專利名稱：一種橋路型限流貯能電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于輸配電網的橋路型限流貯能電路。
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，甚至于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橋路型限流貯能電路，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。
本發明由連接變壓器、變流器、電流調節器、連接變流器和電流調節器的直流電容、高溫超導線圈、二極管整流橋和基于DSP芯片的控制器組成。連接變壓器的原邊串聯在敏感負載饋線側，其副邊連接換流器的交流側，換流器的直流側并聯直流電容，電流調節器的電壓換流單元，電流調節器的電流換流單元連接超導線圈和二極管整流橋的直流側。二極管整流橋的交流側串聯在普通負載饋線側。本發明安裝于電網系統線路出口母線處，與普通負載和敏感負載兩路饋線分別相連，接入電網系統。本發明不僅可對電力系統進行各種穩態補償，即調節系統電壓不對稱，濾波，無功和有功補償以及調節系統潮流；當系統的普通負載饋線端出現故障時，可限制其短路電流峰值及穩態值，同時補償敏感負載饋線端的電壓凹陷，保證敏感負載對電能質量的要求。在系統穩態時，電流調節器作為偏置電源，維持超導線圈內的電流值，在普通負載端發生故障時，電流調節器作為可調電阻，吸收超導線圈的能量用于補償敏感負載的電壓凹陷。使用系統原有的斷路器即可把大的故障電流斷開，因此，在擴大輸配電網容量時，增設本發明的橋路型限流貯能電路，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，T變壓器，converter換流器，C電容器，chopper電流調節器，L超導線圈，C直流電容，D1～D4二極管整流橋，RS線路電阻，XS線路電抗。
圖2是本發明在單相系統中的應用實例，T變壓器，T1、T2……T10為絕緣門極雙極型晶體管IGBT，D1、D2……D10IGBT寄生二極管，C電容器，HFT高頻變壓器，D11、D12……D16快恢復二極管，L超導線圈。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述本發明的橋路型限流貯能電路如圖1中虛線框所示。本發明由連接變壓器T、換流器converter、電流調節器chopper、連接換流器和電流調節器的直流電容C、高溫超導線圈L、二極管整流橋D1～D4和基于DSP芯片的控制器組成，連接變壓器T的原邊串聯在敏感負載饋線側，其副邊連接換流器converter的交流側，換流器converter的直流側并聯直流電容C和電流調節器chopper，電流調節器chopper的電流換流單元連接高溫超導線圈L和二極管整流橋D1～D4的直流側，二極管整流橋D1～D4的交流側串聯在普通負載饋線側。電流調節器是由電壓換流單元，電流換流單元以及高頻變壓器HFT組成。如圖1所示，本發明連接于AC電力系統線路出口母線處，與敏感負載和普通負載兩路并聯饋線相串聯，普通負載端由二極管整流橋D1～D4串聯接入，二極管整流橋D1～D4的直流側端接高溫超導線圈L、電流調節器chopper的電流換流單元、電流調節器chopper的電壓換流單元接直流電容C和換流器converter的直流側、換流器converter的交流側通過連接變壓器T串聯接入敏感負載端。
當故障出現在普通負載的其中一條饋線端時，本發明立刻自動投入進行故障限流，電流調節器chopper作為可調電阻開始工作，吸收超導線圈L儲存的能量用來補償敏感負載端的電壓凹陷。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converter產生50Hz交流電壓，經過連接變壓器T注入系統，達到補償敏感負載端電壓凹陷的功能。當系統穩態時，四個整流橋二極管均導通，電流調節器chopper作為偏置電源與超導線圈L串聯接入整流橋直流側，對系統無影響，超導線圈L儲存由電流調節器chopper端補充的能量，起到超導儲能的作用，同時可以調節系統電壓不對稱，濾波，無功和有功補償以及調節系統潮流。
圖2中虛線框中所示為本發明的一個實施例，由連接變壓器T、換流器converter、電流調節器chopper、連接換流器和電流調節器的直流電容C、高溫超導線圈L、二極管整流橋D1～D4和基于DSP芯片的控制器組成。換流器converter為由T1、T2……T4為絕緣門極雙極型晶體管IGBT組成的H橋換流器。變壓器T的原邊串聯在敏感負載饋線側，其副邊連接由T1、T2、T3、T4組成的H橋換流器的交流側，T1、T2、T3、T4組成的H橋換流器直流側并聯電容C；T5、T6、T7、T8組成H橋換流器直流側并聯電容C，其交流側連接高頻變壓器HFT的原邊，高頻變壓器HFT的副邊連接由T9、T10組成的整流橋的交流測，T9、T10組成的整流橋直流側與變壓器T 中心抽頭共同連接超導線圈L和由D13、D14、D15、D16組成的二極管整流橋的直流側，D13、D14、D15、D16組成的二極管整流橋交流側串聯于普通負載饋線。H橋換流器是由T1、T2、T3、T4組成，T1、T3組成一個橋臂，T2、T4組成另一個橋臂；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HFT組成。電壓換流單元是由T5、T6、T7、T8組成的H橋，T5、T7組成一個橋臂，T6、T8組成另一個橋臂其交流側連接高頻變壓器HFT，電流換流單元是由T9、T10以及D11、D12組成。T9與D11連接，T10與D12連接，組成整流橋。系統正常運行時流過超導線圈L的是直流電流，幾乎無損耗，并且超導線圈L中貯存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，也即是調節系統不對稱，濾波，無功以及有功補償以及調節系統潮流。系統發生短路故障時，即故障電流超過電流調節器chopper可能提供的偏置電流，系統短路電流立刻流入二極管整流橋的直流側，也即是超導線圈L與電流調節器chopper的串聯電路進行故障限流，它可限制短路電流峰值及穩態值，同時超導線圈L的能量通過電流調節器chopper及換流器converter，經過連接變壓器T注入敏感負載饋線，進行電壓凹陷補償，保證敏感負載對電能質量的要求。
本發明的超導線圈L和電流調節器chopper的直流電流單元串聯，通過二極管整流橋與普通負載饋線相連，電流調節器chopper的直流電壓單元與直流電容C和換流器converter的直流側并聯后通過連接變壓器T與敏感負載饋線相連，對兩路饋線同時進行限流和補償的方案，以及電流調節器chopper和超導線圈L可根據系統補償限流的需要，調節不同的補償度而達到不同的補償和限流效果的方法，系統正常運行時流過超導線圈L的是直流電流，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。系統的普通負載饋線發生故障時，它可限制其短路電流峰值及穩態值，同時補償敏感負載饋線端的電壓凹陷，保證敏感負載對電能質量的要求。
本發明效率高，結構簡單，運行可靠。應用于輸配電網時，不僅可進行各種功率補償，還可解決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。若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
1.一種橋路型限流貯能電路，其特征在于它包括連接變壓器[T]、換流器[converter]、電流調節器[chopper]、連接換流器和電流調節器的直流電容[C]、高溫超導線圈[L]、二極管整流橋[D1～D4]和基于DSP芯片的控制器；連接變壓器[T]的原邊串聯在敏感負載饋線側，其副邊連接換流器[converter]的交流側，換流器[converter]的直流側并聯直流電容[C]和電流調節器[chopper]，電流調節器[chopper]的電流換流單元連接高溫超導線圈[L]和二極管整流橋[D1～D4]的直流側，二極管整流橋[D1～D4]的交流側串聯在普通負載饋線側；電流調節器[chopper]由電壓換流單元，電流換流單元以及高頻變壓器[HFT]組成，連接于AC電力系統線路出口母線處，與敏感負載和普通負載兩路并聯饋線相串聯。
2.按照權利要求1所述的橋路型限流貯能電路，其特征在于所述的普通負載端由二極管整流橋[D1～D4]串聯接入，二極管整流橋[D1～D4]的直流側端接高溫超導線圈[L]、電流調節器[chopper]的電流換流單元、電流調節器[chopper]的電壓換流單元接直流電容[C]和換流器[converter]的直流側、換流器[converter]的交流側通過連接變壓器[T]串聯接入敏感負載端。
3.按權利要求1所述的橋路型限流貯能電路，其特征在于所述的換流器[converter]是由四個IGBT[T1、T2、T3、T4]組成的H橋型換流器，所述的電流調節器[chopper]的電壓換流單元是由[T5、T6、T7、T8]組成的H橋，[T5、T7]組成一個橋臂，[T6]、[T8]組成另一個橋臂，其交流側連接高頻變壓器[HFT]；電流換流單元是由[T9]、[T10]以及[D11]、[D12]組成，[T9]與[D11]連接，[T10]與[D12]連接，組成整流橋；連接變壓器[T]的副邊連接由[T1、T2、T3、T4]組成的H橋換流器的交流側，[T1、T2、T3、T4]組成的H橋換流器直流側并聯電容[C]；[T5、T6、T7、T8]組成H橋換流器直流側并聯電容[C]，其交流側連接高頻變壓器[HFT]的原邊，高頻變壓器[HFT]副邊連接由[T9、T10]組成的整流橋的交流測，[T9、T10]組成的整流橋直流側與變壓器[T]中心抽頭共同連接超導線圈[L]，和由[D13、D14、D15、D16]組成的二極管整流橋的直流側，其交流側串聯于普通負載饋線。
4.按權利要求1、2或3所述的橋路型限流貯能電路，其特征在于所述的電流調節器[chopper]在線路穩態時，作為偏置電源，穩定超導線圈[L]中流過的電流，同時對系統運行進行各種穩態補償，在線路故障時，作為可調電阻，吸收超導線圈[L]儲存的能量用來補償敏感負載端的電壓凹陷。
5.按權利要求1、2或3所述的橋路型限流貯能電路，其特征在于在普通負載端發生短路，限流貯能電路進行故障限流的同時，超導線圈[L]的能量通過電流調節器[chopper]及換流器[converter]，經連接變壓器[T]補償敏感負載端的電壓凹陷。
全文摘要
一種橋路型限流貯能電路，包括連接變壓器[T]、換流器[converter]、電流調節器[chopper]、直流電容[C]、高溫超導線圈[L]、二極管整流橋[D
文檔編號H02J3/18GK1874101SQ200510011830
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