用于具有增加的功率吞吐量的AC电网的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于通过连接电网变压器(2)、(6)的电网线圈(3)、(5)的导线(4)增加AC电网的功率的方法，其中导线

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有增加的功率吞吐量的AC电网的方法和系统


[0001]该方法和运行所述方法的系统试图通过将传输容量增加高达25％并将AC电网的特定线路损耗降低高达44％来增加新的或现有的AC电网的功率。应用该方法所需的系统的装机输出应小于AC电网输出的1％至10％。

技术介绍

[0002]电能以正弦相电压U
ac
和正弦标称相电流I
ac
在AC电网中传输。为此目的所需的导线被设计为埋地的地下电缆或由杆支撑的架空导线。相电流和线损由导线横截面规定。处于电网变压器输出端的标称相电压U
ac
的幅值等于AC电网的导线和地之间的导线
‑
地电压U
le
的幅值。导线
‑
地隔离器为绝缘电压U
lex
而设计。
[0003]相电压U
ac
的幅值也受绝缘电压U
lex
的限制，因为根据现有技术，相电压U
ac
的幅值与导线
‑
地电压U
le
的幅值相同。
[0004]AC电网P
ac
的功率，对应于乘积I
ac
*U
ac
，受导线横截面和绝缘电压U
lex
的限制。所需的最大绝缘电压U
lex
决定了导线的绝缘参数，即架空导线电网中的杆的高度和隔离器的长度或隔离器的厚度和电缆的电缆横截面。
[0005]已知几种方法，它们在保持相同幅值的同时增加相电压的时间区域，从而以相同的电流和相同的相电压幅值产生更多的功率。在所有方法中，都使用功率大于或等于电网功率P
ac
的全逆变器。
[0006]这类方法包括高压直流电(HVDC)传输和梯形调制。在HVDC传输中，AC电流和AC电压由全逆变器转换为直流电压或DC电压，经传输，然后由第二全逆变器转换回AC电流和AC电压。全逆变器的成本很高，平滑调制电流和电压的谐波所需的正弦滤波器的成本也很高。出于成本原因，仅选择性地使用HVDC传输。
[0007]已经尝试实施具有架空导线的混合电网。AC电压和AC电流被施加到架空导线的一部分，DC电压和DC电流被施加到架空导线的其余部分。由于成本原因，混合电网尚未使用。
[0008]梯形调制产生梯形相电压U
ac
和U
le
。梯形调制可以扩展为全块调制。梯形相电压和块状相电压都不是正弦的，并且其时间区域比具有相同幅值的正弦相电压大。这些方法也需要全逆变器，这是非常复杂的。对于AC能量传输而言，电压和电流谐波高得不允许。这就是为什么梯形调制或全块调制主要仅用于电机驱动。三相梯形电压和全块电压的第三、第九等谐波不能通过电网变压器传输，这就是为什么这些电压不用于通过AC电网传输电能，而只能用于没有AC电网变压器的本地独立电源。
[0009]所谓的超正弦调制改变了相电压和导线
‑
地电压。全逆变器从直流电压调制正弦相电压U
ac
和相电压的三次谐波U3。U3幅值对应于U
ac
幅值的约16％，并且对所有相位都相同。所产生的相电压的幅值比U
ac
幅值小16％，并且被称为超正弦。使用超正弦调制的全逆变器可以从提供的DC电压中产生比正弦调制高16％的串级电压U
II
或多16％的功率。将AC电压馈入AC电网的电网变压器不能转换相电压的U3谐波。只有正弦相电压U
ac
出现在电网变压器的(次级)电网线圈上。
[0010]超正弦调制的目的是分别降低装机全逆变器功率和逆变器成本。该调制不是为了增加所连接的AC电网的功率和减少电网线路中的损耗的目的而使用，这是本专利技术的目的。
[0011]由此，电网变压器输出端的电网电压U
ac
没有转换为更高的值，并且电网变压器的绝缘等级和其功率等级保持不变，这与所提出的方法不同。与此处提出的方法不同的是，在电网变压器的(次级)电网线圈上以及承载高电压和跨长距离传输能量的相关联线路上没有出现超正弦或超极正弦导线
‑
地电压。
[0012]太阳能和风能系统通过全逆变器连接到低压AC电网。全逆变器产生三相超正弦电压。在此背景下，全逆变器的装机功率降低了16％。转换到中压电网的电压是正弦的，因为电网变压器不能传输超正弦电压。在这些系统中，利用正弦U
le
和U
ac
电压以及根据现有技术传输能量。
[0013]上述增加电网电压时间区域的方法具有的缺点是使用全逆变器并且电网变压器不能或不必转换这些电压，而这对于使用AC电网的能量传输是必不可少的。
[0014]总体而言，以下文献可以被视为相关的现有技术：
[0015]·
美国专利3,211,914，1965年10月
[0016]·
IEE Transactions第32卷第1期，2017年2月的文章，电力传输的操作(The Operation of Power Transmission)
[0017]·
专利申请25 09 177，文件编号P 25 0 177.4
[0018]·
美国专利3,970,914，1976年7月10日
[0019]·
DE 000001238094 A
[0020]·
美国专利1,363,707，1920年12月28日
[0021]美国专利3,211,914以及IEE Transactions第32卷第1期，2017年2月的“电力传输的操作(The Operation of Power Transmission)”建议将三相AC电网的三个电压U
le
与相电压的三次谐波U3叠加。变压器的电网线圈必须连接在Y，并且在电网线圈的星点和地之间连接额外的发电机，以便馈入U3电压。由此产生幅值比正弦相电压U
ac
小11％的超正弦U
le
电压。根据第3,211,914号美国专利，U3电压的幅值被设置为约相电压U
ac
的25％。这允许U
ac
和U
le
电压增加，从而超过导线
‑
地电压的最大值U
lex
。所产生的电网可以传输比原始AC电网多11％的电网功率。
[0022]IEE Transactions第32卷第1期,2017年2月的文章，电力传输的操作(The Operation of Power Transmission)将U3电压的量规定为相电压U
ac
的16％，并且所产生的U
le
电压的幅值应该由此减少约16％。这使得有可能将U
ac
和U
le
电压增加16％，而不会超过隔离器电压的最大值U
lex
，以便传送1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增加单相或多相AC电网功率的方法，所述单相或多相AC电网包括至少一个具有电网线圈(3)的馈电电网变压器(2)和至少一个具有电网线圈(5)的负载电网变压器(6)，所述馈电电网变压器(2)和所述负载电网变压器(6)连接到导线(4)并传导具有基本电网频率F1的标称正弦相电流I
ac
，其中所述电网线圈(3、5)承载正弦相电压U
ac
，并且其中所述导线(4)和地(7)之间的电压U
le
不超过最大绝缘电压U
lex
，其特征在于，所述电网线圈(3)和(5)的输出端的相电压分别增加到大于U
ac
且小于(π/2)*U
ac
的值U
hac
，由此所述AC电网可以利用标称相电流I
ac
传输更多的功率，一个Δ
‑
发电机(13)和(14)分别各自连接在电网线圈(3)和(5)与线路(4)之间(图3)，并且差分电压ΔU被耦合和解耦，由此所述导线(4)和地(7)之间的电压U
hle
的幅值被限制为绝缘电压U
lex
，并且所述导线之间的电压的幅值U
hll
被减小。2.根据权利要求1所述的用于增加单相或多相AC电网功率的方法，其特征在于，所述差分电压ΔU的相数等于所述AC电网的相数，每个ΔU电压由单相电压U
s
和单相或多相电压U
h
构成，由此所有相位的U
s
电压都相同，由频率等于F1*3*(2*i
‑
1)的谐波电压组成，其中i＝1、2、3、
……
，并且由至少一个单相S
‑
发电机(17)(图4)产生，并且每个U
h
电压等于相关联的ΔU电压和所述U
s
电压之间的差值，并且各自由一个H
‑
发电机(15)或(16)形成，并且分别在相关联的电网线圈(3)和电网线圈(5)之间耦合或解耦，并且只具有无功功率的相关联的导线(4)与具有S
‑
发电机和H
‑
发电机的电网耦合或从该电网解耦，使得所述电网功率的增加完全是由于较高的相电压U
hac
。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，分别连接到电网变压器(2)或(6)(图4)的一个H
‑
发电机(15)和(16)产生除U
h
电压之外的调节电压U
r
，所述调节电压具有可变的相位和可变的幅值，通过借由相关联的H
‑
发电机(15)和(16)分别改变所述调节电压U
r
的相位和幅值来控制电网变压器(2)和(6)分别提供或移除的无功功率和有功功率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，连接在地(7)的电网线圈(3)的星点(8)之间的S1发电机(17)(图4)消除在所述导线(4)中的一个与地(7)之间发生短路时出现的短路电流。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，如有必要，地(7)和连接两个相邻电网变压器(2)和(6)的所述导线(4)之间的附加U
s
电压和U
h
电压以使得U
h
电压和U
s
电压的相位偏移沿所述导线(4)参考所指定的相电压U
hac
受到限制的方式与相位耦合。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，电网是三相的，至少一个S1发电机(17)(图4)连接在至少一个电网变压器(2)的电网线圈(3)的星形连接(8)和地(7)之间，并且其余的电网变压器(6)的电网线圈(5)的星形连接
(9)保持空闲，或者各自利用一个终端阻抗(18)接地，和/或使用至少一个S3发电机(17)(图5)在至少一个电网变压器(2)各自的一个电网线圈(3)和相关联的导线(4)之间产生三个U
s
电压，其中连接到S3发电机的电网线圈(2)的星形连接(8)接地，并且未连接到S3发电机或S1发电机的电网线圈(5)的星形连接(9)保持空闲，或各自分别利用终端阻抗(18)以及一个H3发电机(15)和(16)接地，其中这些H3发电机中的每一个都连接到每个电网变压器(2)或(6)，并且分别连接在输入线圈(1)和(10)上(图5)，或者分别连接在电网变压器(2)和电网变压器(6)的电网线圈(3)和(5)上。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，三相HAC电网具有至少一个带Δ
‑
切换电网线圈(3)的电网变压器(2)(图7)，所述Δ
‑
切换电网线圈(3)连接到接地变压器(26)的Y
‑
向接地线圈(27)，并且接地线圈(27)的星形连接(28)利用S1发电机(17)连接到地(7)或S3发电机连接在所述接地线圈(27)和接地的星形连接(28)之间。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述方法用于具有架空导线的三相HAC电网，所述三相HAC电网由在空间上彼此平行运行的第一三相HAC系统(47)和第二三相HAC系统(48)组成，其特征在于，第一HAC系统(47)的相电压U
hac
、相电流I
ac
和导线
‑
地电压U
hle
与第二HAC系统(48)的相电压U

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：瑞能控股股份公司，
类型：发明
国别省市：