本發明涉及一種用于負載不平衡的交流電壓網絡的功率補償的設備。這樣的設備在縮寫詞FACTS (靈活交流輸電系統)之下是已知的。具體 而言，本發明涉及一種用于平衡具有多相而僅在兩相之間有負栽的傳輸網 絡的設備。負栽通常為電阻性和電感性的，例如經由轉換器連接至網絡的 電旋轉機器。
背景技術：專用諧波減速機CSG-14-80-2UH
已知交流電壓網絡的傳輸功率在電抗負栽期間和在三相的不均勻負 栽期間被減小。通常，負載是電抗性和對稱的。在這一背景下，設置一種 可連接至網絡的包括電容器的補償器是>5^的。將用于平衡由不平衡負栽 所造成的不對稱的通常稱為SVC (靜態無功功率補償器)的靜態補償器 連接至網絡也是^^p的。可能在交流電網絡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@樣的負載是鐵路的電力源。鐵路負栽 在電力網絡中常常連接于兩相之間。為了在電力網絡的所有三相之間均勻 地分布電力輸出，連接也稱為負載平衡器的靜態補償器是>^的。補償器 以如下方式在相之間傳送電力，即，使得鐵路負栽與#^嘗器一起被電力網 絡感知為對稱三相負載。
補償器傳統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。這一技術建立良好。補償器也可以基于電壓源轉換器 (VSC)。這樣的VSC包括具有關斷裝置的半導體并且具有廣泛工作領 域。對這一類補償器VSC的使用也是已知的。
例如從US 6， 963， 187中已知用于在FACTS內應用的各種設備。專用諧波減速機CSG-14-80-2UH

發明內容
本發明的目的是提出改進負栽不均勻多相網絡的平衡性的裝置和方式。
根據本發明通過按照在獨立權利要求1的特征部分中描述的特有特
征所述的補償器以及通過按照在獨立權利要求5的特征部分中描述的特 有特征的方法來實現這一目的。在從屬權利要求的特征部分中描述了優選 實施例。
根據本發明，通過將包括電壓源轉換器的補償器連接至多相網絡來實 現該目的，位移電壓源轉換器的工作點使得工作范圍基本上覆蓋必要控制 范圍。這帶來的優點是可以利用具有更小工作范圍的轉換器。通過使補償 器包括以下平衡設備來實現對轉換器工作點的這種位移，該平衡設備包括 在網絡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序電 流的偏移組。
電壓源轉換器能夠產生相對于正序系統具有任意相位位置的負序電 流。轉換器的工作范圍可以描述為坐標系中的矢量，其中通過圍繞坐標原 點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載的負序電流通常發生在同 一個扇形中.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圓的轉換器是不經濟 的。轉換器的工作范圍的四分之三以上在該應用中并不完成任何功能。
通過為轉換器補充包括電感器和電容器的平衡i殳備來位移轉換器的 工作點。與平衡要求的約一半對應的工作點的位移允許轉換器的工作 范圍減小并且其額定功率減半。包括以下偏移組的平l^殳備產生具有固定 幅度和方向的負序電流，該偏移組由包含連接于相之間的電感器和電容器 的分立元件構成。
三相交流電壓網絡包括相、相和第三相，其中例如負載連接 于相與第三相之間。根據本發明的平衡設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 功率值優選為相等。如果負載包含電感部件，通常比如為電機，則平衡設 備也包括連接于相與第三相之間、也就是與負載并聯的補充電容。
在坐標系中，通過具有相反方向的對應正序電流來控制象限中的 負序電流。這一負序電流因此出現在與象PM目對的象限中、也就是第 四象限。為了正確地控制出現在扇形內的負序電流，必須在相反方向上位 移轉換器的工作點。這一工作點由包括平銜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 補償電容的功率值確定。這一過程的效果是用于轉換器的工作范圍的坐標 系祐:位移，使得坐標原點結束于控制范圍中.在一個實施例中，通過控制電容和電感的功率值為電阻負載功率的約1/2V^ (三的平方根的兩倍 分之一)來實現轉換器的有利工作點。在又一實施例中，控制補償電容的 功率值以便對應于扇形的角度的一半。
在一個實際實施例中，兩相之間的電容和電感元件可以設計為調諧諧 波濾波器。以固定步長來控制平衡設^^吏得將用于轉換器的有利工作點限 定在必要扇形內也是本發明概念的一部分。在更長時段包括扇形內更小區 域的控制需要情況下，可以利用工作范圍進一步減小的轉換器。
根據本發明的方面，此任務通過一種用于平衡兩相之間連接有負 載的交流電壓網絡的##器來完成，該補償器包括電壓源轉換器和平^^設 備，該平衡設備包括連接于負載之前的相之間的電感以及連接于負載之后 的相之間的電容。在具有電感部件的負載情況下，平衡設備包括與負栽并 聯連接的補償電容。
根據本發明的方面，通過一種用于平衡包括電壓源轉換器的負栽 不均勻多相網絡來實現該目的，該方法包括通it^負載之前的相之間引入 電感以及通it^負栽之后的相之間引入電容來位移轉換器的控制范圍。根 據一個實施例，位移轉換器的控制范圍還包括通過與負載并聯地引入電容 來旋轉控制范圍。


將通過參照附圖描述實施例來具體說明本發明，在附圖中
圖1是具有兩相之間的負載以及電壓源轉換器和平衡i殳備的交流電 壓網絡，
圖2是必要控制范圍，也就是負載應當落入的控制范圍，
圖3是轉換器的工作范圍，以及
圖4是從轉換器和平衡設備獲得的控制范圍。
具體實施例方式
圖1示出了具有基本上對稱的負載2的三相A、 B和C的交流電壓 網絡l。附加負載8不對稱地連接于相B與第三相C之間。負載8 僅是^J扭性i^示，其可包括電阻部件和電感部件。以下補償裝置借助變壓器3連接至交流電壓網絡，該補償裝置包括電壓源轉換器4、電容器組 5、電抗器6和平衡設備9。平衡設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， 平衡設備包括與負載并聯連接的電容12。
圖2在坐標系18中示出了針對連接于兩相之間的負載，負序電流通 常落入的范圍。負載范圍15構成由坐標原點以及由水平坐標軸和由指示 必^ 控制可能的圓圏16限制的扇形。為了能夠在負載范圍15內恰當 地控制負載，平衡系統必須包括控制范圍14，該控制范圍14構成負載范 圍的鏡4象。圖3在坐標系19中示出了負序專用諧波減速機CSG-14-80-2UH電流形式的電壓源轉換器 的工作范圍17。由于電壓源轉換器能夠在所有方向上控制負序電流，所 以工作范圍構成以坐標原點為中心的圓。
圖4示出了通過根據本發明的平衡設備來調節的電壓源轉換器的組 合的工作范圍。該圖示出了三個坐標系，其中圖中左邊的坐標系涉及必 要控制范圍，中央的坐標系涉及轉換器的工作范圍，而右邊的坐標系涉及 轉換器和平衡設備的總功率。坐標系18中的必要控制范圍14與圖2 中所示相同并且對應于負載范圍15的鏡<象。在坐標系中，也示出了 由平銜4殳備產生的用于位移轉換器的工作點的矢量20。笫二坐標系19原 理上與圖3中的坐標系相同，但是在圖4中通過選擇具有明顯更低額定功 率的轉換器來減小工作范圍。作為笫一坐標系18和坐標系19的組合 的第三坐標系示出了如何借助位移矢量20來位移轉換器的工作范圍17 使得以更小額定功率引入的轉換器的工作范圍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 的負載這一情況。網絡具有主電壓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-偏移組-引起以下序電流:
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為了平衡不對稱負栽，需要生成相位與負載電流中的負序分量相反的負序電流，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載電流中的有源分量。
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通過在相B與相C之間連接電容器來平衡負載的電抗分量。
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為了避免生成正序電流，在電感方向上調節相中的所有分量:
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選擇偏移組使得獲得所需負序電流的約一半.角度選擇為用于負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
移之后實現工作范圍中的任意點，轉換器需要能夠在所有方向上生成負序 電流。
雖然示出了有利實施例，但是本發明并不限于這些實施例而也包括對 于本領域技術人員而言明顯的實施例。因此，如前所述，本發明包括以步 進方式控制平衡設備的情況。另外，如上所示，本發明包括如果有用于濾 除來自轉換器的系統諧振和諧波的濾波器則將平衡設備與濾波器一起構 建的情況。
權利要求
1.一種補償器，用于平衡兩相(B，C)之間連接有負載(8)的交流電壓網絡，該補償器包括電壓源轉換器(4)和平衡設備(9)，其特征在于平衡設備(9)包括連接在所述負載之前的兩相(A，B)之間的電感(10)以及連接于在所述負載之后的兩相(A，C)之間的電容(11)。
2. 根據權利要求1所述的補償器，其中平衡設備包括與負載并聯連 接的補償電容(12)。
3. 根據權利要求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. 根據任一前述權利要求所述的補償器，其中電感(10)和電容(11) 的功率值包含電阻負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換器U)的負栽不均勻多相網絡的方 法，其特征在于所述方法包括通it4負載之前的兩相(A， B)之間引入 電感(10)以及通過在負栽之后的兩相(A, C)之間引入電容(11)來 位移所述轉換器的工作范圍。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中位移所述工作點還包括通過與 所述負載并聯地引入電容(12) iMt轉控制范圍。
全文摘要
一種補償器，用于平衡在兩相(B，C)之間連接有負載(8)的交流電壓網絡，該補償器包括電壓源轉換器(4)和平衡設備(9)，其中平衡設備包括連接于在負載之前的兩相(A，B)之間的電感(10)。
文檔編號H02J3/18GK101346868SQ200580052412
公開日2009年1月14日 申請日期2005年12月30日 優先權日2005年12月30日
比約恩·托瓦爾松 申請人:Abb技術有限公司