本發(fā)明涉及配電網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)110kv、220kv、500kv等高壓和超高壓交流輸電系統(tǒng)中，輸電線路開通和切除一般均由交流斷路器進(jìn)行操控，如圖1所示。輸電線路輸出功率按自然潮流進(jìn)行分布，并由線路阻抗、負(fù)荷參數(shù)來決定。通過機(jī)械式的交流斷路器很難對輸電線路傳輸功率進(jìn)行實時控制。

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，采用交直流混合輸電技術(shù)。直流輸電原理是先通過整流裝置將交流電變?yōu)橹绷麟姡?jīng)過幾百公里或更長線路的輸電，再通過逆變裝置將直流電變?yōu)榻涣麟姟Ｖ绷鬏旊姷淖畲髢?yōu)勢之一就是能夠?qū)崟r控制傳輸功率的大小和方向。

這種直流輸電技術(shù)需要經(jīng)過幾百公里或更長線路的輸電才能進(jìn)行，也就是說，需要對原本長距離的交流輸電改造成直流輸電網(wǎng)才能實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)。因此，現(xiàn)有技術(shù)需要對原本長距離的交流輸電改造成直流輸電網(wǎng)才能實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)需要對原本長距離的交流輸電改造成直流輸電網(wǎng)才能實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例提供一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置，包括：直流操控單元；所述直流操控單元包括：第一換流器、第二換流器、至少一個可控串聯(lián)電阻器，所述可控串聯(lián)電阻器的數(shù)量與所述帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的輸出功率具備關(guān)聯(lián)關(guān)系；

所述第一換流器的直流側(cè)通過并聯(lián)的所述可控串聯(lián)電阻器連接所述第二換流器的直流側(cè)；

所述第一換流器的交流側(cè)與所述第二換流器的交流側(cè)連接。

優(yōu)選地，所述第一換流器為整流器，所述第二換流器為逆變器。

優(yōu)選地，所述直流操控單元還包括：反并聯(lián)的全控型電力電子器件；

所述可控串聯(lián)電阻器與所述反并聯(lián)的全控型電力電子器件串聯(lián)后連接所述第二換流器的直流側(cè)。

優(yōu)選地，所述全控型電力電子器件具體為晶閘管或晶體管或mos管或ibgt。

優(yōu)選地，所述直流操控單元還包括第一換流變壓器和第二換流變壓器；

所述第一換流變壓器與所述第一換流器的交流側(cè)連接；

所述第二換流變壓器與所述第二換流器的交流側(cè)連接。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還包括交流操控單元；

所述交流操控單元包括交流斷路器；

所述交流操控單元與所述直流操控單元并聯(lián)。

優(yōu)選地，所述交流操控單元的一端通過變電站母線與所述直流操控單元的一端連接；

所述交流操控單元的另一端通過線路側(cè)母線與所述直流操控單元的另一端連接。

優(yōu)選地，所述第一換流器直流側(cè)直流電壓edr的計算公式為：

edr＝k0(ercosα-xr)-rrid

其中，k0為由第一換流器的整流回路的接線方式?jīng)Q定的系數(shù)，rr為直流平波電抗和第一換流變壓器以及第一換流器的損耗對應(yīng)的電阻，id為直流電流，edr為第一換流器直流側(cè)直流電壓，er為第一換流器交流側(cè)的交流電壓方均根值，β分別為第一換流器的觸發(fā)角，xr為第一換流變壓器的換相電抗。

優(yōu)選地，所述第二換流器直流側(cè)直流電壓edi的計算公式為：

edi＝k0(eicosβ+xi+xl)+(ri+rl)id

其中，k0為由換流器的整流回路的接線方式?jīng)Q定的系數(shù)，ri分別為直流平波電抗和第二換流變壓器以及第二換流器的損耗對應(yīng)的電阻，id為直流電流，edi為第二換流器直流側(cè)直流電壓，er為第二換流變壓器直流側(cè)的交流電壓方均根值，xi為第二換流變壓器的換相電抗，β為第二換流器的觸發(fā)角,rl和xl分別為輸電線路的電阻和電抗。

優(yōu)選地，所述直流電流id的計算公式為：

其中，id為直流電流，edr、edi分別為第一換流器、第二換流器直流側(cè)直流電壓，r為單個所述可控串聯(lián)電阻器的阻值，m為并聯(lián)的所述可控串聯(lián)電阻器的數(shù)量。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實施例提供一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置，包括：直流操控單元；所述直流操控單元包括：第一換流器、第二換流器、至少一個可控串聯(lián)電阻器；所述第一換流器的直流側(cè)通過并聯(lián)的所述可控串聯(lián)電阻器連接所述第二換流器的直流側(cè)；所述第一換流器的交流側(cè)與所述第二換流器的交流側(cè)連接，通過設(shè)置可控串聯(lián)電阻器并聯(lián)的數(shù)量或通過第一換流器和第二換流器的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)了對交流輸電功率的調(diào)節(jié)，不需要進(jìn)行長距離直流輸電，解決了現(xiàn)有技術(shù)需要對原本長距離的交流輸電改造成直流輸電網(wǎng)才能實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例用于說明的現(xiàn)有開關(guān)操控的配電線路圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的一個實施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的另一個實施例的示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的另一個實施例中的直流操控單元等效電路的示意圖；

其中，附圖標(biāo)記如下：

1、變電站母線；2、第一換流變壓器；3、第一換流器；4、可控串聯(lián)電阻器；5、全控型電力電子器件；6、第二換流器；7、第二換流變壓器；8、交流斷路器；9、線路側(cè)母線。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)需要對原本長距離的交流輸電改造成直流輸電網(wǎng)才能實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例提供一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的一個實施例，包括：直流操控單元；直流操控單元包括：第一換流器3、第二換流器6、至少一個可控串聯(lián)電阻器4，可控串聯(lián)電阻器4的數(shù)量與本發(fā)明實施例提供的帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的輸出功率具備關(guān)聯(lián)關(guān)系；

第一換流器3的直流側(cè)通過并聯(lián)的可控串聯(lián)電阻器4連接第二換流器6的直流側(cè)；

第一換流器3的交流側(cè)與第二換流器6的交流側(cè)連接。

以上是對本發(fā)明實施例提供的一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的一個實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的另一個實施例作詳細(xì)的描述。

請參閱圖3，本發(fā)明實施例提供一種帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的另一個實施例，包括：直流操控單元；直流操控單元包括：第一換流器3、第二換流器6、至少一個可控串聯(lián)電阻器4，可控串聯(lián)電阻器4的數(shù)量與本發(fā)明實施例提供的帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置的輸出功率具備關(guān)聯(lián)關(guān)系；

第一換流器3的直流側(cè)通過并聯(lián)的可控串聯(lián)電阻器4連接第二換流器6的直流側(cè)；

第一換流器3的交流側(cè)與第二換流器6的交流側(cè)連接。

第一換流器3為整流器，第二換流器6為逆變器。

直流操控單元還包括：反并聯(lián)的全控型電力電子器件5；

可控串聯(lián)電阻器4與反并聯(lián)的全控型電力電子器件5串聯(lián)后連接第二換流器6的直流側(cè)。

全控型電力電子器件5具體為晶閘管或晶體管或mos管或ibgt。

直流操控單元還包括第一換流變壓器2和第二換流變壓器7；

第一換流變壓器2與第一換流器3的交流側(cè)連接；

第二換流變壓器7與第二換流器6的交流側(cè)連接。

本發(fā)明實施例還包括交流操控單元；

交流操控單元包括交流斷路器8；

交流操控單元與直流操控單元并聯(lián)。

交流操控單元的一端通過變電站母線1與直流操控單元的一端連接；

交流操控單元的另一端通過線路側(cè)母線9與直流操控單元的另一端連接。

請參閱圖4，對本發(fā)明實施例直流單元的電路進(jìn)行簡化，可以得到一般形式的直流操控單元的電路(圖4)。根據(jù)簡化后的電路，可推導(dǎo)出一些參數(shù)的計算公式。

第一換流器直流側(cè)直流電壓edr的計算公式為：

edr＝k0(ercosα-xr)-rrid

其中，k0為由第一換流器的整流回路的接線方式?jīng)Q定的系數(shù)，rr為直流平波電抗和第一換流變壓器以及第一換流器的損耗對應(yīng)的電阻，id為直流電流，edr為第一換流器直流側(cè)直流電壓，er為第一換流器交流側(cè)的交流電壓方均根值，β分別為第一換流器的觸發(fā)角，xr為第一換流變壓器的換相電抗。

第二換流器直流側(cè)直流電壓edi的計算公式為：

edi＝k0(eicosβ+xi+xl)+(ri+rl)id

其中，k0為由換流器的整流回路的接線方式?jīng)Q定的系數(shù)，ri分別為直流平波電抗和第二換流變壓器以及第二換流器的損耗對應(yīng)的電阻，id為直流電流，edi為第二換流器直流側(cè)直流電壓，er為第二換流變壓器直流側(cè)的交流電壓方均根值，xi為第二換流變壓器的換相電抗，β為第二換流器的觸發(fā)角,rl和xl分別為輸電線路的電阻和電抗。

直流電流id的計算公式為：

其中，id為直流電流，edr、edi分別為第一換流器、第二換流器直流側(cè)直流電壓，r為單個可控串聯(lián)電阻器的阻值，m為并聯(lián)的可控串聯(lián)電阻器的數(shù)量。

由上述直流電流計算公式可知，直流電流可以采用兩種方式進(jìn)行實時調(diào)整：1)通過整流器和逆變器的協(xié)調(diào)控制；2)通過可控串聯(lián)電阻之阻值的電子化控制。對于第一種調(diào)節(jié)方式，一般通過控制整流器、逆變器的觸發(fā)角來實現(xiàn)。對于第二種調(diào)節(jié)方式通過改變并聯(lián)電阻器的個數(shù)來實現(xiàn)，并聯(lián)的電阻器越多，直流電阻越小，直流電流越大；并聯(lián)的電阻器越少，直流電阻越大，直流電流越小。

對于發(fā)電廠或變電站內(nèi)的每一條輸電線路，通過裝備有功功率實時調(diào)整裝置，實現(xiàn)直流操控單元和交流操控單元交換運(yùn)行，互為備用。直流單元在很短的距離內(nèi)經(jīng)過“整流—逆變”過程，利用直流輸電原理實現(xiàn)對輸出功率的人為控制，實現(xiàn)交流輸電系統(tǒng)的潮流控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

帶可控串聯(lián)電阻輸電線路的有功功率實時控制裝置由交流操控單元與直流操控單元并聯(lián)而成。交流操控單元由一臺斷路器及其必要的隔離開關(guān)構(gòu)成；直流操控單元由整流變壓器、整流器、多個并聯(lián)的可控串聯(lián)電阻器、逆變器和逆變變壓器所構(gòu)成，直流操控單元的換流器既可用作整流器，也可以用作逆變器。輸電線路有功功率實時調(diào)整裝置輸入端與變電站母線相連，輸出端與輸電線路相連。通過交流操控單元實現(xiàn)傳統(tǒng)自然潮流輸出，或是通過直流操控單元達(dá)到對輸出有功功率的控制。

帶可控串聯(lián)電阻輸電線路的有功功率實時控制裝置，是替換傳統(tǒng)斷路器的一個電力電子裝置。它包括交流斷路器、整流變壓器、整流器、多個并聯(lián)的可控串聯(lián)電阻器、逆變器和逆變變壓器：交流斷路器所在的交流操控單元與整流逆變單元所在的直流操控單元進(jìn)行并聯(lián)，并按定電流、定電壓、定功率的控制方式，或者通過改變并聯(lián)電阻器的個數(shù)實現(xiàn)對輸電線路傳輸功率的人為調(diào)整。通過交流操控單元單獨(dú)運(yùn)行，電能將按傳統(tǒng)自然潮流進(jìn)行傳輸，有功功率分布完全由線路阻抗以及負(fù)荷參數(shù)決定；通過直流操控單元單獨(dú)運(yùn)行，利用直流輸電原理中“整流—逆變”過程對有功功率的進(jìn)行實時控制，可實現(xiàn)對輸電線路有功功率控制的目的。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過對交流輸電系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，將帶可控串聯(lián)電阻的有功功率實時控制裝置加載在交流電網(wǎng)母線和輸電線路之間，利用裝置內(nèi)的交流操控單元與直流操控單元實現(xiàn)電能的自然潮流輸送與有功功率調(diào)節(jié)互為備用。當(dāng)交流操控單元單獨(dú)運(yùn)行和控制時，輸電線路按照線路和負(fù)荷阻抗的大小輸出功率，形成自然功率；當(dāng)直流操控單元單獨(dú)運(yùn)行時，采用定電流、定電壓和定功率的控制方法或者通過改變并聯(lián)電阻器的個數(shù)，可以控制輸電線路輸出功率的大小和方向，形成可控功率。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。