專利名稱：超低頻輸電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)的輸配電技術(shù)，尤其是大容量中長距離的交流輸電裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的交流輸配電技術(shù)，典型的是三相交流輸電頻率50(60)赫芝，當(dāng)電壓和距離超過一般水平時，20世紀(jì)60年代后出現(xiàn)直流輸電，形成交直流混合電力系統(tǒng)。
交流輸電存在問題有電壓進一步提高有困難，目前最高765KV，它受到空氣介質(zhì)強度、絕緣介質(zhì)強度、輸電配電絕緣的合理設(shè)計、過電壓防護、同步發(fā)電機運行的穩(wěn)定性、調(diào)壓和無功補償問題、超高壓時的電磁干擾、電暈放電等問題的限止。
而直流輸電存在的問題有直流輸電換流站極為復(fù)雜和昂貴、運行管理費用高、無功補償復(fù)雜、換流產(chǎn)生的諧波要增設(shè)濾波器、直流回路在以大地和水作為回路時會引起沿途金屬構(gòu)件腐蝕、直流高壓斷路器昂貴。因此直流輸電只運用超長距離、超高電壓場合。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種升降壓容易，輸電費用低的超低頻輸電裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型由工頻發(fā)電機、電機降頻頻率變換器、升壓變壓器、高壓輸電線、降壓變壓器、電機升頻頻率變換器和低壓輸電線組成；工頻發(fā)電機的輸出端接電機降頻頻率變換器的輸入端，電機降頻頻率變換器的輸出端接升壓變壓器的輸入端，升壓變壓器的輸出端接高壓輸電線的起始端，高壓輸電線的終端接降壓變壓器的輸入端，降壓變壓器的輸出端接電機升頻頻率變換器的輸入端，電機升頻頻率變換器的輸出端接低壓輸電線。
本實用新型又一技術(shù)方案由超低頻發(fā)電機、升壓變壓器、高壓輸電線、降壓變壓器、電機升頻頻率變換器和低壓輸電線組成；超低頻發(fā)電機的輸出端接升壓變壓器的輸入端，升壓變壓器的輸出端接高壓輸電線的起始端，高壓輸電線的終端接降壓變壓器的輸入端，降壓變壓器的輸出端接電機升頻頻率變換器的輸入端，電機升頻頻率變換器的輸出端接低壓輸電線。
由于本實用新型將工頻發(fā)電機50(60)Hz的電能，經(jīng)電機降頻頻率變換器變成超低頻(5～10Hz)三相電能；又經(jīng)升壓變壓器升到輸電允許的最高電壓(例如500～750KV)，這一電壓在超低頻條件下傳輸，到終端后再經(jīng)降壓變壓器降壓到低電壓，此低頻低電壓經(jīng)電機升頻頻率變換器恢復(fù)變成50(60)Hz的工頻低電壓供工業(yè)使用，因此，本方案具有以下優(yōu)點1、由于輸電線上是超低頻，只有普通工頻的1/10～1/5的頻率，由交流效應(yīng)帶來缺點得以大幅度改善。
線路的穩(wěn)態(tài)無功功率下降，使線路電壓分布平穩(wěn)，無功電流引起的損耗下降，因頻率降低對通訊線路的干擾減輕。
2、因插入了頻率變換器，可實現(xiàn)不同頻率的非同步聯(lián)系。
3、由于頻率降低，長的輸電線引起的不穩(wěn)定性容易得到解決，相對而言輸電線長度可增加。
4、因為是交流輸電可使用變壓器，比直流輸電升降壓容易，變電費用節(jié)省。
5、比直流輸電時使用的逆變器能大幅度減小諧波，免去濾波器，節(jié)省大量投資；6、當(dāng)使用電機型頻率變換器時，可獲得小的諧波，當(dāng)使用電力電子器件逆變器作頻率變換器時，可實現(xiàn)電網(wǎng)間的非同步聯(lián)系。
7、因為是交流輸電，斷路器滅弧容易解決，成本低。
8、因為是交流輸電，無功補償比較容易實現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明

圖1是使用工頻發(fā)電機的超低頻輸電裝置原理圖。
圖2是使用超低頻發(fā)電機的超低頻輸電裝置原理圖。
圖3是電機降頻頻率變換器原理示意圖。
圖4是電機升頻頻率變換器原理示意圖。
圖5是可替代電機升/降頻頻率變換器的電力電子變頻器方框圖。
附圖中1、工頻發(fā)電機；2、電機降頻頻率變換器；3、升壓變壓器；4、高壓輸電線；5、降壓變壓器；6、電機升頻頻率變換器；7、低壓輸電線；8、多對極同步電動機；9、一對極同步發(fā)電機；10、一對極同步電動機；11、多對極同步發(fā)電機；12、超低頻發(fā)電機；13、電力電子變頻器。
具體實施方式
圖1中，使用工頻發(fā)電機的超低頻輸電裝置由工頻發(fā)電機1、電機降頻頻率變換器2、升壓變壓器3、高壓輸電線4、降壓變壓器5、電機升頻頻率變換器6和低壓輸電線7組成；工頻發(fā)電機1的輸出端接電機降頻頻率變換器2的輸入端即多對極同步電動機8的三個電極接頭(見圖3)，電機降頻頻率變換器2的輸出端即一對極同步發(fā)電機9的三個電極接頭，它接到升壓變壓器3的輸入端，升壓變壓器3的輸出端接高壓輸電線4的起始端，高壓輸電線4的終端接降壓變壓器5的輸入端，降壓變壓器5的輸出端接電機升頻頻率變換器6的輸入端即一對極同步電動機10的三個電極接頭(見圖4)，電機升頻頻率變換器6的輸出端即多對極同步發(fā)電機11的三個電極接頭，它接到低壓輸電線7，低壓輸電線7的終端接各類用電器。
工頻發(fā)電機1發(fā)出的50Hz交流電經(jīng)電機降頻頻率變換器2變換成低頻(例如5Hz)交流電后，經(jīng)升壓變壓器3升至高壓送入高壓輸電線4，又經(jīng)遠距離輸送后接入降壓變壓器5降壓，再經(jīng)電機升頻頻率變換器6將低頻(例如5Hz)交流電變換成50Hz交流電，然后接入低壓輸電線7，低壓輸電線7的終端接各類用電器。
組成電機降頻頻率變換器2的多對極同步電動機8和一對極同步發(fā)電機9是同軸運行，這樣才能保證電網(wǎng)同步運行的要求；當(dāng)多對極同步電動機8接在50Hz工頻上時，它以低于普通電動機的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，帶動一對極同步發(fā)電機9發(fā)出低頻電，這就實現(xiàn)了降頻頻率變換。同樣，組成同步電機升頻頻率變換器6的一對極同步電動機10和多對極同步發(fā)電機11也是同軸運行；當(dāng)一對極同步電動機10接在低頻上時，帶動多對極同步發(fā)電機11發(fā)出50Hz工頻電，這就實現(xiàn)了升頻頻率變換。同步電機形式的頻率變換器存在同步運行的要求，不能實現(xiàn)電網(wǎng)間非同步聯(lián)系，但它的優(yōu)點是輸入輸出波形好，諧波很少，可靠性高，而且利用增加勵磁能提供無功電流，調(diào)節(jié)功率因數(shù)。
圖5是電力電子變頻器，它可以替代電機升/降頻頻率變換器，實現(xiàn)頻率的升降變換。該變頻器可以做成頻率比固定的即定比式變頻器，也可做成頻率比可變的變頻器，當(dāng)頻率比可變時就能實現(xiàn)電網(wǎng)間非同步聯(lián)系。電力電子變頻器內(nèi)部原理和結(jié)構(gòu)因不是本發(fā)明要敘述的范圍，因此省略。但是使用電力電子變頻器因波形中諧波成份增加，有必要再插入濾波器。電能經(jīng)升壓變壓器升到輸電允許的最高電壓(例如500～750KV)，由于這一電壓在超低頻條件下運行，具備接近直流輸電的一些優(yōu)點，輸電到終端再經(jīng)降壓變壓器降壓到低電壓，該低電壓再經(jīng)電力電子變頻器升頻變成50(60)Hz的工頻交流供工業(yè)使用。
發(fā)電機的電壓一般10KV左右，而電網(wǎng)在500KV左右，所以要有升壓變壓器和降壓變壓器，這是超低頻變壓器，因頻率低，所以其體積是一般工頻變壓器的5～10倍，因變壓器制作是常規(guī)技術(shù)，而且頻率低，硅鋼片可用比較差的材料，變壓器在整個裝置中占的成本相對較小，所以使用超低頻變壓器是可行的，使用超低頻輸配電可以使電網(wǎng)線路單位長度消耗的無功功率下降。
線路單位長度的無功功率與頻率成正比ΔQLO=U2Zλ2ωLo=U2ωCo]]>
其中，線路波阻抗Zλ=LoCo]]>U線路電壓ω電源角頻率Lo線路分布電感Co線路分布電容Zλ線路波阻抗△QLo線路單位長度無功功率當(dāng)頻率下降時，無功造成的線路損耗下降，無功造成的線路充電功率下降，對無功的補償也相對減少。
例如，當(dāng)頻率ω下降5倍(即10Hz時)，線路單位長度無功功率也下降5倍，這樣線路無功造成損耗也下降5倍。
在長距離輸電時，線路上電壓分布因波的反射形成電壓分布不均，但在頻率很低時，這種不均勻度得到有效改善，相對而言，輸電長度得到延伸。
圖2為本實用新型第二技術(shù)方案，使用超低頻發(fā)電機時的超低頻輸電裝置，由超低頻發(fā)電機12、升壓變壓器3、高壓輸電線4、降壓變壓器5、電機升頻頻率變換器6和低壓輸電線7組成；超低頻發(fā)電機12的輸出端接升壓變壓器3的輸入端，升壓變壓器3的輸出端接高壓輸電線4的起始端，高壓輸電線4的終端接降壓變壓器5的輸入端，降壓變壓器5的輸出端接電機升頻頻率變換器6的輸入端即一對極同步電動機10的三個電極接頭(見圖4)，電機升頻頻率變換器6的輸出端即多對極同步發(fā)電機11的三個電極接頭接低壓輸電線7，低壓輸電線7的終端接各類用電器。
對超低頻發(fā)電機，在水輪發(fā)電機的條件下，只要配置一臺適合水輪機轉(zhuǎn)速的超低頻發(fā)電機即可。例如水輪機轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分時，配置一臺一對極的超低頻發(fā)電機，即可發(fā)出5Hz交流電，如配置一臺二對極的超低頻發(fā)電機，即可發(fā)出10Hz交流電。
權(quán)利要求1.一種超低頻輸電裝置，由工頻發(fā)電機、升壓變壓器、高壓輸電線、降壓變壓器、低壓輸電線組成；其特征在于該裝置還有電機降頻頻率變換器和電機升頻頻率變換器；工頻發(fā)電機的輸出端接電機降頻頻率變換器的輸入端，電機降頻頻率變換器的輸出端接升壓變壓器的輸入端，升壓變壓器的輸出端接高壓輸電線的起始端，高壓輸電線的終端接降壓變壓器的輸入端，降壓變壓器的輸出端接電機升頻頻率變換器的輸入端，電機升頻頻率變換器的輸出端接低壓輸電線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低頻輸電裝置，其特征在于所述電機降頻頻率變換器由多對極電動機和一對極發(fā)電機組成，兩電機同軸運行；多對極電動機為電機降頻頻率變換器的輸入端，一對極發(fā)電機為電機降頻頻率變換器的輸出端；所述電機降頻頻率變換器也可以是電力電子變頻器，該電力電子變頻器的輸入端頻率高于輸出端頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低頻輸電裝置，其特征在于所述電機升頻頻率變換器由一對極電動機和多對極發(fā)電機組成，兩電機同軸運行；一對極電動機為電機升頻頻率變換器的輸入端，多對極發(fā)電機為電機升頻頻率變換器的輸出端；所述電機升頻頻率變換器也可以是電力電子變頻器，該電力電子變頻器的輸入端頻率低于輸出端頻率。
4.一種超低頻輸電裝置，由發(fā)電機、升壓變壓器、高壓輸電線、降壓變壓器、低壓輸電線組成；其特征在于該裝置還有電機升頻頻率變換器；所述發(fā)電機為超低頻發(fā)電機；超低頻發(fā)電機的輸出端接升壓變壓器的輸入端，升壓變壓器的輸出端接高壓輸電線的起始端，高壓輸電線的終端接降壓變壓器的輸入端，降壓變壓器的輸出端接電機升頻頻率變換器的輸入端，電機升頻頻率變換器的輸出端接低壓輸電線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超低頻輸電裝置，其特征在于所述電機升頻頻率變換器由一對極電動機和多對極發(fā)電機組成，兩電機同軸運行；一對極電動機為電機升頻頻率變換器的輸入端，多對極發(fā)電機為電機升頻頻率變換器的輸出端；所述電機升頻頻率變換器也可以是電力電子變頻器，該電力電子變頻器的輸入端頻率低于輸出端頻率。
專利摘要本實用新型公開了一種由工頻發(fā)電機、電機降頻頻率變換器、升壓變壓器、高壓輸電線、降壓變壓器、電機升頻頻率變換器和低壓輸電線組成的超低頻輸電裝置；工頻發(fā)電機發(fā)出的電能，經(jīng)電機降頻頻率變換器變成超低頻電能，又經(jīng)升壓變壓器升到輸電允許的高電壓，此電壓在超低頻條件下遠距離傳輸，到終端后再經(jīng)降壓變壓器降到低電壓，此低頻低電壓最后經(jīng)電機升頻頻率變換器恢復(fù)變成工頻低電壓供工業(yè)使用。該裝置運用于遠距離輸配電，升降壓容易，變電費用節(jié)省。
文檔編號H02M5/02GK2632909SQ0324952
公開日2004年8月11日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者劉永言 申請人:成都希望電子研究所