一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑及其控制方法

技术领域

本发明涉及电网运行控制技术领域，特别涉及一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑及其控制方法。

背景技术

在电力供电系统中，为提升电网的安全可靠性，通常需要增设大量的无功功率补偿装置。对于输电系统的功率补偿主要是为了控制电压，提高输电网络的最大传输能力和提高电力系统运行的稳定性。配电系统的功率补偿大多属于负荷的补偿，主要是控制无功，提高负荷的功率因数，改善电能质量。

无功功率补偿常见方式是采用晶闸管投切电容器，通过控制半控型器件晶闸管的导通来实现电容器的投入与切除；该补偿方法的主要缺点是由于晶闸管器件只能控制其开通，无法控制其关断(利用外部电压来强迫关断)，因此无法实现补偿功率的精准控制。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑及其控制方法，通过利用IGCT的全控特性，既能控制其开通又能控制其关断，能实时控制投入和切除电容的精确时刻，以实时补偿电网系统的无功功率需求，稳定交流母线电压。同时，充分利用IGCT具有通压降低、损耗小、耐受di/dt能力强、故障浪涌电流大等优势，大大提升了可控无功功率补偿装置的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑，包括：电容模块、电感和可控模块；

所述电感与所述电容模块串连连接；

所述电容模块包括：串联连接的固定电容单元和可控电容单元，所述可控电容单元与所述可控模块并联连接；

所述可控模块在交流输电线路故障导致线路电压降低时将所述可控电容单元旁路，以增大补偿装置的无功功率补偿容量进而稳定所述线路电压，其还在所述交流输电线路故障消失且所述线路电压恢复至电压预设上限值后将所述可控电容单元重新投入，以减小所述补偿装置的无功功率补偿容量。

进一步地，基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑还包括：保护模块；

所述保护模块与所述电容模块并联连接。

进一步地，所述可控模块包括：串联连接的限流电阻、饱和电抗器和集成门极换流晶闸管子单元。

进一步地，所述门极换流晶闸管子单元包括：两组反向并联的集成门极换流晶闸管子单元。

进一步地，所述IGCT为逆阻型集成门极换流晶闸管。

相应地，发明实施例的第二方面提供了一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑控制方法，控制上述任一基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑，包括如下步骤：

获取交流输电线路的线路电压；

判断所述线路电压是否小于电压预设下限值；

如所述线路电压小于所述电压预设下限值，则通过可控模块将所述可控电容单元旁路，以增大补偿装置的无功功率补偿容量，进而稳定所述线路电压；

如所述线路电压大于或等于所述电压预设下限值，则控制所述可控模块保持当前运行状态。

进一步地，所述通过可控模块将所述可控电容单元旁路之后，还包括：

继续检测所述交流输电线路的所述线路电压；

判断所述线路电压是否大于或等于电压预设上限值；

如所述线路电压大于或等于所述电压预设上限值，则控制所述可控模块将所述可控电容单元重新投入，以减小所述补偿装置的无功功率补偿容量；

如所述线路电压小于所述电压预设上限值，则控制所述可控模块保持当前运行状态。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过利用IGCT的全控特性，既能控制其开通又能控制其关断，能实时控制投入和切除电容的精确时刻，以实时补偿电网系统的无功功率需求，稳定交流母线电压。同时，充分利用IGCT具有通压降低、损耗小、耐受di/dt能力强、故障浪涌电流大等优势，大大提升了可控无功功率补偿装置的可靠性，并进一步提高了输电网络的最大传输能力及电力系统的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑原理示意图；

图2是本发明实施例提供的基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例提供的基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑原理示意图。

请参照图1，本发明实施例的第一方面提供一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑，包括：包括：电容模块、电感和可控模块。电感与电容模块串连连接。电容模块包括：串联连接的固定电容单元C1和可控电容单元C2，可控电容单元C2与可控模块并联连接。可控模块在交流输电线路故障导致线路电压降低时将可控电容单元C2旁路，以增大补偿装置的无功功率补偿容量进而稳定线路电压，其还在交流输电线路故障消失且线路电压恢复至电压预设上限值后将可控电容单元C2重新投入，以减小补偿装置的无功功率补偿容量。

上述技术方案通过利用IGCT的全控特性，既能控制其开通又能控制其关断，能实时控制投入和切除电容的精确时刻，以实时补偿电网系统的无功功率需求，稳定交流母线电压。同时，充分利用IGCT具有通压降低、损耗小、耐受di/dt能力强、故障浪涌电流大等优势，大大提升了可控无功功率补偿装置的可靠性，并进一步提高了输电网络的最大传输能力及电力系统的稳定性。

具体的，基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑还包括：保护模块。保护模块与电容模块并联连接。当交流母线中出现过电压时，保护模块中的避雷器会呈现低阻抗特性，限制母线的过电压水平，起到保护电容本体、电感及控制模块的作用。

在本发明实施例的一个具体实施方式中，可控模块包括：串联连接的限流电阻R、饱和电抗器L和集成门极换流晶闸管子单元。

可选的，门极换流晶闸管子单元包括：两组反向并联的集成门极换流晶闸管子单元。

具体的，上述IGCT为逆阻型集成门极换流晶闸管。

如图1所示，本基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑的具体工作过程如下：

当电网正常运行，交流母线电压稳定，可控模块中的集成门极换流晶闸管子单元IGCT1和集成门极换流晶闸管子单元IGCT2处于闭锁状态，固定电容单元C1和可控电容单元C2均投入电网系统中；保护模块中的避雷器处于高阻抗状态，基本不吸收能量。当电网中出现故障，交流母线电压出现跌落时，控制可控模块中的集成门极换流晶闸管子单元IGCT1和集成门极换流晶闸管子单元IGCT2处于导通状态，可控电容单元C2通过电阻向集成门极换流晶闸管子单元IGCT放电，由于限流电阻R阻值较小，电容C2上的电压瞬时可降为零。同时，限流电阻R可以限制集成门极换流晶闸管子单元IGCT开通瞬间时可控部分电容C2与控制模块回路杂散电感之间出现的高频震荡，避免集成门极换流晶闸管子单元IGCT因回路震荡电压过高而损坏。饱和电抗器L可以限制开通瞬间集成门极换流晶闸管子单元IGCT的电流上升率，保障集成门极换流晶闸管子单元IGCT安全导通。由于集成门极换流晶闸管子单元IGCT处于导通状态，因此可控模块起到旁路可控电容单元C2的作用，电容模块中只有固定电容单元C1投入电网系统，达到了增大无功功率补偿容量的作用。

当交流系统故障消失，母线电压恢复稳定后，通过闭锁可控模块中的集成门极换流晶闸管子单元IGCT，可以使可控电容单元C2重新投入电网中。由于集成门极换流晶闸管子单元IGCT是可关断器件，因此，可以在任意时刻控制可控电容单元C2的投切，最终达到精准控制无功补偿的作用。

图2是本发明实施例提供的基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑控制方法流程图。

相应地，请参照图2，发明实施例的第二方面提供了一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑控制方法，控制上述任一基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑，包括如下步骤：

S200，获取交流输电线路的线路电压。

S400，判断线路电压是否小于电压预设下限值。

S600，如线路电压小于电压预设下限值，则通过可控模块将可控电容单元C2旁路，以增大补偿装置的无功功率补偿容量，进而稳定线路电压。

S800，如线路电压大于或等于电压预设下限值，则控制可控模块保持当前运行状态。

进一步地，通过可控模块将可控电容单元C2旁路之后，还包括：

S710，继续检测交流输电线路的线路电压。

S720，判断线路电压是否大于或等于电压预设上限值。

S730，如线路电压大于或等于电压预设上限值，则控制可控模块将可控电容单元C2重新投入，以减小补偿装置的无功功率补偿容量。

S740，如线路电压小于电压预设上限值，则控制可控模块保持当前运行状态。

本发明实施例旨在保护一种基于IGCT的可控无功功率补偿装置拓扑及其控制方法，包括：电容模块、电感和可控模块；电感与电容模块串连连接；电容模块包括：串联连接的固定电容单元和可控电容单元，可控电容单元与可控模块并联连接；可控模块在交流输电线路故障导致线路电压降低时将可控电容单元旁路，以增大补偿装置的无功功率补偿容量进而稳定线路电压，其还在交流输电线路故障消失且线路电压恢复至预设值后将可控电容单元重新投入，以减小补偿装置的无功功率补偿容量。上述技术方案具备如下效果：

通过利用IGCT的全控特性，既能控制其开通又能控制其关断，能实时控制投入和切除电容的精确时刻，以实时补偿电网系统的无功功率需求，稳定交流母线电压。同时，充分利用IGCT具有通压降低、损耗小、耐受di/dt能力强、故障浪涌电流大等优势，大大提升了可控无功功率补偿装置的可靠性，并进一步提高了输电网络的最大传输能力及电力系统的稳定性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。