一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统，该系统包括：补偿变压器系统、储能与能量变换系统以及传感与控制单元三部分。本实用新型专利技术的储能与能量变换系统不仅能够实现昼夜峰谷负荷的调节，在负荷高峰时段线路末端电压严重跌落时还可作为电流源供给补偿变压器系统，在尽量不造成额外线损的情况下实现末端电压的提升，有效延伸供电服务半径。同时，在储能系统充放电的过程也可实现对电网无功、谐波、三相不平衡、等问题的补偿。本实用新型专利技术将补偿变压器与储能技术、电力电子变换技术相结合，对解决西部地区电压跌落严重、线路损耗大等供电难题具有重要意义。线路损耗大等供电难题具有重要意义。线路损耗大等供电难题具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统


[0001]本技术属于供电或配电的电路装置或系统，具体涉及交流输电线或交流配电网络供电半径延伸的系统。

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，如何以较经济的方式为负荷分散地区的人口提供适合的供电服务，成为世界性的热点议题。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)的农村偏远地区，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，单点大负荷的不断增多，昼夜电网波峰波谷的波动，位于线路尾部的用户的供电质量会受到更大的影响。
[0003]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来改善末端电压特性。为确保末端用户的用电质量，亟需通过技术手段来延伸负荷稀疏地区供电服务半径，在不新建变电站的情况下，确保远距离传输的输电质量。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本技术公开了一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统，该系统包括：补偿变压器系统、储能与能量变换系统以及传感与控制单元三部分。本技术的储能与能量变换系统不仅能够实现昼夜峰谷负荷的调节，在负荷高峰时段线路末端电压严重跌落时还可作为电流源供给补偿变压器系统，在尽量不造成额外线损的情况下实现末端电压的提升，有效延伸供电服务半径。同时，在储能系统充放电的过程也可实现对电网无功、谐波、三相不平衡等问题的补偿。本技术将补偿变压器与储能技术、电力电子变换技术相结合，对解决西部地区电压跌落严重、线路损耗大等供电难题具有重要意义。
[0005]为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统，包括三相相线、中性线、补偿变压器系统，储能与能量变换系统和传感与控制单元；
[0007]所述补偿变压器系统的输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，输出端包括三相相线输出端和中性线输出端，所述补偿变压器系统用于补偿输电线路远距离传输跌落的电压，分段提升线路电压使得线路末端电压符合标准；
[0008]所述储能与能量变换系统的输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，输出端包括三相相线输出端和中性线输出端，当输电线路的电压跌落至电网允许波动范围之下时，所述储能与能量变换系统可视为电流源，用于为所述补偿变压器系统提供补偿所需的电流，同时在放电过程中完成对线路无功、谐波、三相不平衡等问题的补偿，当输电线路的
电压幅值在正常范围内无需补偿时，所述储能与能量变换系统可视为负荷，用于储存电网回馈的能量，实现峰谷负荷调节，同时在充电过程中完成对线路无功、谐波、三相不平衡等问题的补偿；
[0009]所述传感与控制单元的输入端为三相相线输入端，输出端与所述补偿变压器系统以及所述储能与能量变换系统相连，所述传感与控制单元用于检测、分析输电线路的电压电流信息，确定系统的工作模式并输出相关控制指令至上述两个子系统，
[0010]所述补偿变压器系统与所述储能与能量变换系统的具体连接关系包括两种拓扑：左连式结构与右连式结构，其中，所述左连式结构为所述储能与能量变换系统靠近所述三相相线输入端和中性线输入端，所述补偿变压器系统靠近所述三相相线输出端和中性线输出端，即所述储能与能量变换系统经所述补偿变压器系统后连接至三相相线输出端和中性线输出端，其中，所述右连式结构为所述补偿变压器系统靠近所述三相相线输入端和中性线输入端，所述储能与能量变换系统靠近所述三相相线输出端和中性线输出端，即所述补偿变压器系统经所述储能与能量变换系统后连接至三相相线输出端和中性线输出端。
[0011]在本技术的一些具体实例中，所述补偿变压器系统，包括：取电单元、补偿变压器、交流调压变换器、调压控制单元，其中，所述取电单元的输入端连接所述储能与能量变换系统的输出端，共同并联接至三相相线与中性线之间，输出端与所述交流调压变换器相连，用于从供电线路中获取电压补偿过程所需能量(包括电压、电流)；所述补偿变压器的二次侧绕组串联于供电线路中，一次侧绕组与所述交流调压变换器交流侧输出端相连，用于将所述交流调压变换器输出的补偿电压耦合至供电线路中，以实现线路电压调节；所述交流调压变换器交流侧输入端与所述取电单元的输出端相连，交流侧输出端与所述补偿变压器的一次侧绕组相连，用于根据所述调压控制单元输出的控制信号进行功率变换，在线路需要电压补偿时产生所需的补偿电压输出至所述补偿变压器，实现相应的电压补偿；所述调压控制单元的输出端与所述交流调压变换器相连，输入端接收所述传感与控制单元输出的控制信号，用于根据上述控制信号，确定所述补偿变压器系统的工作状态，当线路需要电压补偿时，生成相应的器件通断控制信号输出给所述交流调压变换器，控制其产生相应的补偿电压，在线路无需电压补偿时，控制相应器件关断，不产生补偿电压。
[0012]在本技术的一些具体实例中，所述储能与能量变换系统，包括：AC/DC双向变换器、DC/DC升压变换器、储能电池及其管理系统、功率变换控制单元以及电抗器，其中，所述AC/DC双向变换器的交流侧经所述电抗器并联至输电线路的三相相线与中性线之间，用于实现所述储能与能量变换系统与输电线路(电网)之间能量的双向流动，当所述储能与能量变换系统处于放电模式下，所述AC/DC双向变换器工作在逆变器状态，可视为电流源，通过向电网注入电流的方式为所述补偿变压器系统提供补偿所需电流，并在放电过程中实现对线路无功、谐波、三相不平衡等问题的补偿，当所述储能与能量变换系统处于充电模式下，所述AC/DC双向变换器工作在整流器状态，用于吸收电网回馈的电流，同时在充电过程中实现对线路无功、谐波、三相不平衡等问题的补偿；所述DC/DC升压变换器的高压直流侧与所述AC/DC双向变换器的直流侧端口相连，低压直流侧与所述储能电池及其管理系统的输出端相连，用于将储能电池输出的直流电以及电网整流得到的直流电进行双向变换；所述储能电池及其管理系统的输出端口与所述DC/DC升压变换器的低压直流侧相连，当工作于放电模式时，用于为整个系统提供能量来源，当工作于充电模式时，用于吸收并存储电网
回馈的能量；所述功率变换控制单元的输出端与所述AC/DC双向变换器、DC/DC升压变换器以及储能电池及其管理系统相连，其输入端接收所述传感与控制单元输出的控制信号，用于根据上述控制信号，确定所述储能与能量变换系统的工作状态，生成相应的器件通断控制信号输出给所述三个子模块，控制其完成充电或放电工作模式下相应的功率变换。
[0013]在本技术的一些具体实例中，所述传感与控制单元，包括：电网电压电流数据采集单元、潮流分析模块、工作模式决策模块、补偿变压器系统工作模式决策输出模块以及储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统，包括三相相线、中性线、补偿变压器系统(1)，储能与能量变换系统(2)和传感与控制单元(3)，其特征在于，所述补偿变压器系统(1)的输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，输出端包括三相相线输出端和中性线输出端；所述储能与能量变换系统(2)的输入端包括三相相线输入端和中性线输入端，输出端包括三相相线输出端和中性线输出端；所述传感与控制单元(3)的输入端包括三相相线输入端，输出端与所述补偿变压器系统(1)以及所述储能与能量变换系统(2)相连；所述补偿变压器系统(1)与所述储能与能量变换系统(2)的具体连接关系包括两种拓扑：左连式结构与右连式结构，其中，所述左连式结构为所述储能与能量变换系统(2)靠近所述三相相线输入端和中性线输入端，所述补偿变压器系统(1)靠近所述三相相线输出端和中性线输出端，即所述储能与能量变换系统(2)经所述补偿变压器系统(1)后连接至三相相线输出端和中性线输出端，其中，所述右连式结构为所述补偿变压器系统(1)靠近所述三相相线输入端和中性线输入端，所述储能与能量变换系统(2)靠近所述三相相线输出端和中性线输出端，即所述补偿变压器系统(1)经所述储能与能量变换系统(2)后连接至三相相线输出端和中性线输出端。2.根据权利要求1所述适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统，其特征在于：所述补偿变压器系统(1)包括取电单元(11)、补偿变压器(12)、交流调压变换器(13)和调压控制单元(14)，所述取电单元(11)的输入端连接所述储能与能量变换系统(2)的输出端，共同并联接至三相相线与中性线之间，输出端与所述交流调压变换器(13)相连；所述补偿变压器(12)的二次侧绕组串联于供电线路中，一次侧绕组与所述交流调压变换器(13)交流侧输出端相连；所述交流调压变换器(13)交流侧输入端与所述取电单元(11)的输出端相连，交流侧输出端与所述补偿变压器(12)的一次侧绕组相连，所述调压控制单元(14)输出端与所述交流调压变换器(13)相连，输入端与所述传感与控制单元(3)的输出端相连。3.根据权利要求1所述适合负荷稀疏地区供电半径延伸的系统，其特征在于：所述储能与能量变换系统(2)包括AC/DC双向变换器(21)、DC/DC升压变换器(22)、储能电池及其管理系统(23)、功率变换控制单元(24)以及电抗器(25)，所述AC/DC双向变换器(21)的交流侧经所述电抗器(25)并联至输电线路的三相相线与中性线之间；所述DC/DC升压变换器(22)的高压直流侧与所述AC/DC双向变换器(21)的直流侧端口相连，低压直流侧与所述AC/DC双向变换器(21)的输出端相连；所述储能...

【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：