專利名稱：用于采用dc傳輸系統(tǒng)改善ac傳輸系統(tǒng)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用DC傳輸系統(tǒng)改善AC傳輸系統(tǒng)的調(diào)度能力 (dispatchability )、系統(tǒng)穩(wěn)定性和功率流控制能力的方法和設(shè) 備。
背景技術(shù)：
通常由本地發(fā)電(即，位于負(fù)栽中心內(nèi)部或緊鄰負(fù)栽中心)和來 自遠(yuǎn)地發(fā)電源的長距離高壓AC或DC傳輸線的組合通過本地AC網(wǎng)絡(luò) 為綜合負(fù)載中心(例如，大市區(qū)或具有相當(dāng)大的連續(xù)負(fù)載的地理區(qū) 域)提供服務(wù)。所述區(qū)域經(jīng)常被高壓AC環(huán)包圍或部分包圍。在某些 情況下，通過本地AC網(wǎng)絡(luò)饋送或"轉(zhuǎn)送(wheel)"運(yùn)往其他遠(yuǎn)地 負(fù)載中心的功率。圖1對其給出了示意性說明。這一布局易受服務(wù) 于順次級聯(lián)到所述本地區(qū)域的區(qū)域的一個或多個長距離線路上的停 電或故障事件所導(dǎo)致的電壓穩(wěn)定性和供電中斷的影響。此外，還難 以控制長距離線路或本地網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。其通常需要添加昂貴的AC控 制器，例如，統(tǒng)一功率流控制器(UPFC)或其他靈活的AC傳輸系統(tǒng) (FACTS)裝置。處于這種情況下的區(qū)域性電力網(wǎng)或本地負(fù)載中心未 受隔離并且不可控制。一種局部解決方案是通過位于負(fù)載附近的小型分布式發(fā)電機(jī)組 為區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)或負(fù)載中心提供全部服務(wù)，所述小型分布式發(fā)電機(jī)組 例如經(jīng)由AC環(huán)連接至所述網(wǎng)絡(luò)并以統(tǒng)一的方式受到控制，如圖2所 示。將根據(jù)需要對發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)度，使之服務(wù)于就近的負(fù)載，并且 將在整個負(fù)載循環(huán)內(nèi)對發(fā)電機(jī)進(jìn)行斜升和斜降操作。這樣受到遠(yuǎn)地 傳輸線上的事件的影響更小。但是，這樣的解決方案具有很多困難， 包括小發(fā)電機(jī)的成本以及將其布置到居民區(qū)內(nèi)的難度。此外，這種 解決方案沒有提供轉(zhuǎn)送大量功率通過該區(qū)域。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用多饋入/饋出布局中的可控AC - DC轉(zhuǎn)換器為諸如大城市的區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)或本地負(fù)載中心供電的 分級受控DC傳輸環(huán)或局部環(huán)。這提供了非常穩(wěn)定的AC-DC-AC功率 輸送網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)為所有被饋給的負(fù)載提供完全可控的功率，與此 同時，同時控制所有輸入和輸出AC和/或DC線路上的功率流。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種DC電力傳輸系統(tǒng)將本地AC傳輸 網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系統(tǒng)隔離。提供了本地AC負(fù)栽中心，其具有多個 本地AC負(fù)栽以及服務(wù)于該多個本地AC負(fù)載的一個或多個配電網(wǎng)饋 線(distribution feeder)。可以提供遠(yuǎn)地AC負(fù)載。至少一個遠(yuǎn) 地電力發(fā)電站通過AC傳輸線向所述本地AC負(fù)栽中心和/或所述遠(yuǎn)地 AC負(fù)載提供AC功率，并且在所述本地AC負(fù)載中心與所述遠(yuǎn)地電力 發(fā)電站和所述遠(yuǎn)地負(fù)載之間至少部分地插入其上具有多個DC負(fù)載的 DC傳輸環(huán)或局部環(huán)。所述DC傳輸環(huán)將從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站接收的 AC功率與所述本地AC負(fù)載中心隔離。第一多個AC/DC轉(zhuǎn)換器與位于 所述本地AC負(fù)載中心外部的DC傳輸環(huán)電接口連接，用于將來自所 述遠(yuǎn)地發(fā)電站的AC功率轉(zhuǎn)化為在DC傳輸環(huán)上流動的DC功率，并使 該DC功率可用于DC傳輸環(huán)上的該多個DC負(fù)載中的其他的至少一 些。第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器與所述DC傳輸環(huán)電接口連接，用于將來 自所述DC傳輸環(huán)的DC功率轉(zhuǎn)化為AC功率，所述AC功率被路由至 本地AC負(fù)載或遠(yuǎn)地負(fù)載。將位于所述本地AC負(fù)載中心內(nèi)的該一個 或多個配電網(wǎng)饋線通過所述第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器電連接至所述DC 傳輸環(huán)，用于向所述本地AC負(fù)載中心提供AC功率，同時將所有的 本地AC負(fù)栽與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站隔離。將位于所述本地AC負(fù)栽 中心之外的傳輸線通過所述第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器電連接到所述DC 傳輸環(huán)，用于向遠(yuǎn)地負(fù)載提供AC功率，同時將所有的本地AC負(fù)載 與這一功率傳遞操作隔離。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，在所述DC傳輸環(huán)上的預(yù)定位置插入 多個隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于隔離所述DC傳輸環(huán)上的故障，以防止 所述故障干擾所述系統(tǒng)，或引起整個系統(tǒng)的崩潰。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，將至少一個本地AC功率發(fā)電機(jī)通過 所述DC傳輸環(huán)電連接到所述AC負(fù)載中心。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，借助于從由高壓(HV)或超高壓 (EHV)構(gòu)成的傳輸線組選出的傳輸線，將由所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站產(chǎn)生的AC功率傳輸至本地網(wǎng)絡(luò)，并且所述傳輸線可以是架空的或地下 的。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，受控AC/DC轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)預(yù)計從所述 遠(yuǎn)地電力發(fā)電站流至相對于所述本地AC負(fù)載中心處于遠(yuǎn)地的市場的 功率跨越所述DC傳輸環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述系統(tǒng)包括位于所述本地AC負(fù)載 中心內(nèi)、與所述DC傳輸環(huán)電連通的至少一個DC功率源。所述DC傳 輸環(huán)將所述DC功率源與所述AC負(fù)載隔離，并提供所述DC源的受控 調(diào)度。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，存在位于所述本地AC負(fù)載中心內(nèi)與 所述DC傳輸環(huán)電連通的多個不同的分布式發(fā)電DC功率源。所述DC 傳輸環(huán)將所述DC功率源與所述AC負(fù)載隔離，并提供所述DC源的受 控調(diào)度。根據(jù)本發(fā)明的另 一 實施例，所述AC-DC轉(zhuǎn)換器為電壓源轉(zhuǎn)換器。 根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，多個不同的分布式發(fā)電DC功率源位 于所述本地AC負(fù)載中心內(nèi)與所述DC傳輸環(huán)電連通并選自由燃料電 池、微渦輪機(jī)、太陽能光電裝置、電池和DC微電力網(wǎng)構(gòu)成的組。所 述DC傳輸環(huán)將所述DC功率源與所述AC負(fù)載隔離，并提供所述DC 源的受控調(diào)度。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，第二 DC傳輸環(huán)與所述系統(tǒng)互連并遵 循類似的但不連續(xù)的路線以供后備之用。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周 圍的AC系統(tǒng)隔離的DC電力傳輸系統(tǒng)，其包括具有多個AC負(fù)載的AC 負(fù)載中心、服務(wù)于該多個AC負(fù)載的AC配電網(wǎng)饋線、具有多個DC負(fù) 載的本地DC負(fù)載中心以及服務(wù)于該多個DC負(fù)載的DC配電網(wǎng)饋線。 至少一個遠(yuǎn)地電力發(fā)電站向所述本地AC負(fù)載中心提供AC功率。在 所述本地AC和DC負(fù)載中心與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站之間至少部分地 插入其上具有多個DC負(fù)載的DC傳輸環(huán)。所述DC傳輸環(huán)將從所述遠(yuǎn) 地電力發(fā)電站接收的AC功率與所述本地AC和DC負(fù)載中心隔離。第 一多個AC/DC轉(zhuǎn)換器在所述本地AC負(fù)載中心外部與所述DC傳輸環(huán) 電接口連接，用于將來自所述發(fā)電站的AC功率轉(zhuǎn)化為DC功率，并 使在AC/DC轉(zhuǎn)換器之一處轉(zhuǎn)換的DC功率可用于所述DC傳輸環(huán)上的該多個DC負(fù)載中的其他的至少一些。第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器在所述 AC本地負(fù)載中心之內(nèi)與所述DC傳輸環(huán)電接口連接，用于將來自所述 DC傳輸環(huán)的DC功率轉(zhuǎn)化為提供給AC負(fù)載的AC功率。將位于所述本 地AC負(fù)載中心內(nèi)的AC配電網(wǎng)饋線通過所述第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器 電連接到所述DC傳輸環(huán)，用于向所述本地AC負(fù)載中心提供AC功率， 同時所有本地負(fù)載與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站隔離。將位于所述本地DC 負(fù)載中心內(nèi)的DC配電網(wǎng)饋線通過所述第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器電連接 到所述DC傳輸環(huán)，用于向所述DC傳輸環(huán)提供DC功率。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，多個不同的分布式發(fā)電DC功率源位 于所述本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)與所述DC傳輸環(huán)電連通。所述DC傳輸環(huán) 將所述DC功率源與所述AC負(fù)載隔離，并提供所述DC源的受控調(diào)度。一種根據(jù)本發(fā)明的實施例的將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系 統(tǒng)隔離的方法，其包括一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有帶有多個AC負(fù)栽的 AC負(fù)載中心、服務(wù)于該多個本地AC負(fù)載的一個或多個配電網(wǎng)饋線以 及用于向本地AC負(fù)載中心提供AC功率的至少一個遠(yuǎn)地電力發(fā)電 站。所述方法包括以下步驟在所述本地AC負(fù)載中心和所述遠(yuǎn)地電 力發(fā)電站之間至少部分地插入其上具有多個DC負(fù)載的DC傳輸環(huán)， 并且將通過所述DC傳輸環(huán)從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站接收的AC功率與 所述本地AC負(fù)載中心隔離。將來自所述發(fā)電站的AC功率轉(zhuǎn)化為DC 功率，并使其可用于所述DC傳輸環(huán)上的該多個DC負(fù)載中的其他的 至少一些。將來自所述DC傳輸環(huán)的DC功率轉(zhuǎn)化為AC功率；使所述AC功 率分布于所述本地AC負(fù)載中心之內(nèi)，同時將所有的本地AC負(fù)載與 所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站隔離。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法包括在所述DC傳輸環(huán)上的 預(yù)定位置插入多個隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器用于隔離所述DC傳輸環(huán)上的故 障以防止所述故障干擾所述系統(tǒng)的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法包括將至少一個本地AC功 率發(fā)電機(jī)電連接至處于所述DC傳輸環(huán)之內(nèi)的AC負(fù)載中心的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另 一實施例，所述方法包括引導(dǎo)預(yù)計從所述遠(yuǎn)地電 力發(fā)電站流至相對于所述本地AC負(fù)栽中心處于遠(yuǎn)地的市場的功率跨 越所述DC傳輸環(huán)的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法包括提供位于所述本地AC 傳輸網(wǎng)絡(luò)上與所述DC傳輸環(huán)電連通的至少一個DC功率源的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法包括提供位于所述本地AC 傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)與所述DC傳輸環(huán)電連通的多個不同的分布式發(fā)電DC功 率源的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法包括提供位于所述本地AC 傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)與所述DC傳輸環(huán)電連通并且選自由燃料電池、微渦輪 機(jī)、太陽能光電裝置、電池和DC微電力網(wǎng)構(gòu)成的組的多個不同的分 布式發(fā)電DC功率源的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述方法包括提供與所述系統(tǒng)互連并 且遵循類似的但不連續(xù)的路線以供后備之用的第二 DC傳輸環(huán)的步 驟。


本發(fā)明的一些目的如上文所述。通過結(jié)合下述附圖對本發(fā)明的說 明，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在圖中 圖1是典型AC網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖2是控制AC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和通過AC網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載流的問題的部分解決 方案的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)的示意圖，其示出了該系統(tǒng)如 何通過在本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)(負(fù)載和發(fā)電機(jī))和外部AC電力網(wǎng)之間 插入DC傳輸環(huán)而將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的其余AC系統(tǒng)隔開；以 及圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)如何提供其他類型的 本地發(fā)電和負(fù)載的集成的示意圖。
具體實施方式
如上所述，圖1示出了典型的AC網(wǎng)絡(luò)，其包括由幾條高壓(HV) 或超高壓(EHV)AC傳輸線2饋電或橫斷的本地AC負(fù)載中心或區(qū)域l。 遠(yuǎn)地發(fā)電站3 (例如，核電站或燃煤發(fā)電站)產(chǎn)生的電力在本地AC 負(fù)載中心內(nèi)被消耗或者通過本地AC負(fù)載中心被轉(zhuǎn)送至更遠(yuǎn)的市場 4。附近的或"本地的"發(fā)電站5也為本地和/或遠(yuǎn)地市場提供電力。通過歐姆定律調(diào)節(jié)這一本地和延伸的AC網(wǎng)絡(luò)中的功率流，即，其并 沒有被有效控制。功率流向電阻最低的路徑，可能導(dǎo)致輸配電資源 的利用不足和/或過栽。HV或EHV饋線上的故障可能級聯(lián)到本地AC 傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，引起停機(jī)。由于通過所述網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)地發(fā)電至遠(yuǎn)地負(fù)栽的未經(jīng)調(diào)節(jié)的流量，可能在本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定或崩漆 /貝。圖2示出了控制AC網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)和通過AC網(wǎng)絡(luò)l的負(fù)栽流的問題的 局部解決方案。在這種情況下，完全通過處于負(fù)載附近的小型、分 布式AC發(fā)電機(jī)5為所述區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)或負(fù)載中心服務(wù)，并且所述區(qū)域 性網(wǎng)絡(luò)或負(fù)載中心連接至本地網(wǎng)絡(luò)并以統(tǒng)一的方式，例如經(jīng)由AC環(huán) (未示出)進(jìn)行控制。根據(jù)需要調(diào)度本地發(fā)電機(jī)5以服務(wù)于就近負(fù) 載，并且可以在整個負(fù)載循環(huán)內(nèi)被斜升和斜降。由于不存在與外部 AC電力網(wǎng)的顯著連接，因而不會存在與流經(jīng)本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)的預(yù)定 或未預(yù)定的功率相關(guān)的問題?，F(xiàn)在參考圖3，本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出了系統(tǒng)10,其通過在本 地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)(AC負(fù)載和發(fā)電;f幾)和外部AC電力網(wǎng)之間插入DC傳 輸環(huán)將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系統(tǒng)的其余部分完全隔離。系 統(tǒng)10包括本地AC負(fù)載中心或區(qū)域11，主要通過幾條高壓(HV)或 超高壓(EHV) AC傳輸線12對其負(fù)載服務(wù)。遠(yuǎn)地發(fā)電站13產(chǎn)生的電 力在本地AC負(fù)載中心11或更遠(yuǎn)的市場14內(nèi)被消耗。附近的或"本 地的"發(fā)電站15也為本地和/或遠(yuǎn)地市場14提供電力。但是，與其 他系統(tǒng)相比，所有的供給發(fā)電，不管是本地的還是遠(yuǎn)地的，都不是 直接連接至負(fù)載，而是必須通過高功率DC傳輸環(huán)16到達(dá)那些負(fù)載。 DC環(huán)16部分或整個地"包圍"目標(biāo)負(fù)載區(qū)域ll，其可以是大城市 或負(fù)載中心，也可以是包括顯著的用戶負(fù)載而且要承受非受控功率 流的大地理區(qū)域。將每條進(jìn)入到所述本地區(qū)域的AC HV或EHV線12通過AC/DC轉(zhuǎn) 換器17連接至DC環(huán)16，所述AC/DC轉(zhuǎn)換器17將AC功率轉(zhuǎn)化為DC 功率，并使所述功率可用于DC環(huán)16上的每一其他DC負(fù)載或"客戶 機(jī)"。優(yōu)選的AC/DC轉(zhuǎn)換器類型為電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)，因為其易 于控制流過其的功率。將為本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)ll內(nèi)的負(fù)載服務(wù)的每 一 AC輔助變速箱或配電網(wǎng)饋線通過AC/DC轉(zhuǎn)換器17連接至DC環(huán)16，所述AC/DC轉(zhuǎn)換器17將DC功率轉(zhuǎn)化回AC功率。通過這種方式， 將所有的本地AC負(fù)栽與外部AC系統(tǒng)完全隔離。此外，預(yù)定從遠(yuǎn)地發(fā)電站13流至遠(yuǎn)地市場14的功率必須首先經(jīng) 由受控VSC 17橫越DC環(huán)16。這允許根據(jù)逐分鐘的需求對系統(tǒng)11內(nèi) 的所有供給和所有負(fù)載進(jìn)行全面控制。這防止了對線路的過度利用 或利用不足，并且每一負(fù)載不受除對其饋電的線路以外的所有線路 上的事件的影響。借助于在環(huán)繞環(huán)16的多個位置處插入的隔離DC-DC 轉(zhuǎn)換器或"斷路器(chopper ) " 19,阻止了 DC環(huán)16上的故障干 擾整個系統(tǒng)。如果沿DC環(huán)16在某處發(fā)生了故障，就采用DC-DC轉(zhuǎn) 換器19使DC環(huán)16分段，并將故障部分隔離。還可以采用DC-DC轉(zhuǎn) 換器19對環(huán)16上的功率流進(jìn)行有效控制，如果認(rèn)為有利的話?，F(xiàn)在參考圖4， DC傳輸系統(tǒng)10的更為詳細(xì)的視圖示出，系統(tǒng)10 提供其他類型的本地發(fā)電和負(fù)載的容易的集成，例如，諸如燃料電 池和微渦輪機(jī)21的分布式發(fā)電(DG);諸如太陽能光電裝置22的 分布式可再生能源；諸如電池23的蓄能裝置；以及DC微電力網(wǎng)24。 這些技術(shù)中的多種技術(shù)生成DC功率作為其固有輸出。在連接至AC 系統(tǒng)時，這些技術(shù)必須結(jié)合從DC到AC的轉(zhuǎn)換。優(yōu)選將這些額外的 資源直接連接至DC傳輸環(huán)16。這允許根據(jù)需要和可用的調(diào)度這些資 源而不會伴隨不穩(wěn)定性或與通常和這些源相關(guān)聯(lián)的電力網(wǎng)的不利的 相互作用。更具體地說，所提出的系統(tǒng)替代或擴(kuò)充了服務(wù)于諸如大城市的區(qū) 域性網(wǎng)絡(luò)或本地負(fù)栽中心11的常規(guī)高壓AC網(wǎng)絡(luò)。DC傳輸環(huán)16或局 部環(huán)利用多饋入/饋出布局中的分級受控AC-DC轉(zhuǎn)換器17對所有往 返于區(qū)域11的功率交換進(jìn)行"安排(broker)"。這一布局導(dǎo)致極 為穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，其對于負(fù)載和/或供給中的內(nèi)部和外部以及計劃和非 計劃的變化而言是完全可控的?？梢韵鄬τ趯δ男〢C線進(jìn)行調(diào)度以 及處于何種功率級對通過區(qū)域11的功率流控制進(jìn)行充分調(diào)度。本發(fā)明"模擬"了圖2中設(shè)想的互控、小型分布式AC發(fā)電機(jī)的 配電網(wǎng)，同時允許大功率轉(zhuǎn)送通過該區(qū)域且不會帶來與AC發(fā)電機(jī)相 關(guān)的選址、燃料供應(yīng)和其他環(huán)境問題。本發(fā)明還建立了與周圍的AC 網(wǎng)絡(luò)充分隔離并被保護(hù)不受周圍的AC網(wǎng)絡(luò)影響的非同步AC區(qū)，并 且該非同步AC區(qū)可以簡單地用功率流或穩(wěn)定性分析程序建立模型?？缭綄挼乩韰^(qū)域的多個區(qū)也是可以的，且區(qū)間連接通過本領(lǐng)域已知的多種大功率傳輸系統(tǒng)(例如，EHV、 AC、 HVDC等)中的任何一種來 提供。本發(fā)明還允許并且甚至促進(jìn)了諸如燃料電池和太陽能光電裝置 (PV)的先進(jìn)的分布式發(fā)電(DG)資源或者諸如電池或飛輪的分布 式蓄能單元的簡化使用。由于這些分布式技術(shù)中的大多數(shù)輸出DC功 率而不是AC功率，因而更易于通過DC環(huán)16實現(xiàn)它們與本地負(fù)載的 連接和控制。類似地，易于通過與本發(fā)明中的DC傳輸系統(tǒng)的連接將 DC微電力網(wǎng)24集成到本地AC系統(tǒng)中。用于偶發(fā)目的和改善可靠性、遵循類似的但不連續(xù)的路線的第二 個等同的DC傳輸環(huán)是可選的。采用帶有分級編程的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)硬 件和軟件。形成環(huán)16的DC線或電纜可以是常規(guī)的、高安培容量、HVDC架 空導(dǎo)體、地下DC電纜、或高安培容量、低壓DC超導(dǎo)電纜。出于系 統(tǒng)安全性的考慮，優(yōu)選采用地下電纜。對于高功率負(fù)載和大環(huán)(長 電纜敷設(shè)路徑(cable run))而言，DC超導(dǎo)電纜將是理想的。AC-DC轉(zhuǎn)換器17可以是電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)，但是具有類似功 能的其他拓樸結(jié)構(gòu)也是可以的。系統(tǒng)控制是分級的，其采用了本領(lǐng) 域已知的方法。所述分級控制系統(tǒng)提供系統(tǒng)的總體主控制，其控制 了所有的饋入、負(fù)載服務(wù)和轉(zhuǎn)送功率需求。在一個優(yōu)選實施例中， 所述控制可以來自中央能量調(diào)度中心以根據(jù)需要接納和控制來自長 距離AC線路的功率；或者根據(jù)需要向負(fù)載中心內(nèi)的負(fù)載調(diào)度受控功 率；或者在跨越該區(qū)域轉(zhuǎn)送功率時，操縱功率流入和流出所述負(fù)載 中心。在另一優(yōu)選實施例中， 一個轉(zhuǎn)換站將作為引導(dǎo)且所有其他的 將跟隨。在這種情況下，該引導(dǎo)轉(zhuǎn)換站將建立工作DC電壓，并且其 他轉(zhuǎn)換站將以電流控制模式工作。在該多個轉(zhuǎn)換站之間利用標(biāo)準(zhǔn)通 信系統(tǒng)。用于每一個AC/DC轉(zhuǎn)換器17的控制器配備有本地控制系統(tǒng) 和濾波器，因而它們不會相互產(chǎn)生不利影響，并且只對來自諸如調(diào) 度中心或引導(dǎo)轉(zhuǎn)換站的分級控制系統(tǒng)的信號做出響應(yīng)。上文描述了用于采用DC傳輸系統(tǒng)改善AC傳輸系統(tǒng)的調(diào)度能 力、系統(tǒng)可靠性和功率流控制能力的方法和設(shè)備?？梢栽诓幻撾x本 發(fā)明的范圍的情況下改變本發(fā)明的各個細(xì)節(jié)。此外，上文中對本發(fā)明的優(yōu)選實施例以及實施本發(fā)明的最佳方式的描述只是出于舉例說 明的目的，而不是出于限制目的，本發(fā)明由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系統(tǒng)隔離的電力傳輸系統(tǒng)，包括(a)本地AC負(fù)載中心，其具有多個本地AC負(fù)載和為所述多個本地AC負(fù)載服務(wù)的至少一個配電網(wǎng)饋線；(b)至少一個遠(yuǎn)地電力發(fā)電站，用于借助AC傳輸線向所述本地AC負(fù)載中心提供AC功率；(c)其上具有多個DC負(fù)載的DC傳輸環(huán)，其被至少部分地插入在本地AC負(fù)載中心和遠(yuǎn)地電力發(fā)電站之間，所述DC傳輸環(huán)將從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站接收的AC功率與所述本地AC負(fù)載中心隔離；(d)第一多個AC/DC轉(zhuǎn)換器，其在所述本地AC負(fù)載中心的外部與所述DC傳輸環(huán)電接口連接，用于將來自所述遠(yuǎn)地發(fā)電站的AC功率轉(zhuǎn)化為DC功率，并使在AC/DC轉(zhuǎn)換器之一處轉(zhuǎn)換的DC功率可用于所述DC傳輸環(huán)上的所述多個DC負(fù)載中的其他的至少一些；(e)第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器，其在所述DC傳輸環(huán)的內(nèi)部與所述DC傳輸環(huán)電接口連接，用于將來自所述DC傳輸環(huán)的DC功率轉(zhuǎn)化為AC功率；(f)接近所述本地AC負(fù)載中心的配電網(wǎng)饋線，其通過所述第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器電連接到所述DC傳輸環(huán)，用于向所述本地AC負(fù)載中心提供AC功率，同時所有的本地AC負(fù)載與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括在所述DC傳輸 環(huán)上的預(yù)定位置處插入的多個隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于隔離所述DC 傳輸環(huán)上的故障以防止所述故障干擾所述系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括電連接到所述 DC傳輸環(huán)的至少一個本地AC功率發(fā)電機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中將由所述遠(yuǎn)地電 力發(fā)電站產(chǎn)生的AC功率經(jīng)由從由下述構(gòu)成的組中選出的AC傳輸線 帶到所述本地AC負(fù)載中心高壓(HV)、超高壓(EHV)、高壓DC(HVDC)和DC傳輸電纜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括受控AC/DC轉(zhuǎn) 換器，用于引導(dǎo)預(yù)計從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站流至相對于所述本地AC負(fù)栽中心處于遠(yuǎn)地的市場的功率跨越所述DC傳輸環(huán)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括位于所述DC 傳輸環(huán)附近與所述DC傳輸環(huán)電連通的至少一個DC功率源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括位于所述DC 傳輸環(huán)附近并與所述DC傳輸環(huán)電連通的多個不同的分布式發(fā)電AC 或DC功率源。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括位于所述DC功率源，并且所述多個不同的分布式發(fā)電DC功率源選自由燃料電 池、微渦輪機(jī)、太陽能光電裝置、電池、飛輪、超導(dǎo)磁體、電化學(xué) 電容器和DC微電力網(wǎng)構(gòu)成的組。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括第二 DC傳輸 環(huán)，所述第二 DC傳輸環(huán)與所述系統(tǒng)互相連接并遵循類似的但不連續(xù) 的路線以供后備之用。
10. —種將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系統(tǒng)隔離的電力傳輸 系統(tǒng)，包括(a) 本地AC負(fù)載中心，其具有多個AC負(fù)載和為所述多個AC負(fù) 載服務(wù)的至少一個AC配電網(wǎng)饋線；(b) 本地DC負(fù)載中心，其具有多個DC負(fù)載和為所述多個DC負(fù) 載服務(wù)的至少一個DC配電網(wǎng)饋線；(c) 至少一個遠(yuǎn)地電力發(fā)電站，用于借助DC傳輸線為所述本地 AC負(fù)載中心提供AC功率；(d) 其上具有多個DC負(fù)載的DC傳輸環(huán)，其被至少部分地插入 在所述本地AC和DC負(fù)載中心與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站之間，所述DC 傳輸環(huán)將從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站接收的AC功率與所述本地AC和DC 負(fù)載中心隔離；(e) 第一多個AC/DC轉(zhuǎn)換器，其在所述本地AC負(fù)載中心的外部 與所述DC傳輸環(huán)電接口連接，用于將來自所述發(fā)電站的AC功率轉(zhuǎn) 化為DC功率，并使在AC/DC轉(zhuǎn)換器之一處轉(zhuǎn)換的DC功率可用于所 述DC傳輸環(huán)上的所述多個DC負(fù)載中的其他的至少一些；(f) 第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器，其在所述DC傳輸環(huán)附近與所述DC 傳輸環(huán)電接口連接，用于將來自所述DC傳輸環(huán)的DC功率轉(zhuǎn)化為提供給AC負(fù)載的AC功率；(g) 多個DC/DC轉(zhuǎn)換器，其在所述DC傳輸環(huán)附近與所述DC傳 輸環(huán)電接口連接，用于操控所述DC傳輸環(huán)和所述本地DC負(fù)載中心 之間的功率交換；(h) 位于所述本地AC負(fù)載中心內(nèi)的AC配電網(wǎng)饋線，其通過所 述第二多個AC/DC轉(zhuǎn)換器電連接到所述DC傳輸環(huán)，用于向所述本地 AC負(fù)載中心提供AC功率，同時所有的本地負(fù)栽與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電 站隔離；以及(i) 位于所述本地DC負(fù)載中心內(nèi)的DC配電網(wǎng)饋線，其通過所 述多個DC/DC轉(zhuǎn)換器電連接到所述DC傳輸環(huán)，用于向所述本地DC 負(fù)載中心提供DC功率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力傳輸系統(tǒng)，其中由所述遠(yuǎn)地電 力發(fā)電站產(chǎn)生的AC功率選自由高壓(HV)或超高壓(EHV)構(gòu)成的 組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括受控AC/DC 轉(zhuǎn)換器，所述受控AC/DC轉(zhuǎn)換器用于引導(dǎo)預(yù)計從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電 站流至相對于所述本地AC負(fù)載中心處于遠(yuǎn)地的市場的功率跨越所述 DC傳輸環(huán)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括位于所述DC 傳輸環(huán)附近并與所述DC傳輸環(huán)電連通的至少一個DC功率源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括位于所述DC 傳輸環(huán)附近與所述DC傳輸環(huán)電連通的多個不同的分布式發(fā)電AC或 DC功率源。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力傳輸系統(tǒng)，還包括位于所述DC功率源，、并且所i多個不同的分布式發(fā)電dc ";源選自-燃料電池、微渦輪機(jī)、太陽能光電裝置、電池、飛輪、超導(dǎo)磁體、電化學(xué) 電容器和DC微電力網(wǎng)構(gòu)成的組。
16. —種將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系統(tǒng)隔離的方法，其 具有帶有多個AC負(fù)載的AC負(fù)載中心、服務(wù)于所述多個本地AC負(fù)載 的配電網(wǎng)饋線以及用于通過AC或DC傳輸線向本地AC負(fù)栽中心提供 AC功率的至少一個遠(yuǎn)地電力發(fā)電站，所述方法包括以下步驟(a) 在所述本地AC負(fù)栽中心和輸送來自所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站的 功率的傳輸線之間至少部分地插入其上具有多個DC負(fù)載的DC傳輸 環(huán)；(b) 將通過所述DC傳輸環(huán)從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站接收的AC功 率與所述本地AC負(fù)栽中心隔離；(c) 將來自所述發(fā)電站的AC功率轉(zhuǎn)化為DC功率，并使所述DC 功率可用于所述DC傳輸環(huán)上的所述多個DC負(fù)載中的其他的至少一 些；(d) 將來自所述DC傳輸環(huán)的DC功率轉(zhuǎn)化為AC功率；以及(e) 使所述AC功率在所述本地AC負(fù)栽中心內(nèi)分布，同時將所 有的本地AC負(fù)載與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站隔離。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在所述DC傳輸環(huán)上 的預(yù)定位置處插入多個隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器用于隔離所述DC傳輸環(huán)上 的故障以防止所述故障干擾所述系統(tǒng)的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括將至少一個本地AC 功率發(fā)電機(jī)電連接至所述DC傳輸環(huán)之內(nèi)的AC負(fù)載中心的步驟。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括引導(dǎo)預(yù)計從所述遠(yuǎn)地 電力發(fā)電站流至相對于所述本地AC負(fù)載中心處于遠(yuǎn)地的市場的功率 跨越所述DC傳輸線的步驟。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括提供位于所述DC傳 輸環(huán)附近與所述DC傳輸環(huán)電連通的至少一個DC功率源的步驟。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括提供位于所述DC傳 輸環(huán)附近與所述DC傳輸環(huán)電連通的多個不同的分布式發(fā)電AC或DC 功率源的步驟。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括提供多個不同的分布 式發(fā)電DC功率源的步驟，所述多個不同的分布式發(fā)電DC功率源位 于所述DC傳輸環(huán)的附近并與所述DC傳輸環(huán)電連通，并且選自由燃 料電池、微渦輪機(jī)、太陽能光電裝置、電池、飛輪、超導(dǎo)磁體、電 化學(xué)電容器和DC微電力網(wǎng)構(gòu)成的組。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括提供第二 DC傳輸環(huán) 的步驟，所述第二 DC傳輸環(huán)與所述系統(tǒng)互相連接并遵循類似的但不 連續(xù)的路線以供后備之用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于采用DC傳輸系統(tǒng)改善AC傳輸系統(tǒng)的方法和設(shè)備。一種將本地AC傳輸網(wǎng)絡(luò)與周圍的AC系統(tǒng)隔離的電力傳輸系統(tǒng)包括帶有多個AC負(fù)載的AC負(fù)載中心、服務(wù)于該多個本地AC負(fù)載的配電網(wǎng)饋線以及用于向本地AC負(fù)載中心提供AC功率的至少一個遠(yuǎn)地電力發(fā)電站或其他功率源。在所述本地AC負(fù)載中心和所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站之間插入整個或部分DC傳輸環(huán)，用于通過將AC功率轉(zhuǎn)化為DC功率而將從所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站接收的AC功率與所述本地AC負(fù)載中心隔離?；谪?fù)載要求將DC功率再次轉(zhuǎn)化為AC功率，并且所述配電網(wǎng)饋線提供該AC功率，同時所有的本地AC負(fù)載與所述遠(yuǎn)地電力發(fā)電站隔離。
文檔編號H02J3/00GK101237149SQ20071016722
公開日2008年8月6日 申請日期2007年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者S·W·?？寺宓?申請人:電力研究所有限公司