專利名稱：直流智能電網的制作方法
技術領域：
本發明涉及直流智能電網及風力發電領域。
背景技術：
因風力發電引出的電網變革。風電場經常處于數分鐘、數十分鐘、數小時風力不足以產生有效電力的狀態，何時 有風何時無風無法預測。風來了火電廠減發，當減發至85%時，將難以穩定頻率，被迫停機 退出電網。稍頃風又沒了，火電廠又要啟動，熟悉火電廠運行的人知道，這是極高代價的事 情。因無解決辦法，只好規定風電容量要低于電網容量15%。或稱風電需火電來稀釋，顯 然風電似毒藥。例如陸上三峽遭遇瓶頸，千萬級風電場須六、七千萬火電來稀釋。風能均為幾秒至幾十秒的脈動能量，入網后使得電網電壓脈動升高。造成電網質 量惡劣下降。破壞電網和用電器的絕緣，引起放電并導致設備損壞。并嚴重影響用電器的 工作狀態。必須要增加投資進行波動性治理，因波動周期不固定，治理投資很大。無功、負序、諧波此三項電網污染是交流系統的傳統難題，治理成本較高。因隨機性、波動性、季節、晝夜、并網等多種原因，風電設備有效運行時間很短，僅 20%左右。即比起M小時不間斷工作設備相差5倍。僅此一項按照電量計算的建設造價 就增5倍之多。因高壓變頻器技術難度高，風電多采用690伏低電壓變頻器。受此限制，電機電流 較大，大電流變頻器所用元件要進行并聯。5MW變頻器電流4184安培，是挑戰性的技術難 題。電機造價較高、損耗較大；變頻器損耗比高壓變頻器高許多倍；此狀態下無功、負序、諧 波更難處理。風電單機容量受限于大電流變頻器技術水平。另外，需接升壓變壓器，增加變 壓器銅損和鐵損及絕緣材料等不環保因素。永磁直驅方式含永磁直驅發電機、全功率變流器、升壓變壓器。永磁直驅發電機 國外機構握有知識產權且價格昂貴。雙饋方案含增速器、雙饋發電機、1/3功率變流器、升壓變壓器。增速器故障率和 造價偏高。由風電場至電網接口節點采用交流線路輸送造價較高；線路自耦和地電位耦合使 電壓降落較大。交流制式并聯、調速、同步、低壓穿越困難。因在交流波形的各點位置要保 持一致，且不具單向導電性，造成控制困難。特別是整個風電場個別單機的局部故障，會演 進為越來越嚴重的全電場故障。因設備復雜和地處偏僻，原本認為風電不需燃料成本，運行 費極低。事實上源源不斷的維修費和配件費已很驚人，維修人員背負備件攀爬塔架成為風 電場常景。負荷不配合。目前風電場在西部，輸送損失大；負荷中心在沿海，近海風能輸送困 難；負荷利用隨機能量的能力差；無法與風電設備組成拓撲聯合體簡化結構降低造價；儲 能設備昂貴。我國蘊含巨大的風能資源，我國已經形成大量的風電投資和塔架、風葉產能。人們希望看到即能吸收更多地新能源，又能降低傳輸的損耗，負荷能夠充分汲取利用，對現有電 力系統支持幫助的新電網。
發明內容
本發明的直流智能電網通過電源、輸電線、變換器、負荷、電網控制器各環節的創 新，電源與負荷共同承擔平抑波動、高效運行的任務。為了實現上述目的，本發明的直流智能電網采用了以下技術方案。由電源、輸電線、變換器、負荷、電網控制器等組成。電源從動力資源劃分為可控資源和不可控資源。可控資源為火力、核能、水力、潮 汐能、生物質能等，本發明中還包括從其它電網輸入的電力。不可控資源為風力、太陽能等， 本發明中還包括從其它電網因經濟、安全的原因隨機輸入的電力。電源從形態上分為交流 電源和直流電源，除光伏發電等為直流電源外，多數電源為交流電源。交流電源要經過整流 接入直流智能電網，直流電源可直接接入直流智能電網，也可為了適應波動經整流器接入 直流智能電網。直流智能電網盡可能多地接受電源，并且供需雙方在電量交易系統博弈下 優化分配可控資源和不可控資源。輸電線采用單極性或雙極性的直流電纜或直流架空輸電線。變換器為直/直變換器、直/交變換器和交/直變換器。從電源、輸電線到負荷要 經過數級變換器，在直流智能電網中盡可能減少級數。負荷分為傳統負荷和智能負荷，智能負荷可汲取隨機和波動部分的電能。直流智 能電網盡可能多地接受負荷特別是智能負荷。電網控制器由主機、氣象數據接口、電量交易系統數據接口、電網調節執行通訊接 口、數據記錄器等組成。所述風力發電機由數個交流發電機單元組成，交流發電機單元為獨立的無刷勵磁 (包括但不限于旋轉整流器、永磁、或副定子直流經副轉子“旋轉變壓器”感應)或有刷勵磁 的多極、多相、多繞組、多重化移相交流發電機。所述多極、多相、多繞組、多重化移相交流發 電機“多極”用于提高發電機輸出頻率；“多相”用于大功率發電機分散電流壓力提高力矩 平衡靈活性并增加冗余可靠性；“多繞組”用于方便多重化移相和化解串聯高壓整流器反向 截止均壓難題并增加冗余可靠性；“多重化移相”用于減小電機電流諧波和降低直流電壓波 動，且為發電機提供穩定的阻力矩。所述“多極”當動力機械設有增速器時可降低極數。所 述“多相”當發電機設計力求簡單時可降低相數如三相。所述“多繞組”當發電機設計力求 簡單時可降低繞組數或不分組。所述“多重化”當發電機繞組空間位置可代替時可不設多重 化。各交流發電機單元軸向排列，經絕緣法蘭盤或絕緣子分別將轉子和定子連接固定，成為 各轉子相互絕緣并且同軸固定、各定子相互絕緣固定且錯開一個機械角度的發電機組。多 單元用于提高輸出電壓，改善氣動特性，各定子錯開角度強化了減小電機電流諧波和降低 直流電壓波動的效果。多單元、多極、多相、多繞組、多重化移相的綜合效果要求各輸出繞組 間隔電角度一致，輸出幅值相等，相鄰繞組間耐壓一致、排列不交錯，提高機組輸出電壓。各 整流橋交流側接風力發電機組的多個單元、以及多極、多相、多繞組、多重化移相繞組輸出， 直流側同極性順序串聯成直流高壓連接直流輸電線。整流橋直流側也可提供交流發電機單 元勵磁；整流橋就近繞組安裝，與定子結構配合，連線簡潔。
所述直/直變換器其變換方法采取以下步驟a、將輸入的高電壓直流電變換為MXN路，彼此相互獨立的中間交流電。其中M為 各輸入首尾相連在高電壓直流側的變換單元個數；N為每個單元輸出路數。b、對各路中間交流電進行整流，形成相同路數的中間直流電。C、M個變換單元的對應中間直流進行并聯，在負荷電流作用下形成負反饋以保持 各變換單元輸入的均壓；亦可根據檢測輸入電壓調整頻率和占空比，保持各變換單元輸入 的均壓。d、因保持各變換單元輸入的均壓，保證了變換單元工作的穩定。e、對各路中間直流電進行串并組合，并保持同一極性，實現直/直變換。執行直/直變換器變換方法的直/直變換器裝置為a、變換單元由支撐電容、可關斷電力電子元件、脈沖變壓器、整流器、控制器組成。 可關斷電力電子元件組成H橋逆變器，變換單元輸入并聯支撐電容及逆變器輸入，逆變器 輸出接脈沖變壓器原邊，脈沖變壓器副邊接整流器，整流器輸出接變換單元輸出，控制器檢 測電信號并觸發可關斷電力電子元件。b、M個變換單元輸入串聯，連接于高電壓直流輸入。M的取值為“高電壓直流電壓 /變換單元耐壓”C、變換單元逆變器頻率及占空比固定，各變換單元輸出并聯。當輸入電壓擾動升 高時輸出電壓升高，導致這支電流高過并聯的其它分支，導致變換單元輸入阻抗下降，導致 串聯的變換單元輸入電壓下降，產生各變換單元輸入的均壓效果；同理，當輸入電壓擾動降 低時輸出電壓降低，導致這支電流低于并聯的其它分支，導致變換單元輸入阻抗增高，導致 串聯的變換單元輸入電壓上升，產生各變換單元輸入的均壓效果；或各變換單元輸入接傳 感器，根據電壓調整逆變器頻率或占空比，產生各變換單元輸入的均壓效果。d、變換單元脈沖變壓器有N個副邊，分別整流形成對應輸出，各變換單元各對應 輸出全并聯或部分并聯或重疊并聯，產生各變換單元輸入的均壓效果。N的取值參考整流器 耐壓。e、各變換單元各對應輸出經并聯及串聯，并保持同一極性，產生所需的直流電壓， 完成直/直變換。f、通過調整逆變器頻率或占空比調整輸出電壓。所述直/交變換器包含但不限于由直/直變換器、鉗位整流器組、可關斷電力電子 元件及多電平控制器組成。直/直變換器各變換單元輸入提供均壓電位，直/直變換器輸 出提供輔助電源，鉗位整流器組輸入接各變換單元輸入，鉗位整流器組輸出接串聯可關斷 電力電子元件的節點上，使可關斷電力電子元件保持均壓。可關斷電力電子元件組成單相 或三相多電平橋臂，在多電平控制器控制下輸出單相或三相交流電，并改變頻率和電壓。此 變換方法構建無變壓器結構高電壓變頻器，當交流電源輸入時，經整流再進行直/交變換。所述鉗位整流器組由整流器元件、散熱器、導線排、結構固定件組成。本發明將散 熱器、導線排、結構固定件三合為一；所述可關斷電力電子元件需散熱器散熱，需導線排、結 構固定件，本發明將散熱器、導線排、結構固定件三合為一，并與鉗位整流器組相互連接成 整體。經過彎角設計形成風道筒形，利于通風。所述直/交變換器包含“直流/多交流變換器”(用于電力機車及軋鋼機)由直/直變換器、數個低電壓逆變器組成。直/直變換器各變換單元輸入提供均壓電位，直/直變 換器輸出提供輔助電源，每段電位安置一臺低壓逆變器，拖動一臺電機。可通過調節某臺低 壓逆變器頻率改變電流幫助保持均壓，亦可調節某臺低壓逆變器橋臂短暫貫通強制保持均 壓。所述交/直變換器由多副邊、多重化移相變壓器各輸出接整流橋交流側，各整流 橋直流側同極性順序串聯成高壓直流。其中一個整流橋改為可控整流橋，其余整流橋用開 關通斷變壓器繞組，可實現連續調節輸出電壓。所述負荷從接受電壓角度分為四類1類，僅接受標準電壓；2類，可接受高過標準 電壓15%左右，但功率不變，如燈具、印刷機等負荷；3類，可接受高過標準電壓15%左右， 功率可相應提高，但無儲能功能，如風扇、提水設備等負荷；4類，可接受高過標準電壓15% 左右，功率可相應提高，且有儲能功能，如空調、電冰箱、儲能電熱器、制冷制熱中心等負荷。 從接受時間角度分為二類A類，連續接受制；B類，間歇接受制。1A、1B為傳統負荷；3A、4A、 2B、3B、4B為智能負荷。智能負荷輸入端增加電壓檢測器或電壓比較器，電壓較高時進入增 加負荷和儲能運行。所述氣象數據為權威機構發布的與直流智能電網相關區域的風力、風向、溫度、濕 度、雨、雪、霜、霧等關乎直流智能電網電源和負荷的時段數據。所述電量交易系統將不同歸屬的電力生產者、使用者、相關專業人士、投資人凝聚 在追求清潔能源及使用效率的平臺上。通過集合競價合理供應和使用各時段的電力資源。 風電企業通過購買某時段電能期貨，來提高風電供應質量；也可通過強大的競爭實力把可 控電能推到風力薄弱區段。所述電網調節執行機構根據電網控制器的指令，對電網進行調節，完成電量交易 形成的供求關系。所述數據記錄器將長期記錄各種歷史數據，不斷增加的樣本幫助進行數學模型完善。電網控制器主機根據歷史數據、不斷完善的系統模型、最新氣象數據、不斷更新的 交易系統數據、最新的電源和負荷情況，形成調節指令發往電網調節執行通訊接口。電網控 制器主機要向電量交易系統提供未來一段時間的電能產生參考曲線和電能負荷參考曲線， 不斷更新。在我國北緯40度至42度建設直流智能電網高壓走廊(+800KV/-800KV)，并與外國 直流電網相連，利用經度變化平衡負荷；在我國沿黃海、渤海、東海、南海建設連貫的近海直 供直流智能電網(+7、5KV/-7、5KV)，就近建設制冷制熱中心，由沿海向內陸縱深采用直流電 纜加快建設城市直流網，采用格網(二維網)降低線路損耗，提高可靠性，減少增容作業。本發明原理清晰，結構完善，造價低廉，安全可靠，對嚴峻的節能減排形勢具現實 意義，對現有電力系統有改善效果。
圖1是本發明直流智能電網實施例的主系統圖。圖2是本發明交流發電機單元各繞組接整流器串聯的示意圖。圖3是本發明五個交流發電機單元整流器串聯示意圖。
圖4是本發明直/直變換器中單輸出變換單元示意圖。圖5是本發明兩個變換單元輸入串聯輸出并聯示意圖。圖6是本發明直/直變換器中雙輸出變換單元示意圖。圖7是本發明三個變換單元輸入串聯輸出重疊并聯示意圖。圖8是本發明直/交變換器示意圖。圖9是本發明直/交變換器鉗位整流器組示意圖。圖10是本發明散熱器、導線排、結構固定件組合示意圖。圖11是本發明鉗位整流器組平板型和風道型示意圖。圖12是本發明直流/多交流變換器單元示意圖。圖13是本發明六單元直流/多交流變換器示意圖
具體實施例方式以下結合附圖具體說明本發明直流智能電網的實施例，但本發明不限于以下各實 施例。圖1是本發明直流智能電網實施例的主系統圖。1交/直變換器，2為風力發電機 組，3A為直流電源，:3B為直流負荷，4為直/直變換器，5為直/交變換器，6為直流輸電線。圖2是本發明交流發電機單元各繞組接整流器串聯的示意圖。7為交流發電機單 元加整流器組。圖3是本發明五個交流發電機單元整流器串聯示意圖。7為交流發電機單元加整 流器組。圖4是本發明直圖5是本發明直 出變換單元。圖6是本發明直圖7是本發明直
雙輸出變換單元。圖8是本發明直 變換單元。圖9是本發明直系。圖10是本發明散熱器、導線排、結構固定件組合示意圖。圖中短線為鉗位整流器 電流通路。圖中已將可關斷電力電子元件、整流器、散熱器、導線排、結構固定件連接為剛性 整體。圖11是本發明鉗位整流器組平板型和風道型示意圖。可觀察元件、散熱器、導線 排、結構固定件組合體的斷面。圖12是本發明直流/多交流變換器單元示意圖。8為直/直變換單元，10為直流 /多交流變換器單元。圖13是本發明六單元直流/多交流變換器拖動六電機示意圖。10為直流/多交 流變換器單元，11為牽引電機。
/直變換器中單輸出變換單元示意圖。8為單輸出變換單元。 /直變換器中兩個變換單元輸入串聯輸出并聯示意圖。8為單輸
/直變換器中雙輸出變換單元示意圖。9為雙輸出變換單元。 /直變換器中三個變換單元輸入串聯輸出重疊并聯示意圖。9為
/交變換器示意圖。本圖中只畫出一個鉗位整流器組，8為直/直
/交變換器鉗位整流器組示意圖。表明鉗位整流器組輸入輸出關
下面結合附圖1-13說明本發明直流智能電網的工作過程。直流智能電網(參見圖1)直流輸電線6通過交/直變換器連接其他交流電網輸入 電能；連接風力發電機組加整流器組2輸入電能；通過整流器連接直流電源3A輸入電能； 通過整流器連接直流負荷3B輸出電能；通過直/直變換器4連接電壓等級不同的直流負荷 和直流母線輸出電能；通過直/交變換器5連接交流負荷和其他交流電網輸出電能。本發明風力發電機組(參見圖2、圖3)通過繞組的隔離，鐵心的隔離、提高了輸出 電壓，又改善了氣動特性。因多副邊減輕了整流橋耐壓負擔，又因空間角度和多重化移相設 計降低了繞組諧波。因直流傳輸，適合近海風電。因單向導電性，不必考慮低壓穿越，適于多電機并聯 以峰補谷。風機葉輪具較大直徑和質量，其轉動慣量具有短暫儲能平抑波動性的作用。風 電機不含增速齒輪、變頻器、變壓器，整流器造價低廉、穩定可靠、維護工作量極低。本發明直/直變換器(參見圖4、圖5、圖6、圖7)當輸入電壓擾動升高時輸出電壓 升高，導致這支電流高過并聯的其它分支，導致變換單元輸入阻抗下降，導致串聯的變換單 元輸入電壓下降，產生各變換單元輸入的均壓效果；同理，當輸入電壓擾動降低時輸出電壓 降低，導致這支電流低于并聯的其它分支，導致變換單元輸入阻抗增高，導致串聯的變換單 元輸入電壓上升，產生各變換單元輸入的均壓效果。變換單元脈沖變壓器有2個副邊時，分 別整流形成對應輸出，各變換單元各對應輸出重疊并聯，產生各變換單元輸入的均壓效果。直/直變換器又稱直流變壓器，將與交流變壓器展開競爭。隨著最大用電量負 荷——電機負荷廣泛采用變頻器，最大數量負荷——家用電器廣泛采用開關電源，直流系 統成本已遠遠低于交流系統成本。且交流變壓器鐵芯、銅線、絕緣材料的高排放物制備、空 載損耗、散熱量不易利用、無法軟啟動、型制復雜等越來越面臨不利局面；直流變壓器由于 高壓實現、簡規單元靈活組合、較低排放制備、冗余無損耗備機，告別無功、負序、諧波等交 流系統特質，軟啟動運行，直流變壓器單位制造成本低于交流變壓器等前景光明。此消彼 長，交流變壓器退出速度決定于直流系統的新建成本與現存交流變壓器的折舊經濟性。本發明直/交變換器(參見圖8)由直/直變換器8、鉗位整流器組、可關斷電力電 子元件及多電平控制器組成(多電平控制器及連線圖中省略)。直/直變換器各變換單元 輸入為可關斷電力電子元件提供均壓電位，直/直變換器各變換單元輸出并聯后提供輔助 電源。鉗位整流器組輸入接各變換單元輸入，鉗位整流器組輸出接串聯可關斷電力電子元 件的節點上，使可關斷電力電子元件保持均壓。可關斷電力電子元件組成單相或三相多電 平橋臂，在多電平控制器控制下輸出單相或三相交流電，并改變頻率和電壓。此變換方法構建無變壓器結構高電壓變頻器，當交流電源輸入時，經整流再進行 直/交變換。因變壓器鐵芯、銅線、絕緣材料的高排放物制備，無變壓器結構高電壓變頻器 可降低造價50%。多電平高壓變頻器的困難在于各電平電壓不穩定，和隨電平數升高迅速增加的鉗 位整流器、散熱器、導線排、結構固定件，特別是后者形如亂麻令人望而生畏。另外，因結構 復雜，通風散熱不知如何是好。本發明直/交變換器鉗位整流器組(參見圖9)輸入接各變 換單元輸入，鉗位整流器組輸出接串聯可關斷電力電子元件的節點上，使可關斷電力電子 元件保持均壓。本發明將可關斷電力電子元件、整流器、散熱器、導線排、結構固定件連接為剛性整體(參見圖10)。本發明將鉗位整流器組連接成整體(參見圖11)。經過彎角設計形成 風道筒形，利于通風。本發明直流/多交流變換器(參見圖12、圖13)，8為直/直變換單元，10為直流 /多交流變換器單元，11為牽引電機。直/直變換器各變換單元輸入提供均壓電位，直/直 變換器輸出提供輔助電源，每段電位安置一臺低壓逆變器，拖動一臺電機。可通過調節某臺 低壓逆變器頻率改變電流幫助保持均壓，亦可調節某臺低壓逆變器橋臂短暫貫通強制保持 均壓。此變換方法使機車制動極為簡單，不需回饋系統，可實現貫通供電，無變壓器和平 波電抗器，牽引變電所改造簡單，可吸收新能源，可將交流系統負面電量中和利用。可由本 發明直流智能電網兼任牽引供電網，適合高速動車和重載牽引。我們看到，電機廣泛采用變頻器；家用電器廣泛采用開關電源；直流變換成本低 于交流變換；直流設備相對交流設備價格大幅下降；交流系統將失去立足之地。直流風電 的低成本(投資低于火電)、無排放與國際減排巨大壓力的多重“挾持”，火電和交流系統將 加速退出。與交流系統特質相關的無功、諧波、負序等不再困擾我們，架空線除冰變得容易， 工業與家用電器標準要做出一些改變，全世界風電場將環網化或二維網化連接起來，智能 電網概念將清晰為直流智能電網。
權利要求
1.直流智能電網，其特征在于由電源、輸電線、變換器、負荷、電網控制器等組成。電源從動力資源劃分為可控資源和不可控資源。可控資源為火力、核能、水力、潮汐能、生物質能等，本發明中還包括從其它電網輸入的電力。不可控資源為風力、太陽能等，本發 明中還包括從其它電網因經濟、安全的原因隨機輸入的電力。電源從形態上分為交流電源 和直流電源，除光伏發電等為直流電源外，多數電源為交流電源。交流電源要經過整流接入 直流智能電網，直流電源可直接接入直流智能電網，也可為了適應波動經整流器接入直流 智能電網。直流智能電網盡可能多地接受電源，并且供需雙方在電量交易系統博弈下優化 分配可控資源和不可控資源。輸電線采用單極性或雙極性的直流電纜或直流架空輸電線。變換器為直/直變換器、直/交變換器和交/直變換器。從電源、輸電線到負荷要經過 數級變換器，在直流智能電網中盡可能減少級數。負荷分為傳統負荷和智能負荷，智能負荷可汲取隨機和波動部分的電能。直流智能電 網盡可能多地接受負荷特別是智能負荷。電網控制器由主機、氣象數據接口、電量交易系統數據接口、電網調節執行通訊接口、 數據記錄器等組成。
2.根據權利要求1所述的直流智能電網，其特征在于所述風力發電機由數個交流發電機單元組成，交流發電機單元為獨立的無刷勵磁(包 括但不限于旋轉整流器、永磁、或副定子直流經副轉子“旋轉變壓器”感應)或有刷勵磁的 多極、多相、多繞組、多重化移相交流發電機。所述多極、多相、多繞組、多重化移相交流發 電機“多極”用于提高發電機輸出頻率；“多相”用于大功率發電機分散電流壓力提高力矩 平衡靈活性并增加冗余可靠性；“多繞組”用于方便多重化移相和化解串聯高壓整流器反向 截止均壓難題并增加冗余可靠性；“多重化移相”用于減小電機電流諧波和降低直流電壓波 動，且為發電機提供穩定的阻力矩。所述“多極”當動力機械設有增速器時可降低極數。所 述“多相”當發電機設計力求簡單時可降低相數如三相。所述“多繞組”當發電機設計力求 簡單時可降低繞組數或不分組。所述“多重化”當發電機繞組空間位置可代替時可不設多重 化。各交流發電機單元軸向排列，經絕緣法蘭盤或絕緣子分別將轉子和定子連接固定，成為 各轉子相互絕緣并且同軸固定、各定子相互絕緣固定且錯開一個機械角度的發電機組。多 單元用于提高輸出電壓，改善氣動特性，各定子錯開角度強化了減小電機電流諧波和降低 直流電壓波動的效果。多單元、多極、多相、多繞組、多重化移相的綜合效果要求各輸出繞組 間隔電角度一致，輸出幅值相等，相鄰繞組間耐壓一致、排列不交錯，提高機組輸出電壓。各 整流橋交流側接風力發電機組的多個單元、以及多極、多相、多繞組、多重化移相繞組輸出， 直流側同極性順序串聯成直流高壓連接直流輸電線。整流橋直流側也可提供交流發電機單 元勵磁；整流橋就近繞組安裝，與定子結構配合，連線簡潔。
3.根據權利要求1所述的直流智能電網，其特征在于所述直/直變換器其變換方法采取以下步驟a、將輸入的高電壓直流電變換為MXN路，彼此相互獨立的中間交流電。其中M為各輸 入首尾相連在高電壓直流側的變換單元個數；N為每個單元輸出路數。b、對各路中間交流電進行整流，形成相同路數的中間直流電。c、M個變換單元的對應中間直流進行并聯，在負荷電流作用下形成負反饋以保持各變換單元輸入的均壓；亦可根據檢測輸入電壓調整頻率和占空比，保持各變換單元輸入的均 壓。d、因保持各變換單元輸入的均壓，保證了變換單元工作的穩定。e、對各路中間直流電進行串并組合，并保持同一極性，實現直/直變換。執行直/直變換器變換方法的直/直變換器裝置為a、變換單元由支撐電容、可關斷電力電子元件、脈沖變壓器、整流器、控制器組成。可關 斷電力電子元件組成H橋逆變器，變換單元輸入并聯支撐電容及逆變器輸入，逆變器輸出 接脈沖變壓器原邊，脈沖變壓器副邊接整流器，整流器輸出接變換單元輸出，控制器檢測電 信號并觸發可關斷電力電子元件。b、M個變換單元輸入串聯，連接于高電壓直流輸入。M的取值為“高電壓直流電壓/變 換單元耐壓”C、變換單元逆變器頻率及占空比固定，各變換單元輸出并聯。當輸入電壓擾動升高時 輸出電壓升高，導致這支電流高過并聯的其它分支，導致變換單元輸入阻抗下降，導致串聯 的變換單元輸入電壓下降，產生各變換單元輸入的均壓效果；同理，當輸入電壓擾動降低時 輸出電壓降低，導致這支電流低于并聯的其它分支，導致變換單元輸入阻抗增高，導致串聯 的變換單元輸入電壓上升，產生各變換單元輸入的均壓效果；或各變換單元輸入接傳感器， 根據電壓調整逆變器頻率或占空比，產生各變換單元輸入的均壓效果。d、變換單元脈沖變壓器有N個副邊，分別整流形成對應輸出，各變換單元各對應輸出 全并聯或部分并聯或重疊并聯，產生各變換單元輸入的均壓效果。N的取值參考整流器耐 壓。e、各變換單元各對應輸出經并聯及串聯，并保持同一極性，產生所需的直流電壓，完成 直/直變換。f、通過調整逆變器頻率或占空比調整輸出電壓。
4.根據權利要求1所述的直流智能電網，其特征在于所述直/交變換器包含但不限于由直/直變換器、鉗位整流器組、可關斷電力電子元件 及多電平控制器組成。直/直變換器各變換單元輸入提供均壓電位，直/直變換器輸出提 供輔助電源，鉗位整流器組輸入接各變換單元輸入，鉗位整流器組輸出接串聯可關斷電力 電子元件的節點上，使可關斷電力電子元件保持均壓。可關斷電力電子元件組成單相或三 相多電平橋臂，在多電平控制器控制下輸出單相或三相交流電，并改變頻率和電壓。此變換 方法構建無變壓器結構高電壓變頻器，當交流電源輸入時，經整流再進行直/交變換。
5.根據權利要求1、權利要求4所述直流智能電網，其特征在于所述鉗位整流器組由整流器元件、散熱器、導線排、結構固定件組成。本發明將散熱器、 導線排、結構固定件三合為一；所述可關斷電力電子元件需散熱器散熱，需導線排、結構固 定件，本發明將散熱器、導線排、結構固定件三合為一，并與鉗位整流器組相互連接成整體。 經過彎角設計形成風道筒形，利于通風。
6.根據權利要求1、權利要求5所述直流智能電網，其特征在于所述直/交變換器包含“直流/多交流變換器”(用于電力機車及軋鋼機)由直/直變 換器、數個低電壓逆變器組成。直/直變換器各變換單元輸入提供均壓電位，直/直變換器 輸出提供輔助電源，每段電位安置一臺低壓逆變器，拖動一臺電機。可通過調節某臺低壓逆變器頻率改變電流幫助保持均壓，亦可調節某臺低壓逆變器橋臂短暫貫通強制保持均壓。
7.根據權利要求1所述直流智能電網，其特征在于所述交/直變換器由多副邊、多重化移相變壓器各輸出接整流橋交流側，各整流橋直 流側同極性順序串聯成高壓直流。其中一個整流橋改為可控整流橋，其余整流橋用開關通 斷變壓器繞組，可實現連續調節輸出電壓。
8.根據權利要求1所述直流智能電網，其特征在于所述負荷從接受電壓角度分為四類1類，僅接受標準電壓；2類，可接受高過標準電 壓15%左右，但功率不變，如燈具、印刷機等負荷；3類，可接受高過標準電壓15%左右，功 率可相應提高，但無儲能功能，如風扇、提水設備等負荷；4類，可接受高過標準電壓15%左 右，功率可相應提高，且有儲能功能，如空調、電冰箱、儲能電熱器、制冷制熱中心等負荷。從 接受時間角度分為二類A類，連續接受制；B類，間歇接受制。1A、1B為傳統負荷；3A、4A、 2B、3B、4B為智能負荷。智能負荷輸入端增加電壓檢測器或電壓比較器，電壓較高時進入增 加負荷和儲能運行。
9.根據權利要求1所述直流智能電網，其特征在于所述氣象數據為權威機構發布的與直流智能電網相關區域的風力、風向、溫度、濕度、 雨、雪、霜、霧等關乎直流智能電網電源和負荷的時段數據。所述電量交易系統將不同歸屬的電力生產者、使用者、相關專業人士、投資人凝聚在追 求清潔能源及使用效率的平臺上。通過集合競價合理供應和使用各時段的電力資源。風電 企業通過購買某時段電能期貨，來提高風電供應質量；也可通過強大的競爭實力把可控電 能推到風力薄弱區段。所述電網調節執行機構根據電網控制器的指令，對電網進行調節，完成電量交易形成 的供求關系。所述數據記錄器將長期記錄各種歷史數據，不斷增加的樣本幫助進行數學模型完善。電網控制器主機根據歷史數據、不斷完善的系統模型、最新氣象數據、不斷更新的交易 系統數據、最新的電源和負荷情況，形成調節指令發往電網調節執行通訊接口。電網控制器 主機要向電量交易系統提供未來一段時間的電能產生參考曲線和電能負荷參考曲線，不斷 更新。
10.根據權利要求1所述直流智能電網，其特征在于在我國北緯40度至42度建設直流智能電網高壓走廊(+800KV/-800KV)，并與外國直流 電網相連，利用經度變化平衡負荷；在我國沿黃海、渤海、東海、南海建設連貫的近海直供直 流智能電網(+7、5KV/-7、5KV)，就近建設制冷制熱中心，由沿海向內陸縱深采用直流電纜加 快建設城市直流網，采用格網(二維網)降低線路損耗，提高可靠性，減少增容作業。
全文摘要
因風力發電引出的電網變革。由于風力的隨機和波動，風電設備造價高昂，交流電網的復雜，負荷的不受控，造成風電事業空前的困難。稱風電需火電來稀釋，顯然風電似毒藥。僅從風電設備角度研究問題是沒有出路的，要從包括電網、負荷的整個系統來分析。風電設備要盡可能簡單，通過并聯進而數個風電場連接起來，互相補充來抑制波動，能量匯總后(約并聯設備容量10％)再進行變換入網，可大大降低造價。如果不入交流網將變換資源移至用戶變頻器，一舉兩得，此時使用了直流到用戶的直流電網。相同資源直流通過的功率是交流的二至四倍，并且交流變電成本低的觀點也要改寫。直流電網經多端控制可連接數個不同步的交流電網，電氣化機車牽引電網采用直流可實現貫通供電，機車變流器也變得簡單。負荷檢測輸入電壓，電壓較高時增加取電。
文檔編號H02M3/335GK102122596SQ201010033658
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者馬志剛 申請人:馬志剛