本发明涉及一种用于负载不平衡的交流电压网络的功率补偿的设备。这样的设备在缩写词FACTS (灵活交流输电系统)之下是已知的。具体 而言，本发明涉及一种用于平衡具有多相而仅在两相之间有负栽的传输网 络的设备。负栽通常为电阻性和电感性的，例如经由转换器连接至网络的 电旋转机器。
背景技术：专用谐波减速机CSG-14-80-2UH
已知交流电压网络的传输功率在电抗负栽期间和在三相的不均匀负 栽期间被减小。通常，负载是电抗性和对称的。在这一背景下，设置一种 可连接至网络的包括电容器的补偿器是>5^的。将用于平衡由不平衡负栽 所造成的不对称的通常称为SVC (静态无功功率补偿器)的静态补偿器 连接至网络也是^^p的。可能在交流电网络中造成不平衡的典型装置例如 是电弧炉。可能造成不平衡的另一这样的负载是铁路的电力源。铁路负栽 在电力网络中常常连接于两相之间。为了在电力网络的所有三相之间均匀 地分布电力输出，连接也称为负载平衡器的静态补偿器是>^的。补偿器 以如下方式在相之间传送电力，即，使得铁路负栽与#^尝器一起被电力网 络感知为对称三相负载。
补偿器传统上基于闸流管控制电抗器、闸流管控制电容器以及固定电 容器组/滤波器。这一技术建立良好。补偿器也可以基于电压源转换器 (VSC)。这样的VSC包括具有关断装置的半导体并且具有广泛工作领 域。对这一类补偿器VSC的使用也是已知的。
例如从US 6， 963， 187中已知用于在FACTS内应用的各种设备。专用谐波减速机CSG-14-80-2UH
发明内容
本发明的目的是提出改进负栽不均匀多相网络的平衡性的装置和方式。
根据本发明通过按照在独立权利要求1的特征部分中描述的特有特
征所述的补偿器以及通过按照在独立权利要求5的特征部分中描述的特 有特征的方法来实现这一目的。在从属权利要求的特征部分中描述了优选 实施例。
根据本发明，通过将包括电压源转换器的补偿器连接至多相网络来实 现该目的，位移电压源转换器的工作点使得工作范围基本上覆盖必要控制 范围。这带来的优点是可以利用具有更小工作范围的转换器。通过使补偿 器包括以下平衡设备来实现对转换器工作点的这种位移，该平衡设备包括 在网络中连接于相之间的电抗和电容元件。这些元件一起形成用于负序电 流的偏移组。
电压源转换器能够产生相对于正序系统具有任意相位位置的负序电 流。转换器的工作范围可以描述为坐标系中的矢量，其中通过围绕坐标原 点来定向的圆的表面来描述可能的控制空间。来自包含有源和电抗分量并 且连接于两相之间的负载的负序电流通常发生在同 一个扇形中.如果这一 扇形小于四分之一圆，则使用其工作范围包括整个圆的转换器是不经济 的。转换器的工作范围的四分之三以上在该应用中并不完成任何功能。
通过为转换器补充包括电感器和电容器的平衡i殳备来位移转换器的 工作点。与平衡要求的约一半对应的工作点的位移允许转换器的工作 范围减小并且其额定功率减半。包括以下偏移组的平l^殳备产生具有固定 幅度和方向的负序电流，该偏移组由包含连接于相之间的电感器和电容器 的分立元件构成。
三相交流电压网络包括相、相和第三相，其中例如负载连接 于相与第三相之间。根据本发明的平衡设备因此包括连接于相与 相之间的电感以及连接于相与第三相之间的电容。电感和电容的 功率值优选为相等。如果负载包含电感部件，通常比如为电机，则平衡设 备也包括连接于相与第三相之间、也就是与负载并联的补充电容。
在坐标系中，通过具有相反方向的对应正序电流来控制象限中的 负序电流。这一负序电流因此出现在与象PM目对的象限中、也就是第 四象限。为了正确地控制出现在扇形内的负序电流，必须在相反方向上位 移转换器的工作点。这一工作点由包括平銜i更备的电抗和电感组成的矢量 来限定，该矢量的量值由这些电抗和电感的功率值确定而该矢量的角度由 补偿电容的功率值确定。这一过程的效果是用于转换器的工作范围的坐标 系祐:位移，使得坐标原点结束于控制范围中.在一个实施例中，通过控制电容和电感的功率值为电阻负载功率的约1/2V^ (三的平方根的两倍 分之一)来实现转换器的有利工作点。在又一实施例中，控制补偿电容的 功率值以便对应于扇形的角度的一半。
在一个实际实施例中，两相之间的电容和电感元件可以设计为调谐谐 波滤波器。以固定步长来控制平衡设^^吏得将用于转换器的有利工作点限 定在必要扇形内也是本发明概念的一部分。在更长时段包括扇形内更小区 域的控制需要情况下，可以利用工作范围进一步减小的转换器。
根据本发明的方面，此任务通过一种用于平衡两相之间连接有负 载的交流电压网络的##器来完成，该补偿器包括电压源转换器和平^^设 备，该平衡设备包括连接于负载之前的相之间的电感以及连接于负载之后 的相之间的电容。在具有电感部件的负载情况下，平衡设备包括与负栽并 联连接的补偿电容。
根据本发明的方面，通过一种用于平衡包括电压源转换器的负栽 不均匀多相网络来实现该目的，该方法包括通it^负载之前的相之间引入 电感以及通it^负栽之后的相之间引入电容来位移转换器的控制范围。根 据一个实施例，位移转换器的控制范围还包括通过与负载并联地引入电容 来旋转控制范围。
将通过参照附图描述实施例来具体说明本发明，在附图中
图1是具有两相之间的负载以及电压源转换器和平衡i殳备的交流电 压网络，
图2是必要控制范围，也就是负载应当落入的控制范围，
图3是转换器的工作范围，以及
图4是从转换器和平衡设备获得的控制范围。
具体实施例方式
图1示出了具有基本上对称的负载2的三相A、 B和C的交流电压 网络l。附加负载8不对称地连接于相B与第三相C之间。负载8 仅是^J扭性i^示，其可包括电阻部件和电感部件。以下补偿装置借助变压器3连接至交流电压网络，该补偿装置包括电压源转换器4、电容器组 5、电抗器6和平衡设备9。平衡设备包括连接于笫一相A与相B之 间的电感10以及连接于相A与第三相C之间的电容。在所示例子中， 平衡设备包括与负载并联连接的电容12。
图2在坐标系18中示出了针对连接于两相之间的负载，负序电流通 常落入的范围。负载范围15构成由坐标原点以及由水平坐标轴和由指示 必^ 控制可能的圓圏16限制的扇形。为了能够在负载范围15内恰当 地控制负载，平衡系统必须包括控制范围14，该控制范围14构成负载范 围的镜4象。图3在坐标系19中示出了负序专用谐波减速机CSG-14-80-2UH电流形式的电压源转换器 的工作范围17。由于电压源转换器能够在所有方向上控制负序电流，所 以工作范围构成以坐标原点为中心的圆。
图4示出了通过根据本发明的平衡设备来调节的电压源转换器的组 合的工作范围。该图示出了三个坐标系，其中图中左边的坐标系涉及必 要控制范围，中央的坐标系涉及转换器的工作范围，而右边的坐标系涉及 转换器和平衡设备的总功率。坐标系18中的必要控制范围14与图2 中所示相同并且对应于负载范围15的镜<象。在坐标系中，也示出了 由平銜4殳备产生的用于位移转换器的工作点的矢量20。笫二坐标系19原 理上与图3中的坐标系相同，但是在图4中通过选择具有明显更低额定功 率的转换器来减小工作范围。作为笫一坐标系18和坐标系19的组合 的第三坐标系示出了如何借助位移矢量20来位移转换器的工作范围17 使得以更小额定功率引入的转换器的工作范围17覆盖必要控制范围14。
考虑一种连接于b相与c相之间的具有有源功率P和功率因子cos伊 的负载这一情况。网络具有主电压V1-1。
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电压相位到地的相位a用作参考相位并且赋值以角度零。显然相电流为
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因此，借助对称分量的一般等式<formula>see original document page 7</formula>
连接于相之间的电抗元件的系统-偏移组-引起以下序电流:
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为了平衡不对称负栽，需要生成相位与负载电流中的负序分量相反的负序电流，通过在相A与相B之间连接电感器和在相C与相A之间连接电容器来平衡负载电流中的有源分量。
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通过在相B与相C之间连接电容器来平衡负载的电抗分量。
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为了避免生成正序电流，在电感方向上调节相中的所有分量:
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选择偏移组使得获得所需负序电流的约一半.角度选择为用于负载范围的角度的约一半。通过造成总瞬间所需电流与偏移组电流之差的VSC转换器来满足总瞬间所需电流。将注意到为了在随着分立分量位
移之后实现工作范围中的任意点，转换器需要能够在所有方向上生成负序 电流。
虽然示出了有利实施例，但是本发明并不限于这些实施例而也包括对 于本领域技术人员而言明显的实施例。因此，如前所述，本发明包括以步 进方式控制平衡设备的情况。另外，如上所示，本发明包括如果有用于滤 除来自转换器的系统谐振和谐波的滤波器则将平衡设备与滤波器一起构 建的情况。
权利要求
1.一种补偿器，用于平衡两相(B，C)之间连接有负载(8)的交流电压网络，该补偿器包括电压源转换器(4)和平衡设备(9)，其特征在于平衡设备(9)包括连接在所述负载之前的两相(A，B)之间的电感(10)以及连接于在所述负载之后的两相(A，C)之间的电容(11)。
2. 根据权利要求1所述的补偿器，其中平衡设备包括与负载并联连 接的补偿电容(12)。
3. 根据权利要求1或者2所述的##器，其中电感(10)和电容(11) 的功率值基本上相等。
4. 根据任一前述权利要求所述的补偿器，其中电感(10)和电容(11) 的功率值包含电阻负载功率除以两倍的三的平方根。
5. —种用于平衡具有电压源转换器U)的负栽不均匀多相网络的方 法，其特征在于所述方法包括通it4负载之前的两相(A， B)之间引入 电感(10)以及通过在负栽之后的两相(A, C)之间引入电容(11)来 位移所述转换器的工作范围。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中位移所述工作点还包括通过与 所述负载并联地引入电容(12) iMt转控制范围。
全文摘要
一种补偿器，用于平衡在两相(B，C)之间连接有负载(8)的交流电压网络，该补偿器包括电压源转换器(4)和平衡设备(9)，其中平衡设备包括连接于在负载之前的两相(A，B)之间的电感(10)。
文档编号H02J3/18GK101346868SQ200580052412
公开日2009年1月14日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
比约恩·托瓦尔松 申请人:Abb技术有限公司
