一种应用于电力传输的电力补偿变电系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于电力传输的电力补偿变电系统，该系统包括电流控电压源子系统、电流控电流源子系统、供电电源变换子系统及公共直流母线等四部分。电流控电压源子系统串联于输电线路中，其输出电压受线路电流控制，具有电压提升、阻抗补偿等功能；电流控电流源子系统并联于输电线路中，除实现动态无功补偿等基本功能外，一方面可与电流控电压源子系统进行协同阻抗补偿，提高功率传输效率；另一方面通过与储能设备的交互进行充放电双工作，实现了电网能量的平衡与调整，有效解决了电网峰谷平衡的问题。峰谷平衡的问题。峰谷平衡的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于电力传输的电力补偿变电系统


[0001]本技术涉及一种交流输电线或交流配电网络的电力补偿变电系统，属于供电或配电的电路装置或系统


技术介绍

[0002]负荷分散地区的电网建设经济效益差、投入产出比低是全世界电网公司普遍面对的问题。南非Eskom电力公司和澳大利亚Country Energy电力公司研究表明，传统的发电—配电系统仅适用于人口密度较高的居民区，对于用户密度较低(低于70户/km2)的农村地区，由于供电半径较大，容易出现线路末端供电电压偏低，电能质量不合格的问题。此外，随着用户负荷的不断增大，以及单点大负荷的不断增多，位于线路尾部的用户的供电质量会受到更大的影响。人口密度较低的地区，负荷分散、负荷率低，而配电网造价高、投入产出比低，电网建成后将面临电网利用效率低、运行维护成本高等诸多问题，如何以较经济的方式为偏远地区的人口提供适合的供电服务，成为世界性的热点议题。
[0003]对于气候特点突出的国家，主要通过充分利用气候优势，大力发展新能源发电来实现区域集中供电。而我国气候条件复杂，不能够单一的依托分布式新能源发电来全面解决偏远地区的供电问题，应综合考虑多种能源形成互补系统。形如青海省等内陆高海拔地区，由于地区海拔较高，气候条件恶劣，电网的建设与维护过程异常艰辛，投资与运维费用却远高于东部发达地区。负荷分散，变配电站供电半径有限，往往需要较长的中压线路和分散的变配电站才能实现整个区域的供电，而分散的变电站主变压器的利用率低，一大部分的功率损失在了线路传输的过程中，且主要是因有功电流流经较长的输电线路造成的损耗，无法通过简单地并联无功补偿设备改善末端电压特性。为确保末端用户的用电质量、减小线路损耗，传统的方案是靠近负荷点新建变电站。这种方案虽然确保了用户端的电压合格，但高昂的投资建设成本、较低的变电站资源利用率，严重地违背了智能电网经济、可靠、安全、高效地运行要求，不利于智能电网的建设和发展。因此，亟需一种低成本、高可靠性的全面补偿方案，能够实现在负荷波动的情况下，仍能调节输电线路的阻抗特性，实现阻抗补偿，从而提高功率输送效率，稳定末端电压，消除谐波电流，在用电高峰与低谷的时候实现峰谷平衡，优化节能，真正地实现电网安全、经济、高效地运行。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种应用于电力传输的电力补偿变电系统，该系统包括电流控电压源子系统、电流控电流源子系统、供电电源变换子系统及公共直流母线部分。电流控电压源子系统串联于输电线路中，其输出电压受线路电流控制，具有电压提升、阻抗补偿等功能；电流控电流源子系统并联于输电线路中，除实现动态无功补偿等基本功能外，一方面可与电流控电压源子系统进行协同阻抗补偿，协同改变电力传输线的等效阻抗，提高功率传输效率；另一方面通过与包括电池的储能设备的交互，进行充放电双工作，实现了电网能量的平衡与调整，有效解决了电网峰谷平衡的问题。
[0005]为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]一种应用于电力传输的电力补偿变电系统，采用电力补偿变电工作模式进行信号控制；应用于电力传输的电力补偿变电系统包括电流控电压源子系统、电流控电流源子系统、供电电源变换子系统和公共直流母线；
[0007]电流控电压源子系统串联于电力传输线路中，其输入端为供电端三相相线端子，其输出端为受电端三相相线端子；电流控电压源子系统所产生的电压的幅值、相位根据电力线路的电流进行控制，电流控电压源子系统用于实现电力传输线路的电压补偿、阻抗补偿等功能；
[0008]电流控电流源子系统并联于电力传输线路中，即接至三相相线端子与中性线端子之间；电流控电流源子系统用于实现电力传输线路的电流补偿、阻抗补偿以及功率平衡功能；
[0009]电流控电压源子系统与电流控电流源子系统的具体连接关系包括两种拓扑；其中，
[0010]第一种拓扑为电流控电流源子系统靠近供电端三相相线端子，电流控电压源子系统靠近受电端三相相线端子，即电流控电流源子系统经电流控电压源子系统后与受电端三相相线连接；
[0011]第二种拓扑为电流控电压源子系统靠近供电端三相相线端子，电流控电流源子系统靠近受电端三相相线端子，即电流控电流源子系统直接与受电端三相相线连接；
[0012]供电电源变换子系统与电流控电压源子系统、电流控电流源子系统并联共同接至公共直流母线上；用于为上述两个子系统提供外部能量来源接口，切换其供电模式，当选择新能源以及储能设备接入模式时，供电电源变换子系统会取代电流控电压源子系统以及电流控电流源子系统中的各自的独立供电电源为上述两个子系统供电；
[0013]公共直流母线与电流控电压源子系统、电流控电流源子系统以及供电电源变换子系统相连，用于实现系统内部的能量传递。
[0014]优选地，应用于电力传输的电力补偿变电系统，主要由上位机进行电力传输的电力补偿变电工作模式的信号控制，采用系统外部设备进行集中控制便于设备管理和维护，并减少事故率。
[0015]优选地，电流控电压源子系统，包括：电压源独立供电电源、电压源功率变换器、电压源控制器，变压器，其中，电压源独立供电电源通过隔离变压器将电网的交流电整流后得到直流电输出给电压源功率变换器，用于为其提供独立的能量来源；电压源功率变换器采用逆变器拓扑，其直流侧与电压源独立供电电源的直流输出端相连，并在其连接处引出公共直流母线接入端子，用于与公共直流母线相连，其交流侧与变压器的一次侧绕组相连，用于根据电压源控制器的控制信号产生相应的补偿电压；变压器的一次侧绕组与电压源功率变换器的交流侧相连，二次侧绕组串联在电力传输线路中，用于将电压源功率变换器产生的补偿电压补偿至输电线路中，以实现电压补偿或阻抗补偿的功能；电压源控制器采用电压给定型PWM控制器，以电力传输线路的电流信号作为相位参考给定，计算求解出不同工作模式下的电压给定值，并据此输出相应的控制指令至电压源功率变换器，用于控制器产生不同工作模式下所需要的补偿电压。
[0016]优选地，电流控电流源子系统，包括电流源独立供电电源、电流源功率变换器、电
流源控制器和电抗器；电流源独立供电电源通过隔离变压器将电网的交流电整流后得到直流电输出给电流源功率变换器，用于为其提供独立的能量来源；电流源功率变换器采用逆变器拓扑，其直流侧与电流源独立供电电源的直流输出端相连，并在其连接处引出公共直流母线接入端子，用于与公共直流母线相连，其交流侧中性点输出端口与电力传输线路的中性线相接，三相输出端口与电抗器相连，用于根据电流源控制器的控制信号实现不同工作模式下的电能转换，进行整流或逆变；电抗器一侧与电流源功率变换器的三相输出端相连，另一侧与电力传输线三相相线相连，用于向电网注入补偿电流或接收电网回馈电流；电流源控制器采用电流给定型PWM控制器，以电力传输线路的电流信号作为相位参考给定，根据不同的工作模式产生不同的PWM控制指令至电流源功率变换器，用于控制其工作于整流或逆变状态，从而使其产生所需的补偿电流或将接收电网的回馈电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于电力传输的电力补偿变电系统，采用电力传输的电力补偿变电工作模式进行信号控制，其特征在于，所述应用于电力传输的电力补偿变电系统包括电流控电压源子系统(1)、电流控电流源子系统(2)、供电电源变换子系统(3)和公共直流母线(4)；所述电流控电压源子系统(1)串联于电力传输线路中，其输入端为供电端三相相线端子，其输出端为受电端三相相线端子；所述电流控电流源子系统(2)并联于电力传输线路中，即接至三相相线端子与中性线端子之间；所述电流控电压源子系统(1)与所述电流控电流源子系统(2)的具体连接关系包括两种拓扑；其中，第一种拓扑为所述电流控电流源子系统(2)靠近所述供电端三相相线端子，所述电流控电压源子系统(1)靠近所述受电端三相相线端子，即所述电流控电流源子系统(2)经所述电流控电压源子系统(1)后与所述受电端三相相线连接；第二种拓扑为所述电流控电压源子系统(1)靠近所述供电端三相相线端子，所述电流控电流源子系统(2)靠近所述受电端三相相线端子，即所述电流控电流源子系统(2)直接与所述受电端三相相线连接；所述供电电源变换子系统(3)与所述电流控电压源子系统(1)、电流控电流源子系统(2)并联共同接至公共直流母线(4)上；所述公共直流母线(4)与所述电流控电压源子系统(1)、所述电流控电流源子系统(2)以及所述供电电源变换子系统(3)相连。2.根据权利要求1所述应用于电力传输的电力补偿变电系统，其特征在于：所述电流控电压源子系统(1)，包括电压源独立供电电源(11)、电压源功率变换器(12)、电压源控制器(13)和变压器(14)，所述电压源独立供电电源(11)通过隔离变压器将电网的交流电整流后得到直流电输出给所述电压源功率变换器(12)；所述电压源功率变换器(12)采用逆变器拓扑，其直流侧与所述电压源独立供电电源(11)的直流输出端相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国卿，武慧莉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：新型
国别省市：