一种用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器技术方案

本发明专利技术涉及用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，属于电力电子与配电技术相结合的技术领域。包括小容量CSC、大容量CSC、电子开关以及控制器；小容量CSC的直流侧通过电力交换器的直流母线相互串联，小容量CSC的直流出口并联有混合直流转换开关；大容量CSC的交流侧通过交流断路器与电子开关的一端相连，其直流侧与直流母线串联联接，其直流出口并联有混合直流转换开关。电子开关的另一端与交流变电站相连；控制器通过信号线分别与电子开关、小容量电流源换流站和大容量电流源换流站相连。本电力交换器提高了单台主变的利用效率，减少电流源换流站的总体容量，降低系统的整体损耗，节约设备的总体投资额度，使整体系统更加经济、可靠的运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，属于电力电子与配电技术相结合的

技术介绍
近年来，随着城市规模的不断扩大和用电负荷的快速增加，对配电网络的电能质量、供电可靠性和输电容量的要求也日益增加。针对这些要求，配网的发展思路主要有两个：1)发展分布式电源及配套设施，减少配电网络压力；2)加强配电网络建设，提高配电设备利用率。目前，很多专家学者研究分布式电源的灵活接入，常见的分布式电源主要有光伏电池、燃料电池、风力机和燃气轮机，这些电源产生的电能均为直流电或者经过简单整流后变为直流电，所以把分布式电源及储能接入直流母线是未来配电网发展方向之一。由于分布式电源往往具有地理分散性、间歇性、随机性和不确定性，所以分布式电源并未有效减少配电网络的建设压力。在传统交流单向配电网中，为防止产生电磁环网，10kV电压等级供电区域解环运行，如图1所示，区域A和区域B之间由母联开关S连接，为了防止区域A由于变压器A故障而失电，在变压器A故障后，需要合上母联开关S，区域A的电力由变压器B转供，假设供电区域的负荷相同，同为1p.u.，考虑到互为备用，变压器的容量为2p.u.，如果供电区域负荷不均衡，则变压器的容量大于2p.u.，这也是规定110kV变电站容载比为2.2的一个重要原因。由于交流电潮流不可控等原因，造成传统交流配电设备冗余严重，利用率低，尤其在负荷密度较大、土地资源紧张的大城市，需要加强配电网络建设才能满足日益增长的用电负荷的需要，这就会加剧城市土地资源紧张和配电网络设备利用率低的局面。而柔性直流技术能够快速独立地控制有功功率和无功功率，不增加交流系统的短路容量，没有电磁环网问题，所以在中压配电网层面利用柔性直流技术实现传统交流配电网络改造是未来配电网络发展的趋势。而且，通过柔性直流技术可以为配电网提供直流母线，方便分布式电源、储能、电动汽车及直流负荷的接入，利用柔性直流技术功率快速调节功能可以进一步消除分布式电源对电网产生的负面影响。目前，绝大部分柔直技术均基于电压源换流站，而基于电流源换流站(以下简称CSC)技术的柔直设备少之又少，因此研发基于CSC的柔直设备将具有独特的工作特性和广阔的发展空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，针对现有交流配电系统存在的主变的备用容量大、设备利用率低等问题，从配电网建设方面提出一种用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器(以下简称CSC-UPH)，以有效降低主变的备用容量，提高配电网络设备利用率，实现系统N-1故障下的不间断供电，而且实现系统功率潮流的主动优化控制，提高供电质量并能在交流系统发生故障时对其进行灵活的无功补偿。本专利技术提出的用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，包括N台小容量电流源换流站(以下简称CSC)、一台大容量电流源换流站、一个电子开关以及一个控制器；所述的N台小容量电流源换流站的交流侧分别通过N个交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连，N台小容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线相互串联，并且在每台小容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关；所述的大容量电流源换流站的交流侧通过交流断路器与电子开关的一端相连，所述的大容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线串联联接，并且在其直流出口并联有混合直流转换开关；所述的电子开关的多个另一端通过交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连；所述的控制器通过信号线分别与电子开关、N台小容量电流源换流站和大容量电流源换流站相连。上述电流源型不间断电力交换器中，所述的大容量电流源换流站由M台小容量电流源换流站组成，M台小容量电流源换流站的交流侧分别通过交流断路器与电子开关的一端相连，M台小容量电流源型换流站的直流侧分别通过电流源型不间断电力交换器的直流母线相互串联，每台小容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关。上述电流源型不间断电力交换器中，所述的混合直流转换开关由绝缘栅双极型晶体管和机械开关组成，当电流源换流站正常运行时，混合直流转换开关处于断开状态；当电流源换流站由于故障等原因退出运行时，混合直流转换开关处于闭合状态，旁路相应的电流源换流站；混合直流转换开关开断的电流为系统的额定运行时的电流。上述电流源型不间断电力交换器中，所述的电子开关由N组三相反并联晶闸管组成，
每组三相反并联晶闸管的一端分别与交流配电系统中相应交流变电站出线端的三相交流断路器相连，每组三相反并联晶闸管的另一端同时与交流断路器相连。本专利技术提出的用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，其优点是：本专利技术结构简单，功能强大。各小容量的电流源换流站由于规格统一，便于设备的模块化设计、工业化生产和周期化建设及调试；CSC-UPH的运用使得系统各处功率可控，减小了交流配电网主变的备用容量，降低了整体配网的运行成本，提高了系统整体运行效率；当交流变电站中的主变发生N-1故障时，通过控制电子开关，可在短时间内(ms级)利用CSC-UPH联网系统内其他正常运行的主变不间断供电；当交流系统发生故障导致系统电压跌落时，CSC-UPH还可通过与之相连的交流线路对交流系统进行动态无功补偿。本专利技术的电流源型不间断电力交换器，结构简单、层次分明且易于实现，UPH的使用首先可以减小变电站主变的备用容量，提高其利用效率，降低设备投资额度；其次，所有CSC均集中在一个站内，空间地理位置很近，CSC直流侧几乎不会发生故障，CSC-UPH变传统直流互联的分散控制为同一区域集中控制，降低了CSC间的通讯要求及控制难度，同时，变传统的分散用地为集中用地，提高了土地利用效率，便于系统的规划和建设；最后，CSC-UPH可以方便的实现系统N-1故障下的不间断供电和对交流系统的动态无功补偿，提高了整体系统的供电可靠性。该装置具有完备的功能、广泛的适应性和灵活的扩展性。附图说明图1是已有技术中的交流配电网结构示意图。图2是本专利技术提出的用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器的电路原理图。图3是图2所示的电流源型不间断电力交换器中大容量电流源换流站的一个实施例的电路图。图4是图2所示的电流源型不间断电力交换器中电子开关的电路原理图。图5是本专利技术一个实施例的电路原理图。图6是本专利技术一个实施例的电子开关的电路原理图。图7是本专利技术的电流源型不间断电力交换器在N-1故障下不间断供电示意图。具体实施方式本专利技术提出的用于交流配电系统的不间断电力交换器，其电路图如图2所示，包括N
台小容量电流源换流站、一台大容量电流源换流站、一个电子开关以及一个控制器；所述的N台小容量电流源换流站的交流侧分别通过N个交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连，N台小容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线相互串联，并且在每台小容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关；所述的大容量电流源换流站的交流侧通过交流断路器与电子开关的一端相连，所述的大容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线串联联接，并且在其直流出口并联有混合直流转换开关；所述的电子开关的多个另一端通过交流断路器与交流配电系统中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，其特征在于包括N台小容量电流源换流站、一台大容量电流源换流站、一个电子开关以及一个控制器；所述的N台小容量电流源换流站的交流侧分别通过N个交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连，N台小容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线相互串联，每台小容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关；所述的大容量电流源换流站的交流侧通过交流断路器与电子开关的一端相连，所述的大容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线串联联接，大容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关；所述的电子开关的多个另一端通过交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连；所述的控制器通过信号线分别与电子开关、N台小容量电流源换流站和大容量电流源换流站相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于交流配电系统的电流源型不间断电力交换器，其特征在于包括N台小容量电流源换流站、一台大容量电流源换流站、一个电子开关以及一个控制器；所述的N台小容量电流源换流站的交流侧分别通过N个交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连，N台小容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线相互串联，每台小容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关；所述的大容量电流源换流站的交流侧通过交流断路器与电子开关的一端相连，所述的大容量电流源换流站的直流侧通过电流源型不间断电力交换器的直流母线串联联接，大容量电流源换流站的直流出口并联有混合直流转换开关；所述的电子开关的多个另一端通过交流断路器与交流配电系统中相应的交流变电站相连；所述的控制器通过信号线分别与电子开关、N台小容量电流源换流站和大容量电流源换流站相连。2.如权利要求1所述的电流源型不间断电力交换器，其特征在于，所述的大容量电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁志昌，王一振，季一润，付姣，朱俊宇，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11