本發(fā)明涉及一種用于負(fù)載不平衡的交流電壓網(wǎng)絡(luò)的功率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。這樣的設(shè)備在縮寫詞FACTS (靈活交流輸電系統(tǒng))之下是已知的。具體 而言，本發(fā)明涉及一種用于平衡具有多相而僅在兩相之間有負(fù)栽的傳輸網(wǎng) 絡(luò)的設(shè)備。負(fù)栽通常為電阻性和電感性的，例如經(jīng)由轉(zhuǎn)換器連接至網(wǎng)絡(luò)的 電旋轉(zhuǎn)機(jī)器。
背景技術(shù)：專用諧波減速機(jī)CSG-14-80-2UH
已知交流電壓網(wǎng)絡(luò)的傳輸功率在電抗負(fù)栽期間和在三相的不均勻負(fù) 栽期間被減小。通常，負(fù)載是電抗性和對(duì)稱的。在這一背景下，設(shè)置一種 可連接至網(wǎng)絡(luò)的包括電容器的補(bǔ)償器是>5^的。將用于平衡由不平衡負(fù)栽 所造成的不對(duì)稱的通常稱為SVC (靜態(tài)無功功率補(bǔ)償器)的靜態(tài)補(bǔ)償器 連接至網(wǎng)絡(luò)也是^^p的?？赡茉诮涣麟娋W(wǎng)絡(luò)中造成不平衡的典型裝置例如 是電弧爐?？赡茉斐刹黄胶獾牧硪贿@樣的負(fù)載是鐵路的電力源。鐵路負(fù)栽 在電力網(wǎng)絡(luò)中常常連接于兩相之間。為了在電力網(wǎng)絡(luò)的所有三相之間均勻 地分布電力輸出，連接也稱為負(fù)載平衡器的靜態(tài)補(bǔ)償器是>^的。補(bǔ)償器 以如下方式在相之間傳送電力，即，使得鐵路負(fù)栽與#^嘗器一起被電力網(wǎng) 絡(luò)感知為對(duì)稱三相負(fù)載。
補(bǔ)償器傳統(tǒng)上基于閘流管控制電抗器、閘流管控制電容器以及固定電 容器組/濾波器。這一技術(shù)建立良好。補(bǔ)償器也可以基于電壓源轉(zhuǎn)換器 (VSC)。這樣的VSC包括具有關(guān)斷裝置的半導(dǎo)體并且具有廣泛工作領(lǐng) 域。對(duì)這一類補(bǔ)償器VSC的使用也是已知的。
例如從US 6， 963， 187中已知用于在FACTS內(nèi)應(yīng)用的各種設(shè)備。專用諧波減速機(jī)CSG-14-80-2UH

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出改進(jìn)負(fù)栽不均勻多相網(wǎng)絡(luò)的平衡性的裝置和方式。
根據(jù)本發(fā)明通過按照在獨(dú)立權(quán)利要求1的特征部分中描述的特有特
征所述的補(bǔ)償器以及通過按照在獨(dú)立權(quán)利要求5的特征部分中描述的特 有特征的方法來實(shí)現(xiàn)這一目的。在從屬權(quán)利要求的特征部分中描述了優(yōu)選 實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，通過將包括電壓源轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償器連接至多相網(wǎng)絡(luò)來實(shí) 現(xiàn)該目的，位移電壓源轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)使得工作范圍基本上覆蓋必要控制 范圍。這帶來的優(yōu)點(diǎn)是可以利用具有更小工作范圍的轉(zhuǎn)換器。通過使補(bǔ)償 器包括以下平衡設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換器工作點(diǎn)的這種位移，該平衡設(shè)備包括 在網(wǎng)絡(luò)中連接于相之間的電抗和電容元件。這些元件一起形成用于負(fù)序電 流的偏移組。
電壓源轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生相對(duì)于正序系統(tǒng)具有任意相位位置的負(fù)序電 流。轉(zhuǎn)換器的工作范圍可以描述為坐標(biāo)系中的矢量，其中通過圍繞坐標(biāo)原 點(diǎn)來定向的圓的表面來描述可能的控制空間。來自包含有源和電抗分量并 且連接于兩相之間的負(fù)載的負(fù)序電流通常發(fā)生在同 一個(gè)扇形中.如果這一 扇形小于四分之一圓，則使用其工作范圍包括整個(gè)圓的轉(zhuǎn)換器是不經(jīng)濟(jì) 的。轉(zhuǎn)換器的工作范圍的四分之三以上在該應(yīng)用中并不完成任何功能。
通過為轉(zhuǎn)換器補(bǔ)充包括電感器和電容器的平衡i殳備來位移轉(zhuǎn)換器的 工作點(diǎn)。與平衡要求的約一半對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)的位移允許轉(zhuǎn)換器的工作 范圍減小并且其額定功率減半。包括以下偏移組的平l^殳備產(chǎn)生具有固定 幅度和方向的負(fù)序電流，該偏移組由包含連接于相之間的電感器和電容器 的分立元件構(gòu)成。
三相交流電壓網(wǎng)絡(luò)包括相、相和第三相，其中例如負(fù)載連接 于相與第三相之間。根據(jù)本發(fā)明的平衡設(shè)備因此包括連接于相與 相之間的電感以及連接于相與第三相之間的電容。電感和電容的 功率值優(yōu)選為相等。如果負(fù)載包含電感部件，通常比如為電機(jī)，則平衡設(shè) 備也包括連接于相與第三相之間、也就是與負(fù)載并聯(lián)的補(bǔ)充電容。
在坐標(biāo)系中，通過具有相反方向的對(duì)應(yīng)正序電流來控制象限中的 負(fù)序電流。這一負(fù)序電流因此出現(xiàn)在與象PM目對(duì)的象限中、也就是第 四象限。為了正確地控制出現(xiàn)在扇形內(nèi)的負(fù)序電流，必須在相反方向上位 移轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)。這一工作點(diǎn)由包括平銜i更備的電抗和電感組成的矢量 來限定，該矢量的量值由這些電抗和電感的功率值確定而該矢量的角度由 補(bǔ)償電容的功率值確定。這一過程的效果是用于轉(zhuǎn)換器的工作范圍的坐標(biāo) 系祐:位移，使得坐標(biāo)原點(diǎn)結(jié)束于控制范圍中.在一個(gè)實(shí)施例中，通過控制電容和電感的功率值為電阻負(fù)載功率的約1/2V^ (三的平方根的兩倍 分之一)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的有利工作點(diǎn)。在又一實(shí)施例中，控制補(bǔ)償電容的 功率值以便對(duì)應(yīng)于扇形的角度的一半。
在一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中，兩相之間的電容和電感元件可以設(shè)計(jì)為調(diào)諧諧 波濾波器。以固定步長來控制平衡設(shè)^^吏得將用于轉(zhuǎn)換器的有利工作點(diǎn)限 定在必要扇形內(nèi)也是本發(fā)明概念的一部分。在更長時(shí)段包括扇形內(nèi)更小區(qū) 域的控制需要情況下，可以利用工作范圍進(jìn)一步減小的轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)本發(fā)明的方面，此任務(wù)通過一種用于平衡兩相之間連接有負(fù) 載的交流電壓網(wǎng)絡(luò)的##器來完成，該補(bǔ)償器包括電壓源轉(zhuǎn)換器和平^^設(shè) 備，該平衡設(shè)備包括連接于負(fù)載之前的相之間的電感以及連接于負(fù)載之后 的相之間的電容。在具有電感部件的負(fù)載情況下，平衡設(shè)備包括與負(fù)栽并 聯(lián)連接的補(bǔ)償電容。
根據(jù)本發(fā)明的方面，通過一種用于平衡包括電壓源轉(zhuǎn)換器的負(fù)栽 不均勻多相網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)該目的，該方法包括通it^負(fù)載之前的相之間引入 電感以及通it^負(fù)栽之后的相之間引入電容來位移轉(zhuǎn)換器的控制范圍。根 據(jù)一個(gè)實(shí)施例，位移轉(zhuǎn)換器的控制范圍還包括通過與負(fù)載并聯(lián)地引入電容 來旋轉(zhuǎn)控制范圍。


將通過參照附圖描述實(shí)施例來具體說明本發(fā)明，在附圖中
圖1是具有兩相之間的負(fù)載以及電壓源轉(zhuǎn)換器和平衡i殳備的交流電 壓網(wǎng)絡(luò)，
圖2是必要控制范圍，也就是負(fù)載應(yīng)當(dāng)落入的控制范圍，
圖3是轉(zhuǎn)換器的工作范圍，以及
圖4是從轉(zhuǎn)換器和平衡設(shè)備獲得的控制范圍。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了具有基本上對(duì)稱的負(fù)載2的三相A、 B和C的交流電壓 網(wǎng)絡(luò)l。附加負(fù)載8不對(duì)稱地連接于相B與第三相C之間。負(fù)載8 僅是^J扭性i^示，其可包括電阻部件和電感部件。以下補(bǔ)償裝置借助變壓器3連接至交流電壓網(wǎng)絡(luò)，該補(bǔ)償裝置包括電壓源轉(zhuǎn)換器4、電容器組 5、電抗器6和平衡設(shè)備9。平衡設(shè)備包括連接于笫一相A與相B之 間的電感10以及連接于相A與第三相C之間的電容。在所示例子中， 平衡設(shè)備包括與負(fù)載并聯(lián)連接的電容12。
圖2在坐標(biāo)系18中示出了針對(duì)連接于兩相之間的負(fù)載，負(fù)序電流通 常落入的范圍。負(fù)載范圍15構(gòu)成由坐標(biāo)原點(diǎn)以及由水平坐標(biāo)軸和由指示 必^ 控制可能的圓圏16限制的扇形。為了能夠在負(fù)載范圍15內(nèi)恰當(dāng) 地控制負(fù)載，平衡系統(tǒng)必須包括控制范圍14，該控制范圍14構(gòu)成負(fù)載范 圍的鏡4象。圖3在坐標(biāo)系19中示出了負(fù)序專用諧波減速機(jī)CSG-14-80-2UH電流形式的電壓源轉(zhuǎn)換器 的工作范圍17。由于電壓源轉(zhuǎn)換器能夠在所有方向上控制負(fù)序電流，所 以工作范圍構(gòu)成以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心的圓。
圖4示出了通過根據(jù)本發(fā)明的平衡設(shè)備來調(diào)節(jié)的電壓源轉(zhuǎn)換器的組 合的工作范圍。該圖示出了三個(gè)坐標(biāo)系，其中圖中左邊的坐標(biāo)系涉及必 要控制范圍，中央的坐標(biāo)系涉及轉(zhuǎn)換器的工作范圍，而右邊的坐標(biāo)系涉及 轉(zhuǎn)換器和平衡設(shè)備的總功率。坐標(biāo)系18中的必要控制范圍14與圖2 中所示相同并且對(duì)應(yīng)于負(fù)載范圍15的鏡<象。在坐標(biāo)系中，也示出了 由平銜4殳備產(chǎn)生的用于位移轉(zhuǎn)換器的工作點(diǎn)的矢量20。笫二坐標(biāo)系19原 理上與圖3中的坐標(biāo)系相同，但是在圖4中通過選擇具有明顯更低額定功 率的轉(zhuǎn)換器來減小工作范圍。作為笫一坐標(biāo)系18和坐標(biāo)系19的組合 的第三坐標(biāo)系示出了如何借助位移矢量20來位移轉(zhuǎn)換器的工作范圍17 使得以更小額定功率引入的轉(zhuǎn)換器的工作范圍17覆蓋必要控制范圍14。
考慮一種連接于b相與c相之間的具有有源功率P和功率因子cos伊 的負(fù)載這一情況。網(wǎng)絡(luò)具有主電壓V1-1。
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電壓相位到地的相位a用作參考相位并且賦值以角度零。顯然相電流為
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因此，借助對(duì)稱分量的一般等式<formula>see original document page 7</formula>
連接于相之間的電抗元件的系統(tǒng)-偏移組-引起以下序電流:
<formula>see original document page 7</formula>
為了平衡不對(duì)稱負(fù)栽，需要生成相位與負(fù)載電流中的負(fù)序分量相反的負(fù)序電流，通過在相A與相B之間連接電感器和在相C與相A之間連接電容器來平衡負(fù)載電流中的有源分量。
<formula>see original document page 7</formula>
通過在相B與相C之間連接電容器來平衡負(fù)載的電抗分量。
<formula>see original document page 7</formula>
為了避免生成正序電流，在電感方向上調(diào)節(jié)相中的所有分量:
<formula>see original document page 7</formula>
選擇偏移組使得獲得所需負(fù)序電流的約一半.角度選擇為用于負(fù)載范圍的角度的約一半。通過造成總瞬間所需電流與偏移組電流之差的VSC轉(zhuǎn)換器來滿足總瞬間所需電流。將注意到為了在隨著分立分量位
移之后實(shí)現(xiàn)工作范圍中的任意點(diǎn)，轉(zhuǎn)換器需要能夠在所有方向上生成負(fù)序 電流。
雖然示出了有利實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例而也包括對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的實(shí)施例。因此，如前所述，本發(fā)明包括以步 進(jìn)方式控制平衡設(shè)備的情況。另外，如上所示，本發(fā)明包括如果有用于濾 除來自轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)諧振和諧波的濾波器則將平衡設(shè)備與濾波器一起構(gòu) 建的情況。
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)償器，用于平衡兩相(B，C)之間連接有負(fù)載(8)的交流電壓網(wǎng)絡(luò)，該補(bǔ)償器包括電壓源轉(zhuǎn)換器(4)和平衡設(shè)備(9)，其特征在于平衡設(shè)備(9)包括連接在所述負(fù)載之前的兩相(A，B)之間的電感(10)以及連接于在所述負(fù)載之后的兩相(A，C)之間的電容(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的補(bǔ)償器，其中平衡設(shè)備包括與負(fù)載并聯(lián)連 接的補(bǔ)償電容(12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的##器，其中電感(10)和電容(11) 的功率值基本上相等。
4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的補(bǔ)償器，其中電感(10)和電容(11) 的功率值包含電阻負(fù)載功率除以兩倍的三的平方根。
5. —種用于平衡具有電壓源轉(zhuǎn)換器U)的負(fù)栽不均勻多相網(wǎng)絡(luò)的方 法，其特征在于所述方法包括通it4負(fù)載之前的兩相(A， B)之間引入 電感(10)以及通過在負(fù)栽之后的兩相(A, C)之間引入電容(11)來 位移所述轉(zhuǎn)換器的工作范圍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中位移所述工作點(diǎn)還包括通過與 所述負(fù)載并聯(lián)地引入電容(12) iMt轉(zhuǎn)控制范圍。
全文摘要
一種補(bǔ)償器，用于平衡在兩相(B，C)之間連接有負(fù)載(8)的交流電壓網(wǎng)絡(luò)，該補(bǔ)償器包括電壓源轉(zhuǎn)換器(4)和平衡設(shè)備(9)，其中平衡設(shè)備包括連接于在負(fù)載之前的兩相(A，B)之間的電感(10)。
文檔編號(hào)H02J3/18GK101346868SQ200580052412
公開日2009年1月14日 申請日期2005年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
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