基于IGCT混合开关的无功功率补偿装置及其控制方法与流程

基于igct混合开关的无功功率补偿装置及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及电网运行控制技术领域，尤其涉及一种基于igct混合开关的无功功率补偿装置及其控制方法。


背景技术：

2.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，主要是控制无功功率，提高负荷的功率因数，改善电能质量。
3.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。近年来，采用基于igct(集成门极换流晶闸管)的新型电力电子开关凭借控制灵活、可控制开通关断等优点，得到越来越广泛的关注。但与晶闸管开关相比，igct开关存在串联级数多、成本高等缺点，另外具有占地面积大和重量大的问题。


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种基于igct混合开关的无功功率补偿装置及其控制方法，将晶闸管器件和igct器件的优势进行整合，既能够充分利用igct的全控特性，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，又能充分利用晶闸管耐受电压等级高、成本低的特性，使该设备兼具技术性和经济性。
5.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于igct混合开关的无功功率补偿装置，包括：电感模块、电容模块、以及混合开关模块；其中，
6.所述电感模块与电容模块串联连接于交流母线和接地端之间；
7.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，所述混合开关模块与可控电容单元两端并联；
8.所述混合开关模块当交流母线电压跌落至预定阈值时导通，以形成可控电容单元的放电通路。
9.进一步的，所述混合开关模块包括晶闸管阀组单元和igct阀组单元，所述晶闸管阀组单元和igct阀组单元反向并联连接。
10.进一步的，所述晶闸管阀组单元包括多个串联连接的晶闸管。
11.进一步的，所述晶闸管阀组单元还包括阻尼回路、均压电阻、以及晶闸管控制器，所述阻尼回路和均压电阻均连接于每个串联晶闸管的阳极和晶闸管控制器之间。
12.进一步的，所述igct阀组单元包括多个串联连接的igct。
13.进一步的，所述igct阀组单元还包括阻尼回路和取能器，所述阻尼回路连接于每
个串联igct的阳极与取能器之间。
14.进一步的，所述混合开关模块还包括饱和电抗器，所述饱和电抗器连接于并联的晶闸管阀组单元和igct阀组单元与可控电容单元之间。
15.根据本发明的另一个方面，提供了一种如本发明第一个方面所述的无功功率补偿装置的控制方法，包括步骤：
16.电网正常运行且交流母线电压稳定时，控制混合开关模块处于闭锁状态，将电容模块投入电网运行；
17.电网出现故障且交流母线电压跌落至预定阈值时，控制混合开关模块处于导通状态，以形成可控电容单元的放电通路。
18.进一步的，还包括步骤：
19.当电网故障消失且交流母线电压满足恢复条件时，控制混合开关模块处于闭锁状态，以将可控电容单元重新投入电网运行。
20.进一步的，所述恢复条件包括交流母线电压大于等于电压的预设上限值，并且交流母线电压处于由负到正的过零点。
21.综上所述，本发明提供了一种基于igct混合开关的无功功率补偿装置及其控制方法，该无功功率补偿装置包括电感模块、电容模块、以及混合开关模块，该混合开关模块当交流母线电压跌落时导通，以形成可控电容单元的放电通路。通过由晶闸管阀组单元和igct阀组单元组成的混合开关模块，将晶闸管器件和igct器件的优势进行整合，既能够充分利用igct的全控特性，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，又能充分利用晶闸管耐受电压等级高、成本低的特性，使该设备兼具技术性和经济性。
附图说明
22.图1是本发明基于igct混合开关的无功功率补偿装置的电路结构示意图；
23.图2是混合开关模块的电路结构示意图；
24.图3是本发明基于igct混合开关的无功功率补偿装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
25.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。
26.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种基于igct混合开关的无功功率补偿装置，该装置的电路结构示意图如图1所示，包括：电感模块、电容模块、以及混合开关模块。如图1所示，电感模块可以包括电感l
sc
，电容模块包括串联连接的固定电容单元和可控电容单元，固定电容单元例如包括电容c
sc1
，可控电容单元例如包括电容c
sc2
。该电感模块与电容模块串联连接于交流母线和接地端之间。混合开关模块与电容模块中的可控电容单元两端并联连接。混合开关模块包括饱和电抗器l
sr
、晶闸管阀组单元和igct阀组单元，所述晶闸管阀组单元和igct阀组单元反向并联连接
后通过饱和电抗器l
sr
连接至可控电容单元与固定电容单元的串联连接点处。
27.混合开关模块的电路结构示意图如图2所示，混合开关模块包括饱和电抗器l
sr
、晶闸管阀组单元和igct阀组单元，晶闸管阀组单元和igct阀组单元反向并联。晶闸管阀组单元包括多个串联连接的晶闸管，igct阀组单元包括多个串联连接的igct，该igct例如可以为逆阻型集成门极换流晶闸管。该晶闸管阀组单元还包括阻尼回路、均压电阻、以及晶闸管控制器，所述阻尼回路和均压电阻均连接于每个串联晶闸管的阳极和晶闸管控制器之间。如图2所示，阻尼回路例如可以包括电阻r2和电容c2，均压电阻为电阻r3。该igct阀组单元还包括阻尼回路和取能器，所述阻尼回路连接于每个串联igct的阳极与取能器之间。igct阀组单元的阻尼回路例如可以包括电阻r1和电容c1。在本实施例所提供的装置中，阻尼回路、晶闸管控制器、取能器、均压电阻等部件都为常规设计，用来实现均压、控制、取能等功能；混合开关模块中的饱和电抗器l
sr
也为常规设计，用来抑制阀组开通过程中产生的过电流、限制器件上的冲击电压，在此均不再赘述。每个晶闸管级中晶闸管控制器的取能电源来自于本级晶闸管两端的电压。每个igct级中igct控制器的取能电源来自于本级igct两端的电压。晶闸管级控制器和igct级控制器具备正向过电压保护触发功能。可控模块中晶闸管级和igct级的串联数量可以调整，具体由混合开关模块的绝缘水平确定。该混合开关模块具有正、反向电压耐受能力和主动关断电流能力，长期失效模式为短路无爆炸风险。
28.根据本发明的另一个实施例，提供了一种如本发明第一个实施例所述的无功功率补偿装置的控制方法，该方法的流程图如图3所示，包括如下步骤：
29.(1)当电网正常运行且交流母线电压稳定时，控制混合开关模块处于闭锁状态，将电容模块投入电网运行。即此时混合开关模块中的晶闸管阀组和igct阀组均处于闭锁状态，固定电容单元中电容c
sc1
和可控电容单元中电容c
sc2
均投入电网系统中。
30.(2)电网出现故障且交流母线电压跌落到预定阈值时，控制混合开关模块处于导通状态，以形成可控电容单元的放电通路。该预定阈值根据系统实际情况设置，在本实施例中，例如可以设置为0.8pu。即此时可控电容单元中电容c
sc2
可以向晶闸管阀组和igct阀组放电，由于晶闸管阀组和igct阀组导通后为低阻抗状态，因此电容c
sc2
上的电压瞬时可降为零。饱和电抗器l
sr
可以限制开通瞬间晶闸管阀组和igct阀组的电流上升率，保障晶闸管和igct安全导通。由于晶闸管阀组和igct阀组处于导通状态，因此混合开关模块起到旁路可控电容单元c
sc2
的作用，电容模块中只有固定电容单元中电容c
sc1
投入电网系统，达到了增大无功功率补偿容量的作用。
31.(3)当电网故障消失且交流母线电压满足恢复条件时，控制混合开关模块处于闭锁状态，以将可控电容单元重新投入电网运行。所述恢复条件包括交流母线电压大于等于电压的预设上限值，并且交流母线电压处于由负到正的过零点。即此时通过闭锁混合开关模块中的晶闸管阀组和igct阀组，可以使可控电容单元中电容c
sc2
重新投入电网中。由于igct是全控器件，晶闸管为半控器件，为保证器件可靠关断，向igct阀组下发关断置零指令时需同时满足以下两个条件：1)变电站控制保护系统检测到电压有效值高于预设上限值，该预设上限值根据系统实际情况设置，在本实施例中，例如可以设置为0.9pu；2)交流母线电压处于由负到正的过零点(此时igct阀组的电流处于最大值)。
32.综上所述，本发明涉及一种基于igct混合开关的无功功率补偿装置及其控制方法，该无功功率补偿装置包括电感模块、电容模块、以及混合开关模块，该混合开关模块当
交流母线电压跌落时导通，以形成可控电容单元的放电通路。通过由晶闸管阀组单元和igct阀组单元组成的混合开关模块，将晶闸管器件和igct器件的优势进行整合，既能够充分利用igct的全控特性，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，又能充分利用晶闸管耐受电压等级高、成本低的特性，使该设备兼具技术性和经济性。
33.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。