實(shí)施例可用與參考圖3A所描述的實(shí)施例相聯(lián)系的電容器23a、23b和23c相當(dāng)?shù)姆绞脚鋫潆娙萜鳌?br> 電容器也可以被單獨(dú)地分成多個(gè)串聯(lián)連接的單元，每個(gè)單元都配備有與參考圖4A所描述的相同類型的可控短路裝置。
如上面提到的，在參考圖4A所描述的實(shí)施例中，優(yōu)選地，第二阻抗元件22a、22b和22c可分別地由比圖4A中所示的更多數(shù)量的相互串聯(lián)連接的固定電感器形成。
有利的是，第一阻抗元件的固定電抗可由輸電線中存在的并聯(lián)電感器組成。
權(quán)利要求
1.一種用于控制三相交流輸電線(L2、La、Lb、Lc)中功率潮流的裝置(2)，對(duì)于輸電線的每一相(a、b、c)，所述裝置(2)都包括變壓器(12a、12b、12c)，該變壓器具有初級(jí)繞組(121c)和次級(jí)繞組(122c)，設(shè)定次級(jí)繞組用于串聯(lián)在輸電線中的相應(yīng)相內(nèi)，并且設(shè)定提供電壓給初級(jí)繞組，該電壓取決于輸電線中其它兩相之間電壓的可控部分，其特征在于，對(duì)于輸電線中的每一相，該裝置都包括具有第一端子(T1a、T1b、T1c)和第二端子(T2a、T2b、T2c)以及連接點(diǎn)(Ja、Jb、Jc)的串聯(lián)電路，串聯(lián)電路包括連接在第一端子和連接點(diǎn)之間具有固定電抗的第一無功阻抗元件(21a、21b、21c)，以及連接在連接點(diǎn)和第二端子之間具有可變電抗的第二無功阻抗元件(22a、22b、22c、23a、23b、23c)，其中，所述端子之一耦合到輸電線中的相應(yīng)相，端子中的另一個(gè)耦合到在其它兩個(gè)串聯(lián)電路中每一個(gè)的端子上，以使得，對(duì)于所有的相，第一或第二端子耦合到輸電線，并且初級(jí)繞組耦合在其它兩個(gè)串聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，第二阻抗元件包括感性(22a、22b、22c)和容性(23a、23b、23c)電抗元件的串聯(lián)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一個(gè)的裝置，其特征在于，第一阻抗元件包括第一固定電感器(21a、21b、21c)，第二阻抗元件包括具有磁芯、用于交流電流的主繞組和用于直流電流的控制繞組的正交磁化的電感器(22a、22b、22c)，該控制繞組用于通過磁芯的正交磁化來控制與主繞組有聯(lián)系的磁通量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一個(gè)的裝置，其特征在于，第一阻抗元件包括第一固定電感器(21a、21b、21c)，第二阻抗元件包括配備有多個(gè)相互串聯(lián)連接的固定第二電感器(221a、221b、221c、223a、223b、223c)的電感器，這些固定第二電感器中的每一個(gè)都與可控短路裝置(222a、222b、222c、224a、224b、224c)并聯(lián)連接。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其特征在于，第二阻抗元件包括電感器和電容器，電容器配備有多個(gè)相互串聯(lián)連接的固定電容器(23)，固定電容器中的每一個(gè)都與和固定電感器(23L)串聯(lián)的可控短路裝置(222a、222b、222c、224a、224b、224c)并聯(lián)連接。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其中，輸電線每相具有至少一個(gè)導(dǎo)體(La、Lb、Lc)，其特征在于，串聯(lián)電路中耦合到輸電線中對(duì)應(yīng)相的那些端子連接到輸電線中的所述導(dǎo)體。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其中變壓器的次級(jí)繞組配備有中心抽頭(123a、123b、123c)，其特征在于，串聯(lián)電路中耦合到輸電線中對(duì)應(yīng)相的那些端子連接到所述中心抽頭。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其特征在于，該裝置包括用于控制第二無功元件的控制單元(30)，該控制單元包括用于接收控制數(shù)據(jù)的傳感裝置(33)；包括用于評(píng)價(jià)控制數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)裝置(31)；用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置(32)和用于主動(dòng)地控制第二無功阻抗元件的激勵(lì)器裝置(34、35)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置的使用，其用于通過將該裝置耦合在輸電線中的一個(gè)(L1)中來控制在并聯(lián)的輸電線(L1、L2)之間傳輸?shù)墓β实姆峙洹?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一個(gè)的裝置的使用，其用于通過將該裝置耦合到輸電線來衰減在經(jīng)由輸電線(L2)而相互連接的兩個(gè)電網(wǎng)之間的有功功率中的振蕩。
11.一種用于控制三相輸電線(L2、La、Lb、Lc)中功率潮流的方法，其中對(duì)于輸電線的每一相(a、b、c)，所述輸電線都被串聯(lián)提供有附加電壓(VSa、VSb、VSc)，所述附加電壓是根據(jù)輸電線中其它兩相之間的電壓的可控部分來產(chǎn)生的，其特征在于，對(duì)于輸電線中的每一相，都提供具有第一端子(T1a、T1b、T1c)和第二端子(T2a、T2b、T2c)以及連接點(diǎn)(Ja、Jb、Jc)的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路包括連接在第一端子和連接點(diǎn)之間具有固定電抗的第一無功阻抗元件(21a、21b、21c)，以及連接在連接點(diǎn)和第二端子之間具有可控電抗的第二無功阻抗元件(22a、22b、22c、23a、23b、23c)，將所述端子之一連接耦合到輸電線中的對(duì)應(yīng)相，將另一個(gè)端子連接到在其它兩個(gè)串聯(lián)電路中每一個(gè)的端子上，以使得，對(duì)于所有的相，第一或第二端子被耦合到輸電線，對(duì)于對(duì)應(yīng)相，根據(jù)耦合到其它兩相的串聯(lián)電路的連接點(diǎn)之間的電壓形成附加電壓，并且通過有選擇性地變化第二阻抗元件(22a、22b、22c、23a、23b、23c)的電抗來控制附加電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，提供第二阻抗元件以包括感性(22a、22b、22c)和容性(23a、23b、23c)電抗元件的串聯(lián)電路，并形成該感性和容性元件相對(duì)于彼此所需的值，以使得有選擇性地變化附加電壓的相位，使其超前和滯后于對(duì)應(yīng)相中輸電線電壓的相位，從而使得可以既沿增加方向又沿減小方向影響輸電線中的有功功率潮流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11-12中任一個(gè)的方法，其特征在于，提供第一阻抗元件以包括第一固定電感器(21a、21b、21c)，并提供第二阻抗元件以包括具有磁芯、用于交流電流的主繞組和用于直流電流的控制繞組的正交磁化的電感器(22a、22b、22c)，并且通過控制與主繞組有聯(lián)系的磁通量而有選擇性地改變第二阻抗元件的電抗，上述控制是通過根據(jù)提供給控制繞組的直流電流而進(jìn)行磁芯的正交磁化來實(shí)現(xiàn)的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-12中任一個(gè)的方法，其特征在于，提供第二阻抗元件以包括配備有多個(gè)相互串聯(lián)連接的固定第二電感器(221a、221b、221c、223a、223b、223c)的電感器，將這些固定第二電感器中的每一個(gè)與可控短路裝置(222a、222b、222c、224a、224b、224c)并聯(lián)連接，并通過分別地激活和去激活短路裝置來有選擇性地改變第二阻抗元件的電抗。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-12中任一個(gè)的方法，其特征在于，將串聯(lián)電路中耦合到輸電線中對(duì)應(yīng)相的那些端子連接到輸電線中的導(dǎo)體(La、Lb、Lc)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-12中任一個(gè)的方法，其特征在于，為每個(gè)變壓器的次級(jí)繞組提供中心抽頭(123a、123b、123c)，并將輸電線中對(duì)應(yīng)相的串聯(lián)電路中的端子連接到所述中心抽頭。
17.存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)可讀程序裝置，用于使計(jì)算機(jī)控制并執(zhí)行權(quán)利要求11-16中任一個(gè)的方法。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其至少部分被提供在網(wǎng)絡(luò)上，如因特網(wǎng)。
19.計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，它包含根據(jù)權(quán)利要求17的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
全文摘要
一種用于控制三相交流輸電線(L2、La、Lb、Lc)中功率潮流的裝置(2)，對(duì)于輸電線的每一相(a、b、c)，該裝置都具有帶有初級(jí)繞組(121c)和次級(jí)繞組(122c)的變壓器(12a、12b、12c)。次級(jí)繞組串聯(lián)連接在輸電線的對(duì)應(yīng)相中。取決于輸電線中其它兩相之間電壓的可控部分的電壓被施加到變壓器的初級(jí)繞組上。
文檔編號(hào)H02J3/18GK1742417SQ200380109169
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者M·諾羅齊安, P·哈爾瓦松 申請(qǐng)人:Abb股份有限公司