一种电力电子变电站制造技术

本发明专利技术涉及一种电力电子变电站，它包括若干路电源的进线，每一路进线分别经一第一固态断路器连接一进线侧母线；对应于每一路进线，进线侧母线上分别并联一电压互感器；两进线之间的进线侧母线上设置有一第二固态断路器，每一路进线再依次经过一第三固态断路器、一电力电子变压器和一第四固态断路器连接出线侧母线，两进线之间的出线侧母线上设置有一第五固态断路器；对应于每一路进线，出线侧母线引出三路电源出线且在外侧分别并联一电压互感器，每一路出线上都设置有一第六固态断路器。本发明专利技术除具有常规功能外，还能实现故障的快速隔离，提高电网精确控制能力，提升电网安全稳定运行水平；同时改变变电站现有结构形式，减小主设备体积，简化主设备配置，大幅降低占地面积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型变电站，特别是关于一种电力电子变电站。
技术介绍
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的电力设施，它通过变压器将各级电压的电网联系起来。除变压器外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置，防雷保护装置和调度通信装置等，通常变电站还配有无功补偿设备和高阻抗设备等。常规变电站一般包括一次设备和二次设备。一次设备方面，一般米用单相或三相电磁式变压器进行电压变换；采用电气-机械式断路器在电力系统正常运行情况下用来合上或断开电路，故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以具有自动重合闸功能；电力系统发生故障时，利用传统限流电抗器的电感特性抑制系统的短路电流，以减轻断路器的开断负担。二次设备方面，传统继电保护典型应用之一的差动保护利用基尔霍夫电流定律，取被保护元件两端CT (电流互感器)的电流矢量差作为动作依据，在系统发生故障或异常工况时，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。目前，常规变电站所面临的主要问题是:随着输电电压等级和系统短路容量的不断提升，功能和绝缘性能要求使得变电站一次设备体积愈发庞大，制造难度加大，变电站面积及征地投资日益巨大。同时，不仅各工矿企业，包括居民用户对供电质量的要求也越来越高，传统变电站调控能力有限，一、二次设备动作可靠性和运行稳定性不高、精确实时控制能力差、环保效果不理想等弊端日渐明显，用传统的技术来解决电网短路电流问题难度也越来越大。电力电子技术是电子技术、控制技术、现代计算技术、电力技术的融合，能够利用电力电子器件对电能进行控制和转换。近几年来，随着大功率半导体器件的飞速发展而有了长足的进步。通过采用各种不同的电力电子技术可以提高电能质量，减少瞬时停电、电压突降/突升和谐波等。通过提高运行上的灵活性，电子控制能力可提高物理上或控制上的安全性，缓解电网的拥堵，良好的可控性会减少输电级、变电站级和配电级的电能损耗。为解决长期困扰城市电网的短路电流问题，提高电网控制的灵活性提供了广阔的应用前景。综上所述，亟待解决的问题是:改进常规变电站的设计方案，以电力电子技术为核心，用固态电力电子设备取代传统变电站主要设备，完成电压变换、电能传输及设备保护控制等变电站主要功能，使其能够更好地适用于智能化变电站的组建过程。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种一次设备体积小、投资小而且一、二次设备动作调控能力好、稳定性高的电力电子变电站。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种电力电子变电站，其特征在于:它包括若干路电源的进线，所述每一路进线分别经一第一固态断路器连接一进线侧母线；对应于所述每一路进线，所述进线侧母线上分别并联一电压互感器；两两所述进线之间的所述进线侧母线上设置有一第二固态断路器，所述每一路进线再依次经过一第三固态断路器、一电力电子变压器和一第四固态断路器连接出线侧母线，两两所述进线之间的所述出线侧母线上设置有一第五固态断路器；对应于所述每一路进线，所述出线侧母线引出三路电源出线且在出线侧母线的外侧分别并联一电压互感器，所述每一路出线上都设置有一第六固态断路器。所述进线侧母线和所述出线侧母线的接线方式均为单母线分段。它还包括固态电流限制器，对应于每相邻六路的所述电源出线上，其中一所述电源出线上串联一所述固态电流限制器以限制短路电流。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术由于采用固态断路器、电力电子变压器、固态电流限制器等电力电子设备，能够实现故障的快速隔离，提高电网精确控制能力，提升电网安全稳定运行水平；同时改变变电站现有结构形式，减小主设备体积，简化主设备配置，大幅降低占地面积，而且具有良好的可扩展性。2、本专利技术由于采用固态断路器来实现线路的开断功能，其开通/关断时间仅为微秒量级，因此具有动作控制灵活，速度快的特点；而且开通/关断过程不产生过电压和过电流，大幅度降低设备的绝缘水平和动热稳定性的要求；同时开断过程没有电弧，断路器寿命长，特别适合智能变电站发展要求，另外固态断路器的应用也取消了隔离开关的使用，所以开关设备数量大大减少，节省了设备占地。3、本专利技术由于采用固态电力电子变压器来实现电能变换功能，其可以实现输出电压的闭环控制，保持较高的输出电压调整率；同时将电网与用户隔离开来，既能消除网侧电压的波动、波形失真和频率波动，又能抑制由用户端产生的无功、谐波、瞬时短路对供电电网的影响。另外，其利用空气自然冷却，省去充油，从而减少污染，维护简单，安全性好，符合新一代变电站的发展要求。附图说明图1是常规变电站的主接线2是本专利技术电力电子变电站的主接线3是全控型固态断路器的结构示意4是PWM控制型固态电力电子变压器结构5是固态电流限制器原理接线6是本专利技术电力电子变电站物联网控制图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。一般来说，电能在变电站内由进线端送入，经母线分配、开关设备(包括断路器和隔离开关)接通分断控制、变压器变换电压等级，最后经出线端将电能送出。如图1所示，常规变电站的设计是围绕传统一次设备，如机械-电气式断路器21、电磁式变压器23、电感式限流电抗器24、电压互感器22和无功补偿电容器25等。而本专利技术主要采用固态断路器、电力电子变压器、固态电流限制器等电力电子设备。如图2所示，本专利技术包括若干路电源进线(以两路为例)，每一路进线I分别经一固态断路器2连接一进线侧母线3 ;母线3接线方式为单母线分段以保证供电可靠，中间由分段固态断路器4连接；对应于每一路进线1，母线3的一侧并联一电压互感器5，以测量电源进线电压值。每一路进线I再依次经过一固态断路器6、一电力电子变压器7和一固态断路器8连接出线侧母线9。母线9接线方式同样为单母线分段，中间由分段固态断路器10连接。对应于每一路进线1，出线侧母线9引出三路电源出线11，且在其中一路电源出线11一侧的母线9上并联一电压互感器12，每一路出线11上都设置有一固态断路器13。对于每一路进线1，当双PWM变换型电力电子变压器7两侧固态断路器6、8合闸情况下，进线电源在电力电子变压器7处进行电压变换，由高电压变为低电压后到达出线侧母线9，再由出线侧母线9统一分配，形成三路低压电源出线11。针对短路故障情况产生，对应于每相邻六路的电源出线11，在其中一路出线11上除连接固态断路器13外，还串联一固态电流限制器(又称为固态故障电流限制器或固态短路限流器)14用以限制短路电流。如图3所示，本专利技术中的固态断路器主要结构由两个IGBT31先反向并联二极管32后再串联组成，形成一个交流开关模块，再按额定电压将其串联起来构成IGBT全控型固态断路器。正常运行时，若控制电路中某一个正向IGBT31导通，与另一个IGBT31并联的二极管32自然导通，承载电路电流。如图2所示，电能经由固态断路器传输至下一设备或出线端；当开断电流或发生故障时，需要控制固态断路器关断，只需同时控制两个IGBT31器件关断，即将两个IGBT31的栅极电压驱动信号置零，则固态开关在2微秒内断开。如图4所示，本专利技术中的电力电子变压器是采用双P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子变电站，其特征在于：它包括若干路电源的进线，所述每一路进线分别经一第一固态断路器连接一进线侧母线；对应于所述每一路进线，所述进线侧母线上分别并联一电压互感器；两两所述进线之间的所述进线侧母线上设置有一第二固态断路器，所述每一路进线再依次经过一第三固态断路器、一电力电子变压器和一第四固态断路器连接出线侧母线，两两所述进线之间的所述出线侧母线上设置有一第五固态断路器；对应于所述每一路进线，所述出线侧母线引出三路电源出线且在出线侧母线的外侧分别并联一电压互感器，所述每一路出线上都设置有一第六固态断路器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋璇坤，肖智宏，李敬如，张祥龙，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：