專利名稱：一種線間電壓補償型限流貯能電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種限流貯能電路，特別涉及用于輸配電網的線間電壓補償型限流貯能電路。
背景技術：
由于電力系統的發展，負荷的增大，大容量機組和電廠及變電設備的投入，尤其是負荷中心大電廠的出現以及大電力系統的互聯，使得輸配電網容量大為增加，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備投資大大增加，而且對系統中原有變電所設備都將產生很大的影響，甚至需要花費大量的投資進行改造、改建和改換。
現有技術主要采取以下方法限制電力系統輸配電網中的短路電流1、發展高一級電網，低壓電網分片或將母線分列、分段運行，甚至將電網解列，以及采用直流聯網，這些措施不僅投資很大，而且設計到電網的穩定性等復雜問題，除非不得已才采用。
2、采用高阻抗變壓器或者串聯電抗器。在輸配電系統中采用此措施，不但會增加網損，還會降低系統的穩定性。
3、更換斷路器，對現有的變電所進行增容改造。但代價太大，而且現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，電力系統一直缺乏能量貯存和功率控制環節。目前大系統的發展和電力市場的要求，電力系統越來越需要可以進行功率靈活控制的環節。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，以及有環境污染問題；超級電容貯能容量小，且充放電次數有限；抽水蓄能則受環境限制，效率太低。而超導貯能，貯能密度高，壽命長，無污染，特別適合短時間與系統進行大功率交換。
發明內容
為克服已有技術的不足，本發明提供了一種用于輸配電網的線間電壓補償型限流貯能電路，它結構簡單，不僅具有故障限流功能，而且兼顧實現貯能功能。
本發明由n組連接變壓器、n組限流電感、n組換流器、一組電流調節器、一個直流電容、一個高溫超導線圈組成，安裝于電網系統線路出口處與n路饋線分別相連，接入電網系統。本發明的特點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、電流調節器和超導線圈，可以節約成本，簡化結構。本發明可對母線出口處的n條饋線進行各種穩態補償，即調節系統不對稱，濾波，無功和有功補償以及調節系統潮流。當系統的一路負載饋線端出現短路故障時，可立即投入限流電感，限制短路電流峰值及穩態值，從而減小了故障電流對系統的沖擊，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償，當一路饋線發生電壓不平衡，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擾動饋線的電能質量；當一路負載饋線出現故障時，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節器吸收超導線圈儲存的能量用于補償母線電壓的跌落值，保證正常工作饋線的電能質量。因此，在擴大輸配電網容量時，增設本發明的線間電壓補償型限流貯能電路，不僅可以有效地限制了電網中的短路電流，增加了系統的穩定性，而且能大大減少投資成本。
圖1是本發明在單相系統中的原理圖，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電流調節器，L超導線圈，RS線路電阻，XS線路電抗，Load1、Load2……Loadn負載；圖2是本發明在單相系統中的應用實例，Power Grid電力網絡，Bus母線，Load1、Load2負載，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快恢復二極管，C直流電容器，Tr高頻變壓器，L超導線圈。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步描述本發明線間電壓補償型限流貯能電路如圖1中虛線框所示。在圖1中，本發明連接于AC電力系統線路出口母線處，與n路并聯的普通負載饋線通過n個連接變壓器T1、T2……Tn相串聯。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的交流側端，n個換流器的直流側端通過一個相同的直流電容C連接，直流電容C同時連接電流調節器chopper的電壓換流單元，電流調節器chopper的電流換流單元與超導線圈L相連。電流調節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的交流側端可以提供系統運行中的最大的負荷電流，系統穩態時，調節換流器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，可以對系統進行無功控制，改善系統不對稱，對系統進行濾波，調節系統潮流，以及提高系統穩定性等。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狀態，對系統無影響。當系統的一路饋線發生短路故障時，即故障電流超過換流器converter1、converter2……convertern交流側端可以提供的最大電壓，即最大負荷電流與限流電抗的乘積時，故障線路的限流電感L1、L2……Ln立即自動投入進行故障限流，限流的同時補償出口母線的電壓跌落，但未能使母線電壓達到正常值，多組換流器converter1、converter2……convertern可以使多路饋線同時通過電流調節器chopper吸收超導線圈儲存的能量用于補償母線電壓的跌落值，使母線電壓補償至正常值，保證未發生故障的饋線的母線電能質量。超導線圈L能量通過電流調節器chopper的電壓換流單元產生直流電壓，通過直流穩壓電容C和換流器converter1、converter2……convertern產生50Hz交流電壓經過連接變壓器T1、T2……Tn注入系統，達到補償電壓凹陷的功能。當系統的一路饋線發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，維持擾動母線的電能質量。
圖2中虛線框中所示為本發明的一個實施例。本發明于安裝于AC電力系統線路出口母線處，與負載兩路并聯饋線串聯，其中Power grid電力網絡，Bus母線，Load負載，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內部寄生二極管，C電容器，Tr高頻變壓器，D15、D16快恢復二極管，L超導線圈，其中超導線圈L可以為超導電感，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，兩個橋臂構成H橋換流器。電流調節器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，其交流側連接高頻變壓器Tr一側；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，構成整流橋，其交流側與高頻變壓器Tr的另一側相連，直流側連接超導線圈L。系統正常運行時流過超導線圈L的是一直流，幾乎無損耗，并且超導線圈L中貯存著的電磁能可以通過電流調節器chopper與系統進行功率交換，從而對系統進行有功與無功的控制對系統運行進行各種穩態補償，即調節系統不對稱，濾波，無功以及有功補償以及調節系統潮流。系統的一路饋線發生電壓不平衡、諧波擾動時，正常運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，維持擾動饋線的合格的電能質量。系統發生短路故障時，即故障電流超過換流器converter1、converter2……convertern交流側端可以提供的最大電壓，即最大負荷電流與限流電抗的乘積時，故障線路的限流電感L1、L2立即自動投入進行故障限流，限流的同時補償出口母線的電壓跌落，但未能使母線電壓達到正常值，多組換流器的結構設計可以使多路饋線同時通過電流調節器converter1、converter2……convertern吸收超導線圈L儲存的能量用于補償母線電壓的跌落值，使母線電壓補償至正常值，保證未發生故障的饋線的母線電能質量。
本發明中，一超導線圈L和一電流調節器converter的直流電流單元串聯，電流調節器converter的直流電壓單元與直流電容C和n組換流器converter1、converter2……convertern的直流側并聯后，通過n組連接變壓器對系統進行限流和補償，電流調節器chopper和超導電感L可根據系統補償限流的需要，調節不同的占空比而達到不同的補償和限流效果。系統正常運行時流過超導線圈L的是一直流，并且超導線圈L中貯存著的電磁能可以通過控制電流源換流器與系統進行功率交換，從而對系統進行有功與無功的控制，對系統運行進行各種穩態補償，即調節系統不對稱，濾波，無功以及有功補償以及調節系統潮流。系統故障時，它可限制短路電流峰值及穩態值，使原有的斷路器可把大的故障電流斷開。本發明效率高，結構簡單，運行可靠，用于輸配電網，不僅可進行各種功率補償，而且還解決了系統故障電流過大問題，同時還大大降低了系統中各元器件耐流量的要求，降低了系統的設計要求。應用于高壓或超高壓輸電網還可以極大的提高系統的靈活性，穩定性，安全性和可靠性。
權利要求
1.一種線間電壓補償型限流貯能電路，其特征在于它連接于AC電力系統線路出口母線處，與n路并聯的普通負載饋線通過n個連接變壓器[T1、T2……Tn]相串聯；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]的交流側端，n個換流器的直流側端通過一個相同的直流電容[C]連接，直流電容[C]同時連接電流調節器[chopper]的電壓換流單元，電流調節器[chopper]的電流換流單元與超導線圈[L]相連。
2.按照權利要求1所述的線間電壓補償型限流貯能電路，其特征在于所述的電流調節器[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，其交流側連接高頻變壓器[Tr]一側；電流換流單元由[G9]、[G10]以及快恢復二極管[D15]、[D16]組成，[G9]與[D15]連接，[G10]與[D16]連接，構成整流橋，其交流側與高頻變壓器[Tr]的另一側相連，直流側連接超導線圈[L]。
3.按照權利要求1所述的線間電壓補償型限流貯能電路，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，兩個橋臂構成H橋換流器。
4.按照權利要求1、2或3所述的線間電壓補償型限流貯能電路，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
一種用于輸配電網的線間電壓補償型限流貯能電路，連接于AC電力系統線路出口母線處，與n路并聯的普通負載饋線通過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 優先權日2005年6月1日
發明者趙彩宏, 黃曉華, 肖立業, 林良真, 余運佳 申請人:中國科學院電工研究所