专利名称：一种灵活交流输电facts装置通用试验模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气工程科学领域的物理模型，具体讲涉及一种利用低压电器元件搭建的低压物理模型，尤其涉及一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型。
背景技术：
在远距离、大容量输电工程中，随着输电距离的增加，其输送能力受到越来越多的限制，另一方面，电力系统的迅速发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心的负荷和负荷密度的继续增加，以及电力系统之间的互联，导致现代大电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加。短路电流超标已成为威胁现代电力系统安全运行的重要问题之一。智能电网已经在全球范围内进入了实质建设阶段。国家电网公司电网智能化规划也已初步形成，在加强坚强智能电网建设的总体思路和实施方案中FACTS技术应用和FACTS装置研制占据着不可或缺的地位。随着FACTS技术的不断发展，FACTS装置不断涌现，搭建各式各样的FACTS低压模型不仅显得不合时宜，而且还占用大量的人力资源、场地资源、设备资源等。

实用新型内容为了最大限度地利用现有各种资源，提高效率，在研制FACTS低压通用模型时，本实用新型提供一种长期安全、可靠运行，通用性较强的灵活交流输电FACTS装置通用试验模型。本实用新型提供的灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其改进之处在于所述模型包括A、B和C三相电路，所述A、B和C三相电路结构相同，其单相电路包括等效串联电容器组1，等效阀控电抗器2，等效旁路断路器3，等效晶闸管阀4，等效金属氧化物限压器MOV 5，等效火花间隙GAP 6，可调等效线路电抗器7，等效限流电抗器8，调压器9，控制元件10和11，等效闸刀12、13、14、15和16和电流互感器CT ；所述FACTS装置通用试验模型分别模拟固定串联电容器补偿装置FSC、晶闸管控制串联电容器补偿装置TCSC 和串联谐振型故障电流限制器装置FCL超高压FACTS装置的运行工况；所述FACTS装置通用试验模型采用两级和三重过电流保护和安全维护设计；所述FACTS装置通用试验模型各等效元件设计为模块化、分层化和推拉式框架结构。本实用新型提供的另一种优选技术方案所述等效串联电抗器组1与可调等效线路电抗器7、等效限流电抗器8串联组成输电线路模型。本实用新型提供的再一种优选技术方案所述等效串联电抗器组1与等效旁路断路器3、等效晶闸管阀4、等效金属氧化物限压器5和等效火花间隙6并联组成串联电容器的多级过电压保护器。本实用新型提供的还一种优选技术方案所述等效阀控电抗器2与等效晶闸管阀 4串联后并联于等效串联电容器组1两端。本实用新型提供的又一种优选技术方案所述调压器9为通用试验模型提供工作电源。本实用新型提供的另一种优选技术方案所述电流互感器CT包括电流互感器 CT1、CT2、CT3、CT4和CT5，所述电流互感器CT1、CT2、CT3、CT4和CT5分别采集模型等效线路电流、等效串联电容器组电流、等效金属氧化物限压器电流、等效晶闸管阀电流和等效火花间隙电流。本实用新型提供的还一种优选技术方案所述两级和三重过电流保护包括在模型电源输入端设计过电流速断开关，调压器的输出端设计熔断器和过电流速断开关；所述安全维护设计为三相闸刀。本实用新型提供的再一种优选技术方案所述等效闸刀12、13、14、15和16均用信号继电器模拟。本实用新型提供的又一种优选技术方案所述等效火花间隙6采用晶闸管模块设计实现，相应A、B和C三相触发控制电路采用光电触发控制回路设计实现。和现有技术比，本实用新型提供的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型， 分别模拟FSC、TCSC和FCL三种超高压FACTS装置不同运行工况，具有较强的通用性；FACTS 通用低压模型节约了人力资源、场地资源和设备资源；模型各等效元器件能精确模拟与之对应的超高压FACTS装置各一次主设备的电气特性；模型各等效元件均采用模块化、分层次、推拉式设计，确保了模型的可扩展性，便于升级、改造为模拟其他新型FACTS装置运行工况打下了坚实的基础；模型采用两级过电流保护设计，第一级为电源输入端的过电流保护，第二级为调压器输出端的过电流和熔断器双重保护，实现了模型的长期安全、可靠运行。

图1是装置通用试验模型单相电路原理图；图2是FACTS装置通用试验模型两级和三重过电流保护和安全维护设计图；图3是FACTS装置通用试验模型结构设计图；图4是FACTS装置通用试验模型电抗器柜结构设计图；图5是FACTS装置通用试验模型单相的光控单元结构图；图6是FCL工况下模型保护试验录波图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明。图1是FACTS装置通用试验模型单相电路原理图。单相电路包括等效串联电容器组1，等效阀控电抗器2，等效旁路断路器3，等效晶闸管阀4，等效金属氧化物限压器MOV 5，等效火花间隙GAP 6，可调等效线路电抗器7，等效限流电抗器8，调压器9，控制元件10 和11，等效闸刀12、13、14、15、和16和电流互感器CT，其中，等效串联电容器组1与可调等效线路电抗器7、等效限流电抗器8串联，组成带有串联电容器补偿功能和故障电流限制功能的输电线路模型，具体来说可调等效线路电抗器7采用可调节器件能模拟多种输电线路感性阻抗，等效限流电抗器8当线路发生故障时快速接入，增加线路等效阻抗限制故障电流；等效串联电容器组1通过与等效旁路断路器3、等效晶闸管阀4、等效金属氧化物限压器5、等效火花间隙6的并联实现对串联电容器的多级过电压保护，具体来说等效旁路断路器3和等效金属氧化物限压器MOV 5用于对电容器组进行过电压保护，等效火花间隙GAP 6用于对电容器组和MOV进行过电压保护；等效阀控电抗器2与等效晶闸管阀4串联后并联于等效串联电容器组1两端，实现对可控串补等效容抗的快速控制；调压器9为通用试验模型提供工作电源；控制元件10和11，用于进行试验模型电路结构切换，从而实现对FSC、 TCSC和FCL三种FACTS装置不同运行工况的模拟；等效闸刀12-16用于反映FACTS装置检修/运行状态，模型中等效闸刀用信号继电器模拟，通过信号继电器的辅助接点将闸刀状态反馈给FACTS装置控制保护系统，它所体现的FACTS装置状态对FACTS装置控制保护系统的控制保护策略至关重要；电流互感器CT1、CT2、CT3、CT4和CT5分别采集模型等效线路电流、等效串联电容器组电流、等效金属氧化物限压器电流、等效晶闸管阀电流、等效火花间隙电流。FACTS装置通用试验模型两级和三重过电流保护安全维护设计图。如图2所示，其中，两级和三重过电流保护，第一级为电源输入端的过电流保护，即在模型电源输入端设计了一个额定电流IOA的过电流速断开关。第二级为在调压器的输出端设计了一个额定电流 5A的熔断器和一个额定电流5A的过电流速断开关作为模型的双重过电流保护；其中，安全维护设计为三相闸刀，设备维护人员可以通过它的明显断开点确认模型回路已断电，从而确保设备维护人员的人身安全。FACTS装置通用试验模型结构设计图见图3所示，试验模型各等效元件均为模块化、分层次、推拉式设计，采用800*800拉600的标准屏柜构建确保了模型的标准化设计思路，需功能扩展时可在新增标准屏柜内实现；模型任意等效元件需要维护、检修或升级、改造时可将其从所在间隔或单元拉出，进行故障排查或元器件更换。图4是模型电抗器组柜结构设计图，图中给出了电抗器屏正视图和侧视图。电抗器屏正视图，其中，第一个框内为控制模型运行工况变化的两个接触器及其模型主回路上与电源的明显断开点的三相闸刀；第二个框内为三相等效电流电抗器和等效金属氧化物限压器MOV阻尼电抗器；第三个框内为等效阀控电抗器；第四个框内为三相可调等效线路电抗器。在电抗器屏侧视图浅色部分为被遮挡部分。图3模型电容器组柜中的A、B和C三相的光控单元中集成了各相的等效晶闸管阀元件和等效晶闸管阀触发板。其中等效晶闸管阀元件与等效阀控电抗器串联后，再并联于等效串联电容器组两端，实现对可控串补等效容抗的快速控制。等效火花间隙采用晶闸管模块设计实现，相应A、B和C三相触发控制电路采用光电触发控制回路设计实现。图5为单相的光控单元结构图，A、B、C相结构均相同。FACTS装置通用试验模型分别模拟FSC、TCSC和FCL三种超高压FACTS装置，不同运行工况具体如下1)固定串联电容器补偿装置FSC在图1中，控制元件10处于闭合状态时，等效限流电抗器被短接，控制元件11处于分断状态时，阀控回路被断开。此时，FACTS装置通用试验模型将运行在FSC工况下，即通过可调等效线路电抗器模拟长距离输电线路的感性阻抗，等效串联电容器则模拟串联电容器组对线路感抗进行容性补偿。等效金属氧化物限压器M0V、等效火花间隙GAP、等效旁路断路器则模拟实际FSC装置相关的一次保护设备，用于对串联电容器组进行过电压保护。[0030]2)晶闸管控制串联电容器补偿装置TCSC在图1中，控制元件10处于闭合状态时，等效限流电抗器被短接，控制元件11处于闭合状态时，阀控回路被接入。此时，FACTS装置通用试验模型将运行在TCSC工况下，其与FSC的不同之处是在串联电容器组上并联一个由反并联晶闸管阀控制的电感支路，利用调节晶间管阀触发角度实现对可控串补等值基波容抗的快速控制。3)串联谐振型故障电流限制器装置FCL在图1中，控制元件10处于分断状态时，等效限流电抗器被接入，控制元件11处于闭合状态时，阀控回路被接入。此时，FACTS装置通用试验模型将运行在FCL工况下，其与 TCSC的不同之处是在串联电容器组前串联一个限流电抗器，正常情况下电容器组和限流电抗器发生串联谐振等效阻抗为零。一旦线路发生短路故障，将电容器组快速短接，投入限流电抗器，增加线路等效阻抗，限制故障电流。FCL工况下模型保护试验录波图如图6所示。最后应该说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解到本领域技术人员依然可以对本实用新型的具体实施例进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
权利要求1.一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于所述模型包括A、B和C 三相电路，所述A、B和C三相电路结构相同，其单相电路包括等效串联电容器组(1)，等效阀控电抗器(2)，等效旁路断路器(3)，等效晶闸管阀G)，等效金属氧化物限压器MOV (5)， 等效火花间隙GAP (6)，可调等效线路电抗器(7)，等效限流电抗器(8)，调压器(9)，控制元件(10、11)，等效闸刀(12、13、14、15、16)和电流互感器CT;所述FACTS装置通用试验模型分别模拟固定串联电容器补偿装置FSC、晶闸管控制串联电容器补偿装置TCSC和串联谐振型故障电流限制器装置FCL超高压FACTS装置的运行工况；所述FACTS装置通用试验模型采用两级和三重过电流保护和安全维护设计；所述FACTS装置通用试验模型各等效元件设计为模块化、分层化和推拉式框架结构。
2.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述等效串联电容器组⑴与可调等效线路电抗器⑵、等效限流电抗器⑶串联组成输电线路模型。
3.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述等效串联电容器组(1)与等效旁路断路器(3)、等效晶闸管阀G)、等效金属氧化物限压器 (5)和等效火花间隙(6)并联组成串联电容器组的多级过电压保护器。
4.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述等效阀控电抗器⑵与等效晶闸管阀⑷串联后并联于等效串联电容器组⑴两端。
5.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述调压器(9)为通用试验模型提供工作电源。
6.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述电流互感器CT包括电流互感器CT1、CT2、CT3、CT4和CT5，所述电流互感器CT1、CT2、CT3、 CT4和CT5分别采集模型等效线路电流、等效串联电容器组电流、等效金属氧化物限压器电流、等效晶闸管阀电流和等效火花间隙电流。
7.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述两级和三重过电流保护包括在模型电源输入端设计过电流速断开关，调压器的输出端设计熔断器和过电流速断开关；所述安全维护设计为三相闸刀。
8.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述等效闸刀(12、13、14、15、16)均用信号继电器模拟。
9.如权利要求1所述的一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，其特征在于，所述等效火花间隙(6)采用晶闸管模块设计实现，相应A、B和C三相触发控制电路采用光电触发控制回路设计实现。
专利摘要本实用新型涉及一种灵活交流输电FACTS装置通用试验模型，该模型采用等效晶闸管阀(4)、等效金属氧化物限压器MOV(5)、等效火花间隙GAP(6)，以及电容器、电抗器等低压电器元件搭建，设计专用控制元件(10)和(11)，通过改变控制元件(10)和(11)的状态实现模型电路结构变换，用于模拟FACTS装置的挂网运行工况，其各等效元件设计为模块化、分层化和推拉式框架结构。本实用新型提供的技术方案可实现模型长期安全、可靠运行，并且模型通用性较强。
文档编号G01R31/00GK202002981SQ20102056919
公开日2011年10月5日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者刘慧文, 喻劲松, 戴朝波, 燕翚, 王皓 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞科技有限公司