适用于煤矿的远距离中压直流输电系统技术方案

技术编号:18355074 阅读:63 留言:0更新日期:2018-07-02 07:44
本发明专利技术提供一种适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,包括:前端电力电子整流装置,所述前端电力电子整流装置与交流电网连接;中压直流输电装置,所述中压直流输电装置与所述前端电力电子整流装置连接;末端电力电子逆变装置,所述末端电力电子逆变装置与所述中压直流输电装置连接。与现有技术相比,本发明专利技术的有益效果如下:前端输入为低压工频交流电源,传输过程为直流中压,为末端负载供电可根据负载类型和所需电压等级灵活选择直流或交流,系统结构灵活,可以满足煤矿井下各类负载需求,且具有的优点包括:线路损耗更小;线路建设成本更低;高频变压器体积更小、效率更高;没有无功功率的流动,电能质量和传输效率更高;无需增加无功补偿设备。

【技术实现步骤摘要】
适用于煤矿的远距离中压直流输电系统
本专利技术涉及煤矿远距离输电系统,具体地,涉及一种适用于煤矿的远距离中压直流输电系统。
技术介绍
我国煤矿数量众多,绝大多数煤矿采用自己的专用变电站,属于相对独立的供电系统。随着煤矿数量的增多、煤矿电网规模不断增大,对于煤矿的用电安全和用电控制越来越难。目前,煤矿大多采用交流配电网,随着高电压大功率变频器和开关电源等电力电子设备在煤矿井下的应用逐渐普及,交流配电方式越来越难以满足需求,其主要存在的问题包括:(1)线路损耗大。远距离长电缆输电是煤矿井下普遍采用的供电模式,在长距离线路供电时,距离越长,线路等效电阻与等效电感数值就越大,产生的线路压降和线路损耗就越大,势必造成末端电压下降严重,使得受电端的高压侧输入电压降低5%~10%,同时也使得井下移动变电站输出的低压侧电压降低,以致影响供电系统的稳定可靠输电能力;(2)末端电压大幅跌落。煤矿供电负荷大部分为大功率电机负载,功率因数为0.8~0.85,启动冲击负荷大、无功功率冲击严重。末端电机群启动运行时,电机启动和运行产生的大量无功电流在线路等效电感、电阻中会产生较大的无功损耗,导致线路末端的电压大幅跌落,严重时会影响线路末端的电机群正常运行。(3)谐波污染不断增加。以开关电源和高电压大功率变频器为代表的电力电子设备在煤矿井下的应用越来越多,煤矿电网的谐波污染和电磁干扰问题不断加。(4)中高压长电缆截面设计尺寸大,费用过高。远距离长电缆输电线路的负载为电机或电机群,设计电缆截面积时考虑到末端电压损失的影响,其截面积设计可能需要较大尺寸,整个线路的中高压长电缆总体费用很高。上述问题是煤矿井下远距离长线路供电面临的问题,至今为止,尚未找到有效解决方案。因此,解决煤矿中高压长电缆远距离供电普遍面临的难题,实现煤矿井下安全可靠稳定供电系统,提出中高压长电缆远距离供电系统末端电压稳定、可靠运行的新技术,具有重要理论研究意义与实际工程应用意义。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷,本专利技术的目的在于提出了一种解决末端电压下降多、线路损耗大问题的适用于煤矿的远距离中压直流输电系统。为解决上述技术问题,本专利技术提供一种适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,包括:前端电力电子整流装置,所述前端电力电子整流装置与交流电网连接;中压直流输电装置,所述中压直流输电装置与所述前端电力电子整流装置连接;末端电力电子逆变装置,所述末端电力电子逆变装置与所述中压直流输电装置连接;其中所述前端电力电子整流装置包括相互连接的前端交直流变换单元和前端电力电子模块化整流单元;所述前端交直流变换单元与所述交流电网连接,所述前端电力电子模块化整流单元与所述中压直流输电装置连接;所述末端电力电子逆变装置包括相互连接的末端电力电子模块化逆变单元及末端交直流变换单元;所述末端电力电子模块化逆变单元与所述中压直流输电装置连接,所述末端交直流变换单元与负载端连接。优选地,所述前端电力电子模块化整流单元包括前端多电平逆变模块、前端高频隔离变压器模块及前端多电平整流模块;所述前端多电平逆变模块与所述前端交直流变换单元连接,所述前端多电平整流模块与所述中压直流输电装置连接。优选地,所述前端电力电子模块化整流单元的数量为多个。优选地,所述末端电力电子模块化逆变单元包括末端多电平逆变模块、末端高频隔离变压器模块及末端多电平整流模块;所述末端多电平逆变模块与所述中压直流输电装置连接,所述末端多电平整流模块与所述负载端连接。优选地,所述末端电力电子模块化逆变单元的数量为多个。优选地,所述前端交直流变换单元及所述末端交直流变换单元为NPC三电平整流器或T型三电平整流器。优选地,所述前端多电平逆变模块及所述末端多电平逆变模块为二电平逆变器、三电平逆变器或五电平逆变器。优选地,所述前端高频隔离变压器模块及所述末端高频隔离变压器模块为单绕组单相非晶变压器或双绕组单相非晶变压器。优选地,所述前端多电平整流模块为二电平整流模块或级联二电平整流模块。优选地,所述末端多电平整流模块为二电平整流模块、级联二电平整流模块或二极管整流模块。与现有技术相比,本专利技术的有益效果如下:1)直流输电的损耗更小。直流配电只需两个线路,所以相比交流线路,导线的损耗更小。另外,在输送相同的有功功率情况下,单极直流系统的损耗将小于单相交流输电损耗,而双极直流输电线路的损耗将远小于三相交流系统的损耗。2)相比于交流配电网的三相四线制,双极直流配电网只需两条线路,其建设费用和成本更低。在交直流电压有效值相同时,交流电压的峰值比直流电压峰值高,交流输电对电缆的绝缘强度要求更高,因此,直流电缆的成本更低。3)在相同的绝缘水平情况下,直流配电网的传输功率约为交流配电网的1.5倍,其容量更大,可传输的电压等级更高。4)和传统变压器相比,所采用的高频变压器,体积更小、损耗更低,效率更高。5)直流配电网传输过程中没有无功功率流动,电能质量和传输效率更高,无需增加无功补偿设备、电力电子变换设备减少、可靠性高,减少整流环节、提高电网整体运行效率。6)运行过程中不存在相位同步和频率稳定问题,控制相对容易。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统原理图;图2为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端交直流变换单元示意图一;图3为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端交直流变换单元示意图二;图4为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端电力电子模块化整流单元结构图;图5为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端电力电子模块化整流单元模块示意图;图6为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端多电平逆变模块原理图一;图7为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端多电平逆变模块原理图二;图8为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端高频隔离变压器模块原理图一;图9为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端高频隔离变压器模块原理图二;图10为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端多电平整流模块原理图一;图11为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的前端多电平整流模块原理图二;图12为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端电力电子模块化逆变单元结构图;图13为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端电力电子模块化逆变单元模块示意图;图14为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端多电平逆变模块原理图一;图15为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端多电平逆变模块原理图二;图16为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端高频隔离变压器模块原理图一;图17为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端高频隔离变压器模块原理图二;图18为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端多电平整流模块原理图一;图19为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端多电平整流模块原理图二;图20为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端多电平整流模块原理图三;图21为本专利技术适用于煤矿的远距离中压直流输电系统的末端交直流变换单元示意图一;图22为本专利技术适用于煤矿的本文档来自技高网
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适用于煤矿的远距离中压直流输电系统

【技术保护点】
1.一种适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,其特征在于,包括:前端电力电子整流装置,所述前端电力电子整流装置与交流电网连接;中压直流输电装置,所述中压直流输电装置与所述前端电力电子整流装置连接;末端电力电子逆变装置,所述末端电力电子逆变装置与所述中压直流输电装置连接;其中所述前端电力电子整流装置包括相互连接的前端交直流变换单元和前端电力电子模块化整流单元;所述前端交直流变换单元与所述交流电网连接,所述前端电力电子模块化整流单元与所述中压直流输电装置连接;所述末端电力电子逆变装置包括相互连接的末端电力电子模块化逆变单元及末端交直流变换单元;所述末端电力电子模块化逆变单元与所述中压直流输电装置连接,所述末端交直流变换单元与负载端连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,其特征在于,包括:前端电力电子整流装置,所述前端电力电子整流装置与交流电网连接;中压直流输电装置,所述中压直流输电装置与所述前端电力电子整流装置连接;末端电力电子逆变装置,所述末端电力电子逆变装置与所述中压直流输电装置连接;其中所述前端电力电子整流装置包括相互连接的前端交直流变换单元和前端电力电子模块化整流单元;所述前端交直流变换单元与所述交流电网连接,所述前端电力电子模块化整流单元与所述中压直流输电装置连接;所述末端电力电子逆变装置包括相互连接的末端电力电子模块化逆变单元及末端交直流变换单元;所述末端电力电子模块化逆变单元与所述中压直流输电装置连接,所述末端交直流变换单元与负载端连接。2.根据权利要求1所述的适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,其特征在于,所述前端电力电子模块化整流单元包括前端多电平逆变模块、前端高频隔离变压器模块及前端多电平整流模块;所述前端多电平逆变模块与所述前端交直流变换单元连接,所述前端多电平整流模块与所述中压直流输电装置连接。3.根据权利要求2所述的适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,其特征在于,所述前端电力电子模块化整流单元的数量为多个。4.根据权利要求3所述的适用于煤矿的远距离中压直流输电系统,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:姜建国叶舒周中正刘贺刘聪李俊杰李洪亮
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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