ПРОДОЛЬНЫЙ КОМПЕНСАТОР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H02J3/18 H02H9/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области силовой электроники и, в частности, к продольному компенсатору, имеющему функцию ограничения аварийного тока, и соответствующему способу управления.

Предпосылки изобретения

С увеличением мощности и масштаба энергосистем продолжает также увеличиваться уровень тока короткого замыкания в энергосистемах, и короткие замыкания становятся все более разрушающими для энергосистем и подключенных к ним электрическим устройствам. С другой стороны, при объединении крупномасштабных энергосистем и использовании различных новых устройств, масштаб и сложность энергосистем увеличиваются, в то время как выработка и передача электроэнергии становятся более экономичными и эффективными. Непрерывный рост пользовательских нагрузок требует способов управления потоком мощности для улучшения существующих возможностей передачи мощности. Сложный обмен мощностью между растущей интеллектуальной электросетью и рынком электроэнергии требует часто повторяемого управления потоком мощности, а также возрастают потребности энергосистем в управлении потоком мощности и ограничении тока короткого замыкания.

В настоящее время в последовательности операций ограничения тока короткого замыкания систем применяется ограничитель аварийного тока для быстрого изменения параметров импеданса поврежденной линии, ограничения тока короткого замыкания до низкого уровня так, чтобы существующие выключатели прерывали короткие замыкания без превышения их отключающей способности. Однако раскрытые ограничители аварийного тока содержат резонансные ограничители аварийного тока, полупроводниковые ограничители аварийного тока и сверхпроводниковые ограничители аварийного тока и т.д., при этом все они непосредственно установлены на высоковольтных линиях. Сила аварийного тока, воздействию которого подвергается устройство ограничения тока, является относительно большой и соответствующий отключающий переключатель или устройство устройства ограничения тока характеризуется током большой силы во время отключения, таким образом, оказывая негативное влияние на надежность устройства. В известном уровне техники использование продольного компенсатора может оптимизировать и регулировать поток мощности системы. Однако продольный компенсатор не может регулировать ток в случае неисправности системы, и серьезная неисправность будет оказывать негативное влияние на надежность устройства, представляющего собой продольный компенсатор. Следовательно, существует потребность в компенсаторе, который может оптимизировать поток мощности системы и ограничивать ток короткого замыкания систем более безопасно и надежно.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является предоставление продольного компенсатора и объединенного регулятора потока мощности, которые могут оптимизировать распределение потока мощности системы, а также могут уменьшать ток короткого замыкания системы и улучшать надежность системы, а также являются подходящими для применения в промышленности, и предоставление способа управления для продольного компенсатора.

Решение согласно настоящему изобретению является следующим:

продольный компенсатор, содержащий: последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, по меньшей мере один быстродействующий переключатель и по меньшей мере один реактор, где реактор и быстродействующий переключатель соединены параллельно с образованием модуля ограничения тока; одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с модулем ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; и по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора.

Более того, последовательный трансформатор представляет собой однофазный трансформатор; два конца первичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены с линией; первый конец вторичной обмотки последовательного трансформатора соединен с первым концом модуля ограничения тока; второй конец модуля ограничения тока соединен с первым концом быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя; второй конец быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора; и первый выходной конец преобразователя источника напряжения соединен с первым концом быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя, а второй выходной конец преобразователя источника напряжения соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора.

Более того, последовательный трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; вторичная обмотка последовательного трансформатора находится в соединении по схеме «звезда»; три фазы выходного конца вторичной обмотки последовательного трансформатора соединены с тремя фазами первого конца модуля ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля ограничения тока соединены с тремя фазами первого конца быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соответственно; три фазы второго конца быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединены с нейтральной линией вторичной обмотки последовательного трансформатора; и выходная сторона трехфазного переменного тока преобразователя источника напряжения соединена с тремя фазами второго конца модуля ограничения тока.

Более того, последовательный трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; вторичная обмотка последовательного трансформатора находится в соединении «треугольником»; трехфазные обмотки вторичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены конец к концу с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; трехфазный выходной конец вторичной обмотки последовательного трансформатора соединен с тремя фазами первого конца модуля ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля ограничения тока соединены с тремя фазами выходного конца переменного тока преобразователя источника напряжения соответственно; трехфазные устройства быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя последовательно соединены конец к концу с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; и трехфазный выходной конец быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединен с тремя фазами выходного конца переменного тока преобразователя источника напряжения соответственно.

Более того, модуль ограничения тока дополнительно содержит по меньшей мере один конденсатор; конденсатор соединен параллельно с реактором с образованием импедансного блока; и импедансный блок соединен параллельно с быстродействующим переключателем с образованием модуля ограничения тока.

Более того, один конец первичной обмотки последовательного трансформатора соединен с одним концом шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством выключателя, а другой ее конец соединен с другим концом шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством разъединителя; или два конца обмотки последовательного трансформатора, соединенных с линией, соединены с двумя концами шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством выключателя соответственно.

Более того, по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним устройством защиты от перегрузки по напряжению; и два конца быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединены параллельно с по меньшей мере одним устройством защиты от перегрузки по напряжению.

Более того, устройство защиты от перегрузки по напряжению содержит разрядник и зазор.

Более того, шунтирующее устройство последовательного трансформатора представляет собой механический шунтирующий переключатель или представляет собой шунтирующий переключатель, состоящий из силовых электронных устройств; быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя представляет собой быстродействующий механический шунтирующий переключатель или быстродействующий шунтирующий переключатель, состоящий из силовых электронных устройств; и быстродействующий переключатель представляет собой механический переключатель или переключатель, состоящий из силовых электронных устройств.

Более того, когда последовательный трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор, и вторичная обмотка последовательного трансформатора находится в соединении по схеме «звезда», последовательный трансформатор содержит третичную обмотку; обмотка одной фазы третичной обмотки последовательно соединена с одним реактором, а затем последовательно соединена конец к концу с обмотками других двух фаз с образованием треугольной структуры и с образованием трехфазного выходного конца.

Более того, когда последовательный трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор, и вторичная обмотка последовательного трансформатора находится в соединении по схеме «звезда», нейтральная линия вторичной обмотки последовательного трансформатора непосредственно заземлена, или электрически заземлена посредством резистора, или заземлена посредством реактора.

Другое решение согласно настоящему изобретению является следующим:

продольный компенсатор, содержащий: последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, N быстродействующих переключателей и N реакторов, где N представляет собой натуральное число и N больше чем 1; N реакторов соединены параллельно с N быстродействующими переключателями соответственно; каждый реактор соединен параллельно с одним быстродействующим переключателем с образованием одного модуля ограничения тока, и образуется всего N модулей ограничения тока; N модулей ограничения тока последовательно соединены один за другим с образованием одной группы модулей ограничения тока; одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с группой модулей ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; и по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора.

Более того, продольный компенсатор дополнительно содержит N конденсаторов, где N реакторов соединены параллельно с N конденсаторами соответственно; каждый реактор соединен параллельно с одним конденсатором с образованием одного импедансного блока, и образуется всего N импедансных блоков; N импедансных блоков соединены параллельно с N быстродействующими переключателями соответственно; и каждый импедансный блок соединен параллельно с одним быстродействующим переключателем с образованием одного модуля ограничения тока, и образуется всего N модулей ограничения тока.

В настоящем изобретении также предлагается объединенный регулятор потока мощности, содержащий последовательную часть и параллельную часть, где

последовательная часть объединенного регулятора потока мощности содержит последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, по меньшей мере один быстродействующий переключатель и по меньшей мере один реактор; реактор и быстродействующий переключатель соединены параллельно с образованием модуля ограничения тока; одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с модулем ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора;

параллельная часть объединенного регулятора потока мощности содержит параллельный трансформатор, преобразователь источника напряжения, пусковую цепь и выключатель переменного тока; пусковая цепь состоит из резистора и разъединителя, соединенных параллельно или состоит из резистора и выключателя, соединенных параллельно; и

параллельная часть и последовательная часть объединенного регулятора потока мощности соединены друг с другом посредством стороны постоянного тока преобразователя источника напряжения.

В настоящем изобретении предлагается способ управления для продольного компенсатора, причем

продольный компенсатор содержит последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, по меньшей мере один быстродействующий переключатель и по меньшей мере один реактор;

реактор и быстродействующий переключатель соединены параллельно с образованием модуля ограничения тока;

одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с модулем ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора;

способ управления для продольного компенсатора включает: когда система переменного тока функционирует нормально, поддержание быстродействующего переключателя, соединенного параллельно с реактором, в замкнутом состоянии, шунтирующего устройства последовательного трансформатора в выключенном состоянии, быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя в выключенном состоянии и преобразователя источника напряжения в разблокированном состоянии, и включение продольного компенсатора для работы в системе переменного тока;

после определения того, что на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, сначала блокирование преобразователя источника напряжения и включение быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя, а затем размыкание быстродействующего переключателя, соединенного параллельно с реактором, для ограничения аварийного тока на линии; и, после определения того, что неисправность на линии устранена, включение шунтирующего устройства последовательного трансформатора, и замыкание быстродействующего переключателя, соединенного параллельно с реактором.

Более того, определение того, что на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, главным образом, означает обнаружение того, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, больше предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше предварительно установленного времени; и

определение того, что неисправность на линии устранена, главным образом, означает обнаружение того, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, меньше предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше предварительно установленного времени.

В настоящем изобретении предлагается другой способ управления для продольного компенсатора, причем

продольный компенсатор содержит последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, N быстродействующих переключателей и N реакторов, где N представляет собой натуральное число и N больше чем 1;

N реакторов соединены параллельно с N быстродействующими переключателями соответственно; каждый реактор соединен параллельно с одним быстродействующим переключателем с образованием одного модуля ограничения тока, и образуется всего N модулей ограничения тока; N модулей ограничения тока последовательно соединены один за другим с образованием одной группы модулей ограничения тока; одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с группой модулей ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора;

способ управления для продольного компенсатора включает: когда система переменного тока функционирует нормально, включение и выключение модуля ограничения тока согласно первому заданному правилу; поддержание шунтирующего устройства последовательного трансформатора в выключенном состоянии, быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя в выключенном состоянии и преобразователя источника напряжения в разблокированном состоянии, и включение продольного компенсатора для работы в системе переменного тока; и

после определения того, что на линии или на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, сначала блокирование преобразователя источника напряжения и включение быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя, а затем включение модуля ограничения тока согласно второму заданному правилу для ограничения аварийного тока на линии.

Более того, первое заданное правило заключается в подсчете количества модулей ограничения тока на линии, необходимых для продольного компенсатора согласно требованиям для оптимизации потока мощности системы; и

второе заданное правило заключается в установке m предварительно установленных пороговых значений силы тока и, если обнаружено, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, больше m-го предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше m-го предварительно установленного времени, и последующем размыкании быстродействующих переключателей m модулей ограничения тока в группе модулей ограничения тока, где m представляет собой натуральное число и m меньше или равно N.

После применения вышеупомянутой последовательности операций, когда система переменного тока становится нормальной, настоящее изобретение может оптимизировать поток мощности системы переменного тока посредством управления последовательным преобразователем. Когда в системе переменного тока происходит неисправность, с одной стороны, преобразователь изолирован от неисправности посредством быстродействующего шунтирующего переключателя преобразователя; с другой стороны, аварийный ток системы переменного тока может ограничиваться посредством быстрого включения модуля ограничения тока для обеспечения безопасной работы системы переменного тока и надежности последовательного трансформатора, таким образом, предотвращая высокое напряжение и ток большой силы, воздействию которого подвергается существующее устройство ограничения тока короткого замыкания, установленное в системе высокого напряжения, тем самым улучшая надежность и экономичность устройства. Когда несколько модулей ограничения тока последовательно соединены, могут быть обеспечены разные уровни ограничения тока в зависимости от степени серьезности неисправности системы. Кроме того, когда имеет место неисправность в некоторых из модулей ограничения тока, работа других неисправных модулей не подвергается воздействию и, таким образом, дополнительно улучшаются использование и надежность модулей ограничения аварийного тока. В дополнение, во время работы в установившемся режиме, только некоторые из модулей ограничения тока включены, и поток мощности системы оптимизируется с помощью управления последовательным преобразователем, и экономические преимущества становятся более очевидными.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 показан продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показан продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показан продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 показан продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 5 показан продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 показан продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения; и

на фиг. 7 показан объединенный регулятор потока мощности, имеющий функцию ограничения аварийного тока согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

На графических материалах: 1 – последовательный трансформатор, 2 – шунтирующее устройство последовательного трансформатора, 3 – преобразователь источника напряжения, 4 – быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, 5 – быстродействующий переключатель, 6 – реактор, 7 – модуль ограничения тока, 8 – конденсатор, 9 – устройство защиты от перегрузки по напряжению, 10 – устройство защиты от перегрузки по напряжению, 11 – группа модулей ограничения тока, 12 – преобразователь источника напряжения, 13 – параллельный трансформатор, 14 – выключатель переменного тока, 15 – пусковая цепь, 16 – резистор, 17 – разъединитель, 18 – заземляющий резистор нейтральной линии трансформатора, 19 – устройство защиты от перегрузки по напряжению, 20 – реактор.

Подробное описание

Ниже со ссылкой на сопроводительные графические материалы подробно описаны детальные варианты осуществления настоящего изобретения.

В известном уровне техники использование продольного компенсатора может оптимизировать и регулировать поток мощности системы. Однако продольный компенсатор не может регулировать ток в случае неисправности системы, и серьезная неисправность будет оказывать негативное влияние на надежность устройства, представляющего собой продольный компенсатор. В дополнение, все существующие ограничители аварийного тока непосредственно установлены на высоковольтных линиях. Сила аварийного тока, воздействию которого подвергается устройство ограничения тока, является относительно большой и соответствующий отключающий переключатель или устройство устройства ограничения тока характеризуется током большой силы во время отключения, таким образом оказывая негативное влияние на надежность устройства. В настоящем изобретении предлагается продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока. Предпочтительный вариант осуществления показан на фиг. 1. Продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока, содержит: последовательный трансформатор 1, шунтирующее устройство 2 последовательного трансформатора, преобразователь 3 источника напряжения, быстродействующее шунтирующее устройство 4 преобразователя, быстродействующий переключатель 5 и реактор 6.

Последовательный трансформатор 1 представляет собой однофазный трансформатор; реактор 6 соединен параллельно с быстродействующим переключателем 5 с образованием модуля 7 ограничения тока; два конца первичной обмотки последовательного трансформатора 1 последовательно соединены с линией; первый конец вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединен с первым концом модуля 7 ограничения тока; второй конец модуля 7 ограничения тока соединен с первым концом быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя; второй конец быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора 1; первый выходной конец преобразователя 3 источника напряжения соединен со вторым концом модуля 7 ограничения тока и первым концом быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя, второй выходной конец преобразователя 3 источника напряжения соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора; и два конца первичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединены параллельно с одним шунтирующим устройством 2 последовательного трансформатора.

Второй предпочтительный вариант осуществления продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, предложенного в настоящем изобретении, является таким, как показан на фиг. 2. Последовательный трансформатор 1 представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора 1 последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; два конца первичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединены параллельно с одним шунтирующим устройством 2 последовательного трансформатора; реактор 6 и быстродействующий переключатель 5 соединены параллельно с образованием модуля 7 ограничения тока; вторичная обмотка последовательного трансформатора 1 находится в соединении по схеме «звезда»; три фазы выходного конца вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединены с тремя фазами первого конца модуля 7 ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля 7 ограничения тока соединены с тремя фазами первого конца быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соответственно; три фазы второго конца быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соединены с нейтральной линией вторичной обмотки последовательного трансформатора 1; и выходная сторона трехфазного переменного тока преобразователя 3 источника напряжения соединена с тремя фазами второго конца модуля 7 ограничения тока.

Последовательный трансформатор 1 дополнительно содержит третичную обмотку; обмотка одной фазы третичной обмотки последовательно соединена с одним реактором 20, а затем последовательно соединена конец к концу с обмотками других двух фаз с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; один конец трехфазных выходных концов непосредственно заземлен; а другие два конца соединены с устройством 19 защиты от перегрузки по напряжению и затем заземлены; и устройство защиты от перегрузки по напряжению содержит разрядник и зазор.

Нейтральная линия вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 непосредственно заземлена или электрически заземлена посредством резистора, или заземлена посредством реактора.

На фиг. 3 показан третий предпочтительный вариант осуществления продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, предложенного в настоящем изобретении. Последовательный трансформатор 1 представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора 1 последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; два конца первичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединены параллельно с одним шунтирующим устройством 2 последовательного трансформатора; реактор 6 и быстродействующий переключатель 5 соединены параллельно с образованием модуля 7 ограничения тока; вторичная обмотка последовательного трансформатора 1 находится в соединении «треугольником»; трехфазные обмотки вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 последовательно соединены конец к концу с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; трехфазный выходной конец вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединен с тремя фазами первого конца модуля 7 ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля 7 ограничения тока соединены с тремя фазами выходного конца переменного тока преобразователя 3 источника напряжения соответственно; трехфазные устройства быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя последовательно соединены конец к концу с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; трехфазный выходной конец быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соединен с тремя фазами выходного конца переменного тока преобразователя 3 источника напряжения соответственно.

На фиг. 4 показан четвертый предпочтительный вариант осуществления продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, предложенного в настоящем изобретении. Модуль 7 ограничения тока дополнительно содержит по меньшей мере один конденсатор 8; конденсатор 8 соединен параллельно с реактором 6 с образованием импедансного блока, и импедансный блок соединен параллельно с быстродействующим переключателем 5 с образованием модуля 7 ограничения тока.

На фиг. 5 показан пятый предпочтительный вариант осуществления продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, предложенного в настоящем изобретении. Первая обмотка последовательного трансформатора 1 соединена параллельно с одним устройством 9 защиты от перегрузки по напряжению, и два конца быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соединены параллельно с одним устройством 10 защиты от перегрузки по напряжению; и как устройство 9 защиты от перегрузки по напряжению, так и устройство 10 защиты от перегрузки по напряжению содержат разрядник и зазор.

Во всех вышеупомянутых вариантах осуществления шунтирующее устройство 2 последовательного трансформатора представляет собой механический шунтирующий переключатель или представляет собой шунтирующий переключатель, состоящий из силовых электронных устройств; быстродействующее шунтирующее устройство 4 преобразователя представляет собой быстродействующий механический шунтирующий переключатель или быстродействующий шунтирующий переключатель, состоящий из силовых электронных устройств; и быстродействующий переключатель 5 представляет собой механический переключатель или переключатель, состоящий из силовых электронных устройств.

Во всех вышеупомянутых вариантах осуществления один конец первичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединен с одним концом шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством выключателя, а другой ее конец соединен с другим концом шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством разъединителя; или два конца обмотки последовательного трансформатора, соединенных с линией, соединены с двумя концами шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством выключателя соответственно.

Соответствующий способ управления для продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, показанного в вышеупомянутых вариантах осуществления 1–5, включает:

когда система переменного тока функционирует нормально, поддержание быстродействующего переключателя 5, соединенного параллельно с реактором 6, в замкнутом состоянии, шунтирующего устройства 2 последовательного трансформатора в выключенном состоянии, быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя в выключенном состоянии и преобразователя 3 источника напряжения в разблокированном состоянии, и включение продольного компенсатора для работы в системе переменного тока; после определения того, что на ближнем конце линии, с которой соединен компенсатор, произошла серьезная неисправность, сначала блокирование преобразователя 3 источника напряжения и включение быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя, а затем размыкание быстродействующего переключателя 5 для ограничения аварийного тока на линии; и, после определения того, что неисправность на линии устранена, включение шунтирующего устройства 2 последовательного трансформатора, и замыкание быстродействующего переключателя 5.

Способ определения того, что на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, включает: обнаружение того, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, больше предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше предварительно установленного времени. Способ определения того, что неисправность на линии устранена, включает: обнаружение того, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, меньше предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше предварительно установленного времени.

На фиг. 6 показан шестой предпочтительный вариант осуществления продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, предложенного в настоящем изобретении. Продольный компенсатор содержит последовательный трансформатор 1, два шунтирующих устройства 2 последовательного трансформатора, преобразователь 3 источника напряжения, быстродействующее шунтирующее устройство 4 преобразователя, N быстродействующих переключателей 5 и N реакторов 6, где N представляет собой натуральное число и N больше чем 1.

N реакторов 6 соединены параллельно с N быстродействующими переключателями 5 соответственно; каждый реактор 6 соединен параллельно с одним быстродействующим переключателем 5 с образованием одного модуля 7 ограничения тока, и образовано всего N модулей 7 ограничения тока; N модулей 7 ограничения тока последовательно соединены один за другим с образованием одной группы 11 модулей ограничения тока.

Два конца первичной обмотки последовательного трансформатора 1 последовательно соединены с линией; первый конец вторичной обмотки соединен с первым концом группы 11 модулей ограничения тока; второй конец группы модулей ограничения тока соединен с первым концом быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя; второй конец быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора 1; выходной конец преобразователя 3 источника напряжения соединен со вторым концом группы 11 модулей ограничения тока и первым концом быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя.

Два конца двух обмоток последовательного трансформатора 1 соединены параллельно с одним шунтирующим устройством 2 последовательного трансформатора соответственно.

Способ управления для продольного компенсатора, имеющего функцию ограничения аварийного тока, показанного на фиг. 6, включает:

когда система переменного тока функционирует нормально, включение и выключение модуля 7 ограничения тока согласно первому заданному правилу; поддержание шунтирующего устройства 2 последовательного трансформатора в выключенном состоянии, быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя в выключенном состоянии и преобразователя 3 источника напряжения в разблокированном состоянии, и включение продольного компенсатора для работы в системе переменного тока; и

после определения того, что на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, сначала блокирование преобразователя 3 источника напряжения и включение быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя, а затем включение модуля 7 ограничения тока согласно второму заданному правилу для ограничения аварийного тока на линии.

Первое заданное правило заключается в подсчете количества модулей 7 ограничения тока на линии, необходимых для продольного компенсатора согласно требованиям для оптимизации потока мощности системы. Второе заданное правило заключается в установке m предварительно установленных пороговых значений силы тока и, если обнаружено, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, больше m-го предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше m-го предварительно установленного времени, и последующем размыкании быстродействующих переключателей 5 m модулей 7 ограничения тока в группе 11 модулей ограничения тока, где m представляет собой натуральное число и m меньше или равно N.

На фиг. 7 показан предпочтительный вариант осуществления объединенного регулятора потока мощности, предложенного в настоящем изобретении. Последовательная часть объединенного регулятора потока мощности имеет такую же конструкцию, что и продольный компенсатор, имеющий функцию ограничения аварийного тока. Объединенный регулятор потока мощности содержит последовательную часть и параллельную часть. Последовательная часть содержит: последовательный трансформатор 1, шунтирующее устройство 2 последовательного трансформатора, преобразователь 3 источника напряжения, быстродействующее шунтирующее устройство 4 преобразователя, быстродействующий переключатель 5, реактор 6 и заземляющий резистор 18 нейтральной линии трансформатора; параллельная часть содержит преобразователь 12 источника напряжения, параллельный трансформатор 13, выключатель 14 переменного тока, резистор 16 и разъединитель 17.

Последовательный трансформатор 1 представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора 1 последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; два конца первичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединены параллельно с одним шунтирующим устройством 2 последовательного трансформатора; реактор 6 и быстродействующий переключатель 5 соединены параллельно с образованием модуля 7 ограничения тока; вторичная обмотка последовательного трансформатора 1 находится в соединении по схеме «звезда»; три фазы выходного конца вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 соединены с тремя фазами первого конца модуля 7 ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля 7 ограничения тока соединены с тремя фазами первого конца быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соответственно; три фазы второго конца быстродействующего шунтирующего устройства 4 преобразователя соединены с нейтральной линией вторичной обмотки последовательного трансформатора 1; нейтральная линия вторичной обмотки последовательного трансформатора 1 заземлена посредством заземляющего резистора 18 трансформатора; выходная сторона трехфазного переменного тока преобразователя 3 источника напряжения соединена с тремя фазами второго конца модуля 7 ограничения тока; последовательный трансформатор 1 дополнительно содержит третичную обмотку; и обмотка одной фазы третичной обмотки последовательно соединена с одним реактором 20, а затем последовательно соединена конец к концу с обмотками других двух фаз с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца.

Выходная сторона постоянного тока преобразователя 3 источника напряжения соединена параллельно с выходной стороной постоянного тока преобразователя 12 источника напряжения; резистор 16 и разъединитель 17 соединены параллельно с образованием пусковой цепи 15; выходная сторона трехфазного переменного тока преобразователя 12 источника напряжения соединена с тремя фазами первого конца пусковой цепи 15; второй конец пусковой цепи 15 соединен с первым концом параллельного трансформатора 13; второй конец параллельного трансформатора 13 соединен с первым концом выключателя 14 переменного тока; второй конец выключателя 14 переменного тока соединен с шиной переменного тока.

Следует отметить, что такие элементы, как реакторы, резисторы и переключатели, в настоящем изобретении в основном представляют собой эквивалентные элементы. Другими словами, эквивалентные элементы в конструкции цепи могут представлять собой отдельные элементы или могут быть образованы посредством каскадного размещения (последовательного, параллельного и т.д.) нескольких одинаковых элементов. Для любого эквивалентного элемента в вариантах осуществления настоящего изобретения любая эквивалентная цепь, способная выполнять такую же функцию, должна попадать в объем правовой охраны вариантов осуществления настоящего изобретения. В дополнение, соединение между элементами в вариантах осуществления настоящего изобретения представляет собой самое основное соединение. На практике для соединения могут использоваться способы соединения, широко используемые в энергосистемах, и традиционные соединительные устройства.

Наконец, следует объяснить, что вышеупомянутые варианты осуществления просто описывают технические решения настоящего изобретения, вместо ограничения технических решений настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники следует понимать, что специалист в данной области техники может выполнять модификацию или эквивалентную замену конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако все эти модификации или изменения попадают в объем правовой охраны заявки на патент, находящейся на рассмотрении.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к продольным компенсаторам и способам их управления. Технический результат заявленного изобретения заключается в оптимизации распределения потока мощности системы, уменьшении тока короткого замыкания в системе, повышении надежности системы. Продольный компенсатор содержит: последовательный трансформатор, шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, быстродействующий переключатель и реактор. Реактор и быстродействующий переключатель соединены параллельно с образованием модуля ограничения тока; одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с модулем ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; и по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора. Продольный компенсатор согласно настоящему изобретению косвенно обеспечивает модуль ограничения тока, чтобы эффективно ограничивать ток короткого замыкания системы, уменьшать аварийный ток, воздействию которого подвергается компенсатор, и улучшать надежность системы переменного тока и продольного компенсатора. Кроме того, модуль ограничения тока имеет низкий уровень напряжения, и быстродействующий переключатель имеет слабый ток отключения, тем самым обеспечивая хорошую промышленную применимость. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Продольный компенсатор, содержащий:

последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, по меньшей мере один быстродействующий переключатель и по меньшей мере один реактор; при этом

реактор и быстродействующий переключатель соединены параллельно с образованием модуля ограничения тока;

одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с модулем ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; и по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора.

2. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

последовательный трансформатор представляет собой однофазный трансформатор; два конца первичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены с линией; первый конец вторичной обмотки последовательного трансформатора соединен с первым концом модуля ограничения тока; второй конец модуля ограничения тока соединен с первым концом быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя; второй конец быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора; и первый выходной конец преобразователя источника напряжения соединен с первым концом быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя, а второй выходной конец преобразователя источника напряжения соединен со вторым концом вторичной обмотки последовательного трансформатора.

3. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

последовательный трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; вторичная обмотка последовательного трансформатора находится в соединении по схеме «звезда»; три фазы выходного конца вторичной обмотки последовательного трансформатора соединены с тремя фазами первого конца модуля ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля ограничения тока соединены с тремя фазами первого конца быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соответственно; три фазы второго конца быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединены с нейтральной линией вторичной обмотки последовательного трансформатора; и выходная сторона трехфазного переменного тока преобразователя источника напряжения соединена с тремя фазами второго конца модуля ограничения тока.

4. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

последовательный трансформатор представляет собой трехфазный трансформатор; два конца трех фаз первичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены с линией трехфазного переменного тока соответственно; вторичная обмотка последовательного трансформатора находится в соединении «треугольником»; трехфазные обмотки вторичной обмотки последовательного трансформатора последовательно соединены конец к концу с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; трехфазный выходной конец вторичной обмотки последовательного трансформатора соединен с тремя фазами первого конца модуля ограничения тока соответственно; три фазы второго конца модуля ограничения тока соединены с тремя фазами выходного конца переменного тока преобразователя источника напряжения соответственно; трехфазные устройства быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя последовательно соединены конец к концу с образованием треугольной структуры и образованием трехфазного выходного конца; и трехфазный выходной конец быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединен с тремя фазами выходного конца переменного тока преобразователя источника напряжения соответственно.

5. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

модуль ограничения тока дополнительно содержит по меньшей мере один конденсатор; конденсатор соединен параллельно с реактором с образованием импедансного блока; и импедансный блок соединен параллельно с быстродействующим переключателем с образованием модуля ограничения тока.

6. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

один конец первичной обмотки последовательного трансформатора соединен с одним концом шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством выключателя, а другой ее конец соединен с другим концом шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством разъединителя; или два конца обмотки последовательного трансформатора, соединенных с линией, соединены с двумя концами шунтирующего устройства последовательного трансформатора посредством выключателя соответственно.

7. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним устройством защиты от перегрузки по напряжению; и два конца быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя соединены параллельно с по меньшей мере одним устройством защиты от перегрузки по напряжению.

8. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

шунтирующее устройство последовательного трансформатора представляет собой механический шунтирующий переключатель или представляет собой шунтирующий переключатель, состоящий из силовых электронных устройств; быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя представляет собой быстродействующий механический шунтирующий переключатель или быстродействующий шунтирующий переключатель, состоящий из силовых электронных устройств; и быстродействующий переключатель представляет собой механический переключатель или переключатель, состоящий из силовых электронных устройств.

9. Продольный компенсатор по п. 3, отличающийся тем, что

последовательный трансформатор содержит третичную обмотку; обмотка одной фазы третичной обмотки последовательно соединена с одним реактором, а затем последовательно соединена конец к концу с обмотками других двух фаз с образованием треугольной структуры и с образованием трехфазного выходного конца;

нейтральная линия вторичной обмотки последовательного трансформатора непосредственно заземлена или электрически заземлена посредством резистора, или заземлена посредством реактора.

10. Продольный компенсатор по п. 1, отличающийся тем, что

последовательный трансформатор содержит N быстродействующих переключателей и N реакторов, при этом N представляет собой натуральное число и N больше чем 1;

N реакторов соединены параллельно с N быстродействующими переключателями соответственно; каждый реактор соединен параллельно с одним быстродействующим переключателем с образованием одного модуля ограничения тока, и образовано всего N модулей ограничения тока; N модулей ограничения тока последовательно соединены один за другим с образованием одной группы модулей ограничения тока.

11. Продольный компенсатор по п. 10, отличающийся тем, что

дополнительно содержит N конденсаторов, при этом N реакторов соединены параллельно с N конденсаторами соответственно; каждый реактор соединен параллельно с одним конденсатором с образованием одного импедансного блока, и образуется всего N импедансных блоков; N импедансных блоков соединены параллельно с N быстродействующими переключателями соответственно; и каждый импедансный блок соединен параллельно с одним быстродействующим переключателем с образованием одного модуля ограничения тока, и образуется всего N модулей ограничения тока.

12. Объединенный регулятор потока мощности, содержащий:

последовательную часть и параллельную часть, при этом

последовательная часть объединенного регулятора потока мощности содержит последовательный трансформатор, по меньшей мере одно шунтирующее устройство последовательного трансформатора, преобразователь источника напряжения, по меньшей мере одно быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя, по меньшей мере один быстродействующий переключатель и по меньшей мере один реактор; реактор и быстродействующий переключатель соединены параллельно с образованием модуля ограничения тока; одна обмотка последовательного трансформатора имеет два конца, последовательно соединенных с линией, а другая его обмотка последовательно соединена с модулем ограничения тока и быстродействующим шунтирующим устройством преобразователя; преобразователь источника напряжения и быстродействующее шунтирующее устройство преобразователя соединены параллельно; по меньшей мере одна обмотка последовательного трансформатора соединена параллельно с по меньшей мере одним шунтирующим устройством последовательного трансформатора;

параллельная часть объединенного регулятора потока мощности содержит параллельный трансформатор, преобразователь источника напряжения, пусковую цепь и выключатель переменного тока; пусковая цепь состоит из резистора и разъединителя, соединенных параллельно, или состоит из резистора и выключателя, соединенных параллельно; и

параллельная часть и последовательная часть объединенного регулятора потока мощности соединены друг с другом посредством стороны постоянного тока преобразователя источника напряжения.

13. Способ управления для продольного компенсатора, предусматривающий, что

продольный компенсатор представляет собой продольный компенсатор по п. 1;

способ управления для продольного компенсатора включает: когда система переменного тока функционирует нормально, поддержание быстродействующего переключателя, соединенного параллельно с реактором, в замкнутом состоянии, шунтирующего устройства последовательного трансформатора в выключенном состоянии, быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя в выключенном состоянии и преобразователя источника напряжения в разблокированном состоянии, и включение продольного компенсатора для работы в системе переменного тока; и

после определения того, что на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, сначала блокирование преобразователя источника напряжения и включение быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя, а затем размыкание быстродействующего переключателя, соединенного параллельно с реактором, для ограничения аварийного тока на линии; и, после определения того, что неисправность на линии устранена, включение шунтирующего устройства последовательного трансформатора, и замыкание быстродействующего переключателя, соединенного параллельно с реактором.

14. Способ управления для продольного компенсатора по п. 13, отличающийся тем, что

определение того, что на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, главным образом, означает обнаружение того, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, больше предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше предварительно установленного времени; и

определение того, что неисправность на линии устранена, главным образом, означает обнаружение того, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, меньше предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше предварительно установленного времени.

15. Способ управления для продольного компенсатора по п. 13, отличающийся тем, что

продольный компенсатор представляет собой продольный компенсатор по п. 10;

способ управления для продольного компенсатора включает: когда система переменного тока функционирует нормально, включение и выключение модуля ограничения тока согласно первому заданному правилу; поддержание шунтирующего устройства последовательного трансформатора в выключенном состоянии, быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя в выключенном состоянии и преобразователя источника напряжения в разблокированном состоянии, и включение продольного компенсатора для работы в системе переменного тока; и

первое заданное правило заключается в подсчете количества модулей ограничения тока на линии, необходимых для продольного компенсатора согласно требованиям для оптимизации потока мощности системы;

после определения того, что на линии или на ближнем конце линии произошла серьезная неисправность, сначала блокирование преобразователя источника напряжения и включение быстродействующего шунтирующего устройства преобразователя, а затем включение модуля ограничения тока согласно второму заданному правилу для ограничения аварийного тока на линии; и

второе заданное правило заключается в установке m предварительно установленных пороговых значений силы тока и, если обнаружено, что значение силы тока, протекающего по линии, с которой соединен продольный компенсатор, больше m-го предварительно установленного порогового значения силы тока и продолжительность больше m-го предварительно установленного времени, последующем размыкании быстродействующих переключателей m модулей ограничения тока в группе модулей ограничения тока, при этом m представляет собой натуральное число и m меньше или равно N.