多直流电压等级低压逆变超导输配电方法技术

本发明专利技术提出一种多直流电压等级低压逆变超导输配电方法，其特征是：在城市电网使用高温超导直流输电技术；所述输配电方法中城外变电所实现交流降压与１２脉波整流；所述输配电方法采用直流降压技术，城内变电所作为一级Ｔ形接口配置多级串联降压斩波器，经低压超导线路为用户供电；所述输配电方法中，城外变电所与城内变电所间配置一条３５ｋＶ／３０００Ａ的液氮冷却高温超导直流主干线，城内各变电所间使用５ｋＶ的超导直流输电线路互连；城内各变电所可形成环网，输电线路配置二级Ｔ形接口，输电给用户；所述输配电方法中，采用脉宽调制技术，用户经过进一步直流降压后进行低压逆变，给负荷供电。这是一项全新的输配电方法，可实现扩大输电容量、节能、净化电力系统、减少电网占地面积、降低投资成本的目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出一个全新的，该方法特征在于使用一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导直流主干线，两端采用晶闸管换流阀；送电 侧城外变电所将220kV交流电经三圈式降压变压器降为35kV交流电，配置由普通三相全波 整流桥串联而成的12脉波整流阀使其成为35kV直流电；受电侧城内变电所采用多级直流 降压技术，直接将高压直流电经多级串联直流斩波器降压至5kV ；城内各变电所通过5kV的 超导主干线互连组成环网，作为一级T形接口为用户供电；各变电所或在环网利用二级T形 接口，经超导低压直流线路供电给用户侧，用户侧通过降压斩波电路进一步降压后至低压 逆变终端，逆变为380V交流电给负荷供电。
技术介绍
利用传统导体的直流输电技术，由于传统导体具有电阻而会产生巨大的损耗，使 得输送功率增大时，不得不提高电压和加大导线截面，大大增加了换流站设备和电缆的技 术难度和成本，并使得直流输电只有在长距离传送时才有经济效益。而超导输电与传统电 缆或架空输电线路相比，不但可以降低线损，还可以在较低电压的情况下提供更大容量的 输电能力，从而简化换流设备、降低绝缘要求。由于集肤效应，超导输电应用于交流输电系 统所带来的效益将大打折扣。因此，研究超导直流输电具有重要的现实意义。世界范围内能源供应越来越紧张，电能大量消耗在所使用的传统材料上，仅美国 一年在输电线路上的损失就高达400亿美元。高温超导材料的导电能力是普通铜导线的 100倍以上，功率输送密度高，损耗小，体积小，重量轻，单位长度电抗小，实现低压大电流高 密度输电，符合环保和节能的发展要求，减少城市用地，缩短电气距离。我国电网的功率损 耗约占总发电量的8. 5%, 2010年总发电容量将达550GW，电网损耗将达47GW，主要为煤炭 发电，通过降低电网损耗，提高效率可降低煤炭发电量，减少污染排放。丹麦的NKT公司已 试验运行三相30m 36kV/2kA的电缆，中科院电工所研究的三相75m的35kV/lkA电缆已经 并网。可见，研究建设城内低压超导直流输电有很大的发展前景。目前交流输电仍是主要的输电方式，常规电气设备占地面积大，而人口密集的大 中城市正是负荷中心，随着对电能需求量的增加，对电网建设占地的需求也越来越大，因 此，本专利技术考虑在城内建设低压超导直流输电线路，铺设于地下，不仅降低电网损耗，扩大 输送容量，更大幅度减少占地面积。
技术实现思路
技术问题本专利技术要解决的技术问题是提出一种多直流电压等级低压逆变超导输 配电方法，输电主干线采用高温超导技术，送电端城外变电所采用三圈式变压器降压和12 脉波整流阀，受电侧城内变电所采用直流降压技术，利用集成门极换流晶闸管(IGCT)元件 构成多级串联直流斩波器实现直流降压，城内输电采用低压超导直流输电技术，用户侧采 用降压(BUCK)电路降压、采用脉宽调制(PWM)的低压逆变器。技术方案本专利技术提出一种全新的，城外变电所实现交流降压与整流；城内变电所采用直流降压技术，通过几级斩波电路实现直 流电的直接降压；城外变电所与城内变电所间使用一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导 直流主干线；城内各变电所间使用5kV的超导直流主干线，城内各变电所形成环网，城内变 电所作为一级T形接口供电给用户，环网中配置二级T形接口为用户输电，T形接口到用户 间布置低压超导直流输电线路；用户采用脉宽调制技术，进一步斩波降压后经过低压逆变， 给负荷供电。所述城外变电所与城内变电所间使用一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导直流 主干线，送电端配置交流降压变压器与由普通三相全波整流桥串联而成的12脉波整流器， 将电网中220kV交流电降压后整流为35kV直流电。所述城内变电所采用直流降压技术，配置多级串联降压斩波器，经多级斩波直接 降压后成为5kV的直流电。所述用户采用脉宽调制技术，通过降压斩波电路进一步降压至700V后，经采用脉 宽调制的逆变电路逆变为380V交流电，供电给负荷。所述用户对已有380V交流电源的负荷，将用户端采用脉宽调制的低压逆变电路 与原有交流系统并联，实现采用脉宽调制的有源逆变，成为380V的交流电后给负荷供电。有益效果1、降低电网损耗，减少城内电网建设的占地面积，实现异步电网的互联，可控性 好，反应快速，简化保护电路，在负载不对称时不会在电力系统中产生负序电流以影响电网 的安全可靠运行。2、在保证经济性的前提下，实现直流电的短距离输送，低电压时提高更大容量的 输电能力。3、简化换流设备，减轻换流设备与电缆技术难度与成本，降低绝缘要求。4、简化直流降压过程，将高压直流经多级斩波降压直接成为所需低压直流电，不 再逆变成交流电后再降压最后再整流，采用IGCT元件构成多级串联斩波器。5、城内各变电所可通过超导直流输电线路互连组成环网，经T形接口供电至用户 侧，保证供电质量。附图说明图1是示意图。图2是低压回路示意图。图3是12脉波整流电路示意图。图4是多级串联直流斩波器示意图。图5是多级串联直流斩波器中单级电路示意图。图6是用户端降压电路示意图。图7是用户端低压逆变电路示意图。以上图中有城外变电所，η个城内变电所，一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导 直流主干线，η条5kV的超导直流输电线，m个二级T形接口、低压超导直流输电线路和用 户。其中城外变电所配置降压的三圈换流变压器、12脉波整流器，城内变电所配置多级串联直流斩波器，用户端配置降压(BUCK)直流斩波电路与采用脉宽调制(PWM)的低压逆变器。 具体实施例方式超导直流输配电线路是兴建一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导直流主干线， 由城外变电所向城内进行远距离供电。其中，城内变电所所在的一级T形接口用于将35kV 高压直流降压至5kV。传统的降压模式是直流-逆变-变压器降压-整流-直流输出。本 专利技术采用直流斩波降压模式，对配电网35kV等级直流电进行直接降压，采用由IGCT构成 的 多级串联直流斩波器将电压降至5kV。在用户终端，利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)组成直 流降压(BUCK)电路斩波至700V，再低压逆变成380V交流电提供给负荷。所述超导直流输电的主干线为35kV/3000A的液氮冷却高温超导直流输电线。所述多级串联斩波器，采用不同型号的集成门极换流晶闸管(IGCT)组成各级斩 波电路，考虑谐波，无功等问题后实现各级串联，封装成多级串联降压斩波器。所述城内变电所35kV侧经过4级斩波降压后，最终达到5kV电压等级。其中每级 斩波后的降压等级为标准电压等级(22kV、llkV、6. 3kV)，每个斩波电路以级联方式连接。最 后通过滤波电路得到稳定的直流输出。所述用户侧，经进一步斩波降压，采用脉宽调制的低压逆变器，在原有交流系统 时，与其并联，成为有源逆变。实例如图1、2所示，本专利技术提出一种，从 220kV的交流电网输电给城外变电所，城外变电所作为送电侧配置一条35kV/3000A的液氮 冷却高温超导直流主干线，两端采用晶闸管换流阀；送电侧城外变电所将220kV交流电经 三圈式降压变压器降为35kV交流电，经过由普通三相全波整流桥串联而成的12脉波整流 器成为35kV直流电；受电侧城内变电所采用多级直流降压技术，直接将高压直流电经多级 串联直流斩波器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多直流电压等级低压逆变超导输配电方法，其特征是：城外变电所实现交流降压与整流；城内变电所采用直流降压技术，实现直流电的直接降压；城外变电所与城内变电所间使用一条３５ｋＶ／３０００Ａ的液氮冷却高温超导直流主干线；城内各变电所间使用５ｋＶ的超导直流主干线，城内各变电所形成环网，城内变电所作为一级Ｔ形接口供电给用户，环网中配置二级Ｔ形接口为用户输电，Ｔ形接口到用户间布置低压超导直流输电线路；用户采用脉宽调制技术，进一步斩波降压后经过低压逆变给负荷供电。

【技术特征摘要】
一种多直流电压等级低压逆变超导输配电方法，其特征是城外变电所实现交流降压与整流；城内变电所采用直流降压技术，实现直流电的直接降压；城外变电所与城内变电所间使用一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导直流主干线；城内各变电所间使用5kV的超导直流主干线，城内各变电所形成环网，城内变电所作为一级T形接口供电给用户，环网中配置二级T形接口为用户输电，T形接口到用户间布置低压超导直流输电线路；用户采用脉宽调制技术，进一步斩波降压后经过低压逆变给负荷供电。2.根据权利要求1所述的多直流电压等级低压逆变超导输配电方法，其特征在于所 述城外变电所与城内变电所间使用一条35kV/3000A的液氮冷却高温超导直流主干线，送 电端配置交流降压变压器与由普通三相全波整流桥串...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆广香，施胜丹，王丹凤，赵瑜，赵申，刘海东，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]