專利名稱：一種線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限流貯能電路，特別涉及用于輸配電網(wǎng)的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路。
背景技術(shù)：
由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，負(fù)荷的增大，大容量機(jī)組和電廠及變電設(shè)備的投入，尤其是負(fù)荷中心大電廠的出現(xiàn)以及大電力系統(tǒng)的互聯(lián)，使得輸配電網(wǎng)容量大為增加，同時也使短路電流水平日益增高，甚至短路電流水平已經(jīng)超過了目前的斷路器的開斷容量。如果不采取措施加以控制，不但使新變電所的設(shè)備投資大大增加，而且對系統(tǒng)中原有變電所設(shè)備都將產(chǎn)生很大的影響，甚至需要花費(fèi)大量的投資進(jìn)行改造、改建和改換。
現(xiàn)有技術(shù)主要采取以下方法限制電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)中的短路電流1、發(fā)展高一級電網(wǎng)，低壓電網(wǎng)分片或?qū)⒛妇€分列、分段運(yùn)行，甚至將電網(wǎng)解列，以及采用直流聯(lián)網(wǎng)，這些措施不僅投資很大，而且設(shè)計到電網(wǎng)的穩(wěn)定性等復(fù)雜問題，除非不得已才采用。
2、采用高阻抗變壓器或者串聯(lián)電抗器。在輸配電系統(tǒng)中采用此措施，不但會增加網(wǎng)損，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3、更換斷路器，對現(xiàn)有的變電所進(jìn)行增容改造。但代價太大，而且現(xiàn)有的斷路器容量可能無法滿足要求。
并且由于電能本身的特殊性，電力系統(tǒng)一直缺乏能量貯存和功率控制環(huán)節(jié)。目前大系統(tǒng)的發(fā)展和電力市場的要求，電力系統(tǒng)越來越需要可以進(jìn)行功率靈活控制的環(huán)節(jié)。目前的貯能方式主要有電池貯能、超級電容貯能及抽水蓄能。電池貯能充放電速度慢，不能滿足瞬時大功率交換，以及有環(huán)境污染問題；超級電容貯能容量小，且充放電次數(shù)有限；抽水蓄能則受環(huán)境限制，效率太低。而超導(dǎo)貯能，貯能密度高，壽命長，無污染，特別適合短時間與系統(tǒng)進(jìn)行大功率交換。

發(fā)明內(nèi)容
為克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于輸配電網(wǎng)的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，它結(jié)構(gòu)簡單，不僅具有故障限流功能，而且兼顧實(shí)現(xiàn)貯能功能。
本發(fā)明由n組連接變壓器、n組限流電感、n組換流器、一組電流調(diào)節(jié)器、一個直流電容、一個高溫超導(dǎo)線圈組成，安裝于電網(wǎng)系統(tǒng)線路出口處與n路饋線分別相連，接入電網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明的特點(diǎn)在于由多組換流器和連接變壓器連接多條線路饋線，可以同時補(bǔ)償多條饋線的短路和電壓凹陷故障。若換流器輸出電壓等級與限流電壓相匹配，則可以省略連接變壓器，只有一組直流電容、電流調(diào)節(jié)器和超導(dǎo)線圈，可以節(jié)約成本，簡化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可對母線出口處的n條饋線進(jìn)行各種穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償，即調(diào)節(jié)系統(tǒng)不對稱，濾波，無功和有功補(bǔ)償以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流。當(dāng)系統(tǒng)的一路負(fù)載饋線端出現(xiàn)短路故障時，可立即投入限流電感，限制短路電流峰值及穩(wěn)態(tài)值，從而減小了故障電流對系統(tǒng)的沖擊，并確保原有的斷路器就能可靠的切斷故障電流。同時，多組換流器可以使多路饋線互為補(bǔ)償，當(dāng)一路饋線發(fā)生電壓不平衡，諧波和小的電壓擾動時，另一路正常工作饋線通過連接變壓器、換流器和直流電容維持?jǐn)_動饋線的電能質(zhì)量；當(dāng)一路負(fù)載饋線出現(xiàn)故障時，限流電感的投入可以立即限制短路電流，降低出口母線的電壓跌落幅度，多組換流器可以使多路饋線同時通過電流調(diào)節(jié)器吸收超導(dǎo)線圈儲存的能量用于補(bǔ)償母線電壓的跌落值，保證正常工作饋線的電能質(zhì)量。因此，在擴(kuò)大輸配電網(wǎng)容量時，增設(shè)本發(fā)明的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，不僅可以有效地限制了電網(wǎng)中的短路電流，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且能大大減少投資成本。


圖1是本發(fā)明在單相系統(tǒng)中的原理圖，T1、T2……Tn連接變壓器，L1、L2……Ln限流電感，converter1、converter2……convertern換流器，C直流電容器，chopper電流調(diào)節(jié)器，L超導(dǎo)線圈，RS線路電阻，XS線路電抗，Load1、Load2……Loadn負(fù)載；圖2是本發(fā)明在單相系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例，Power Grid電力網(wǎng)絡(luò)，Bus母線，Load1、Load2負(fù)載，T1、T2連接變壓器，L1、L2限流電感，G1、G2……G14為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，D1、D2……D14IGBT寄生二極管，D15、D16快恢復(fù)二極管，C直流電容器，Tr高頻變壓器，L超導(dǎo)線圈。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路如圖1中虛線框所示。在圖1中，本發(fā)明連接于AC電力系統(tǒng)線路出口母線處，與n路并聯(lián)的普通負(fù)載饋線通過n個連接變壓器T1、T2……Tn相串聯(lián)。若換流器輸出電壓等級與限流電壓相匹配，則可以省略連接變壓器。n個連接變壓器T1、T2……Tn分別連接n個限流電感L1、L2……Ln以及n個換流器converter1、converter2……convertern的交流側(cè)端，n個換流器的直流側(cè)端通過一個相同的直流電容C連接，直流電容C同時連接電流調(diào)節(jié)器chopper的電壓換流單元，電流調(diào)節(jié)器chopper的電流換流單元與超導(dǎo)線圈L相連。電流調(diào)節(jié)器是由電壓換流單元，電流換流單元以及連接的高頻變壓器Tr組成。
換流器converter1、converter2……convertern的交流側(cè)端可以提供系統(tǒng)運(yùn)行中的最大的負(fù)荷電流，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，調(diào)節(jié)換流器converter1、converter2……convertern輸出交流電壓與限流電感L1、L2……Ln之間的電壓的差值的基波和諧波的幅值和相位，可以對系統(tǒng)進(jìn)行無功控制，改善系統(tǒng)不對稱，對系統(tǒng)進(jìn)行濾波，調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流，以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。若換流器converter1、converter2……convertern輸出交流電壓與限流電感L1、L2……Ln之間的電壓的差值為零，即本電路工作在待機(jī)狀態(tài)，對系統(tǒng)無影響。當(dāng)系統(tǒng)的一路饋線發(fā)生短路故障時，即故障電流超過換流器converter1、converter2……convertern交流側(cè)端可以提供的最大電壓，即最大負(fù)荷電流與限流電抗的乘積時，故障線路的限流電感L1、L2……Ln立即自動投入進(jìn)行故障限流，限流的同時補(bǔ)償出口母線的電壓跌落，但未能使母線電壓達(dá)到正常值，多組換流器converter1、converter2……convertern可以使多路饋線同時通過電流調(diào)節(jié)器chopper吸收超導(dǎo)線圈儲存的能量用于補(bǔ)償母線電壓的跌落值，使母線電壓補(bǔ)償至正常值，保證未發(fā)生故障的饋線的母線電能質(zhì)量。超導(dǎo)線圈L能量通過電流調(diào)節(jié)器chopper的電壓換流單元產(chǎn)生直流電壓，通過直流穩(wěn)壓電容C和換流器converter1、converter2……convertern產(chǎn)生50Hz交流電壓經(jīng)過連接變壓器T1、T2……Tn注入系統(tǒng)，達(dá)到補(bǔ)償電壓凹陷的功能。當(dāng)系統(tǒng)的一路饋線發(fā)生電壓頻率擾動或諧波時，正常工作饋線通過連接變壓器T1、T2……Tn、換流器converter1、converter2……convertern和直流電容C向擾動饋線傳輸能量，維持?jǐn)_動母線的電能質(zhì)量。
圖2中虛線框中所示為本發(fā)明的一個實(shí)施例。本發(fā)明于安裝于AC電力系統(tǒng)線路出口母線處，與負(fù)載兩路并聯(lián)饋線串聯(lián)，其中Power grid電力網(wǎng)絡(luò)，Bus母線，Load負(fù)載，T1、T2連接變壓器，L1、L2限流電感，G1、G2……G14為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，D1、D2……D14為IGBT內(nèi)部寄生二極管，C電容器，Tr高頻變壓器，D15、D16快恢復(fù)二極管，L超導(dǎo)線圈，其中超導(dǎo)線圈L可以為超導(dǎo)電感，亦可以是普通電感。換流器converter是由G1、G2、G3、G4以及G5、G6、G7、G8組成的兩組H橋，G1、G2組成一個橋臂，G3、G4組成另一個橋臂，兩個橋臂構(gòu)成H橋換流器；G5、G6組成一個橋臂，G7、G8組成一個橋臂，兩個橋臂構(gòu)成H橋換流器。電流調(diào)節(jié)器chopper是由電壓換流單元，電流換流單元以及連接的高頻變壓器Tr組成。電壓換流單元是由G11、G12、G13、G14組成的H橋，G11、G13組成一個橋臂，G12、G14組成另一個橋臂，其交流側(cè)連接高頻變壓器Tr一側(cè)；電流換流單元是由G9、G10以及D15、D16組成，G9與D15連接，G10與D16連接，構(gòu)成整流橋，其交流側(cè)與高頻變壓器Tr的另一側(cè)相連，直流側(cè)連接超導(dǎo)線圈L。系統(tǒng)正常運(yùn)行時流過超導(dǎo)線圈L的是一直流，幾乎無損耗，并且超導(dǎo)線圈L中貯存著的電磁能可以通過電流調(diào)節(jié)器chopper與系統(tǒng)進(jìn)行功率交換，從而對系統(tǒng)進(jìn)行有功與無功的控制對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行各種穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償，即調(diào)節(jié)系統(tǒng)不對稱，濾波，無功以及有功補(bǔ)償以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流。系統(tǒng)的一路饋線發(fā)生電壓不平衡、諧波擾動時，正常運(yùn)行饋線可以通過連接變壓器T1、T2……Tn、換流器converter1、converter2……convertern和直流電容C向擾動饋線傳輸能量，維持?jǐn)_動饋線的合格的電能質(zhì)量。系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，即故障電流超過換流器converter1、converter2……convertern交流側(cè)端可以提供的最大電壓，即最大負(fù)荷電流與限流電抗的乘積時，故障線路的限流電感L1、L2立即自動投入進(jìn)行故障限流，限流的同時補(bǔ)償出口母線的電壓跌落，但未能使母線電壓達(dá)到正常值，多組換流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使多路饋線同時通過電流調(diào)節(jié)器converter1、converter2……convertern吸收超導(dǎo)線圈L儲存的能量用于補(bǔ)償母線電壓的跌落值，使母線電壓補(bǔ)償至正常值，保證未發(fā)生故障的饋線的母線電能質(zhì)量。
本發(fā)明中，一超導(dǎo)線圈L和一電流調(diào)節(jié)器converter的直流電流單元串聯(lián)，電流調(diào)節(jié)器converter的直流電壓單元與直流電容C和n組換流器converter1、converter2……convertern的直流側(cè)并聯(lián)后，通過n組連接變壓器對系統(tǒng)進(jìn)行限流和補(bǔ)償，電流調(diào)節(jié)器chopper和超導(dǎo)電感L可根據(jù)系統(tǒng)補(bǔ)償限流的需要，調(diào)節(jié)不同的占空比而達(dá)到不同的補(bǔ)償和限流效果。系統(tǒng)正常運(yùn)行時流過超導(dǎo)線圈L的是一直流，并且超導(dǎo)線圈L中貯存著的電磁能可以通過控制電流源換流器與系統(tǒng)進(jìn)行功率交換，從而對系統(tǒng)進(jìn)行有功與無功的控制，對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行各種穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償，即調(diào)節(jié)系統(tǒng)不對稱，濾波，無功以及有功補(bǔ)償以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流。系統(tǒng)故障時，它可限制短路電流峰值及穩(wěn)態(tài)值，使原有的斷路器可把大的故障電流斷開。本發(fā)明效率高，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，用于輸配電網(wǎng)，不僅可進(jìn)行各種功率補(bǔ)償，而且還解決了系統(tǒng)故障電流過大問題，同時還大大降低了系統(tǒng)中各元器件耐流量的要求，降低了系統(tǒng)的設(shè)計要求。應(yīng)用于高壓或超高壓輸電網(wǎng)還可以極大的提高系統(tǒng)的靈活性，穩(wěn)定性，安全性和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，其特征在于它連接于AC電力系統(tǒng)線路出口母線處，與n路并聯(lián)的普通負(fù)載饋線通過n個連接變壓器[T1、T2……Tn]相串聯(lián)；n個連接變壓器[T1、T2……Tn]分別連接n個限流電感[L1、L2……Ln]以及n個換流器[converter1、converter2……convertern]的交流側(cè)端，n個換流器的直流側(cè)端通過一個相同的直流電容[C]連接，直流電容[C]同時連接電流調(diào)節(jié)器[chopper]的電壓換流單元，電流調(diào)節(jié)器[chopper]的電流換流單元與超導(dǎo)線圈[L]相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，其特征在于所述的電流調(diào)節(jié)器[chopper]是由電壓換流單元，電流換流單元以及連接的高頻變壓器[Tr]組成，電壓換流單元為由絕緣門極雙極型晶體管IGBT[G11、G12、G13、G14]組成的H橋換流器，[G11]、[G13]組成一個橋臂，[G12]、[G14]組成另一個橋臂，其交流側(cè)連接高頻變壓器[Tr]一側(cè)；電流換流單元由[G9]、[G10]以及快恢復(fù)二極管[D15]、[D16]組成，[G9]與[D15]連接，[G10]與[D16]連接，構(gòu)成整流橋，其交流側(cè)與高頻變壓器[Tr]的另一側(cè)相連，直流側(cè)連接超導(dǎo)線圈[L]。
3.按照權(quán)利要求1所述的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，其特征在于所述的換流器[converter1]由絕緣門極雙極型晶體管IGBT[G1、G2、G3、G4]以及[G5、G6、G7、G8]組成的兩組H橋，[G1]、[G2]組成一個橋臂，[G3]、[G4]組成另一個橋臂，兩個橋臂構(gòu)成H橋換流器；[G5]、[G6]組成一個橋臂，[G7]、[G8]組成另一個橋臂，兩個橋臂構(gòu)成H橋換流器。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，其特征在于若換流器輸出電壓等級與限流電壓相匹配，可以省略連接變壓器。
全文摘要
一種用于輸配電網(wǎng)的線間電壓補(bǔ)償型限流貯能電路，連接于AC電力系統(tǒng)線路出口母線處，與n路并聯(lián)的普通負(fù)載饋線通過n個連接變壓器[T
文檔編號H02J3/01GK1874100SQ200510011829
公開日2006年12月6日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者趙彩宏, 黃曉華, 肖立業(yè), 林良真, 余運(yùn)佳 申請人:中國科學(xué)院電工研究所