采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统技术方案

本发明专利技术提供一种采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，所述系统包括将正弦波转换为交变方波的第一波形转换系统和第三波形转换系统，将交变方波转换为正弦波的第二波形转换系统和第四波形转换系统；所述第一波形转换系统通过第一极导线和第二极导线连接第二波形转换系统，所述第一极导线和第二极导线平行设置；所述第三波形转换系统通过第三极导线连接第四波形转换系统。本发明专利技术提供的输电系统利用了电压源换流器电流双向导通能力，配合开关切换装置，很好的解决了交流线路增容改造的问题，并且不增加电网短路电流水平，并具备动态无功补偿等暂态功能，为解决大型城市负荷日益增长与新建线路日趋困难的矛盾具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统。
技术介绍
近年，我国城镇化发展速度进一步加快，城市用电负荷不断增长，客观上要求电网规模与传输容量保持持续发展，然而目前城市电网普遍存在以下问题。城市用电负荷增加，交流线路输送能力不足，线路走廊匮乏。对于重载的交流线路，无法通过加装FACTS装置大幅提高输送能力，而新建线路遇到的阻力越来越大，特别是进城的线路工程，在征地、环保方面难以得到支持。城市电网结构日益紧密，短路电流问题突出。城市电网发展速度较快，电网线路相互交织，紧密程度较高，等效阻抗较小，导致电网的短路电流水平较高。如采用新建交流线路来解决城市电网供电能力不足的问题，将会造成电网进一步紧密，等效阻抗进一步减小，从而导致短路电流增大，影响电网安全运行。城市电网无功电压调节日趋困难，电压稳定性问题不容忽视。城市电网中电缆线路日益增多，市区变电站受用地限制，感性无功配置普遍不足，无功电压调节日趋困难，尤其是电网低谷负荷时段，电压偏高情况严重。此外，城市电网中空调负荷、电动机负荷比重较大，由于快速的动态无功调整能力不足，电网高峰负荷时段动态电压稳定问题逐渐突出。鉴于上述问题，有必要研究新的技术手段，既要充分发挥现有线路走廊输的输电潜力，又要防止出现短路电流超标和动态无功支撑不足等问题。从输电线路方面来看，制约交流线路传输容量的主要因素是绝缘耐受能力。目前，交流系统的绝缘按照电压峰值设计，但是传输容量是由电压有效值决定，仅为峰值的71%。研究表明，交流线路在直流方式下运行，由于绝缘层内的电场分布、发热情况等方面的差异，交流线路的直流绝缘强度几乎是交流电压的2?3倍或更大。另外，对于电缆线路，由于其电容要比架空线路大得多，如果采用交流输电方式并且当电缆长度超过一定数值(如40?60km)时，就会出现电容电流占用电缆芯线全部有效负载能力的情况，而采用直流输电方式，其稳态电容电流仅是由纹波电压引起，数值很小，故电缆的送电长度几乎不受电容电流的限制。针对交流线路直流转换的研究近年来得到国内外研究机构的一致关注。ABB公司提出一种将三相交流线路改造为柔性直流输电的方案，采用一个额外相支路将第三极导线周期性的连接到第I极导线或第2极导线，从而利用第3极导线传导电流，但不能实现线路损耗在三条导线之间的均匀分配。随着负荷的增大，该方案第I极和第2极导线首先达到热稳定极限，无法充分利用第3极导线的热稳定极限。并且，该方案无法应用于交流电缆线路的改造，因为交流电缆线路在直流工况下空间电荷积累严重，长时间加压后绝缘中电场强度可增至初始值的7?9倍。而实际运行的交流电缆在研制时没有考虑空间电荷问题，所以将交流电缆线路转为直流运行后，空间电荷将导致电场畸变，严重时可引起电缆绝缘的击穿。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，输电系统利用了电压源换流器电流双向导通能力，配合开关切换装置，很好的解决了交流线路增容改造的问题，并且不增加电网短路电流水平，并具备动态无功补偿等暂态功能，为解决大型城市负荷日益增长与新建线路日趋困难的矛盾具有重要意义。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案:本专利技术提供一种采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，所述系统包括将正弦波转换为交变方波的第一波形转换系统和第三波形转换系统，将交变方波转换为正弦波的第二波形转换系统和第四波形转换系统；所述第一波形转换系统通过第一极导线和第二极导线连接第二波形转换系统，所述第一极导线和第二极导线平行设置；所述第三波形转换系统通过第三极导线连接第四波形转换系统。所述第一波形转换系统包括交流变压器、正极性电压换流器、负极性电压换流器和开关切换装置，第一交流系统通过所述交流变压器连接所述正极性电压换流器输入端，所述正极性电压换流器的直流钳位电容正极与开关切换装置输入端相连，直流钳位电容负极接地；所述负极性换流器的直流钳位电容负极与开关切换装置输入端相连，直流钳位电容正极接地；所述正极性电压换流器和负极性电压换流器的输出端分别通过所述第一极导线和第二极导线连接第二波形转换系统的开关切换装置。所述第二波形转换系统包括开关切换装置、正极性电压换流器、负极性电压换流器和交流变压器；所述正极性电压换流器的直流钳位电容正极与开关切换装置输出端相连，直流钳位电容负极接地；所述负极性电压换流器的直流钳位电容负极与开关切换装置输出端相连，直流钳位电容正极接地；所述正极性电压换流器和负极性电压换流器的输出端分别通过所述交流变压器连接第二交流系统。所述第三波形转换系统包括交流变压器、第三极电压换流器和开关切换装置；所述第一交流系统通过所述交流变压器链接所述第三极电压换流器的输入端，所述第三极电压换流器的直流钳位电容正极与开关切换装置输入端相连，所述第三极电压换流器的输出端通过所述第三极导线连接第四波形转换系统的开关切换装置。所述第四波形转换系统包括开关切换装置、第三极电压换流器和交流变压器；所述第三极电压换流器的直流钳位电容正极与开关切换装置输出端相连，所述第三极电压换流器的输出端通过所述交流变压器连接第二交流系统。所述第一极导线、第二极导线和第三极导线均为架空线路或电缆线路。所述开关切换装置采用晶闸管投切开关或基于可关断电力电子器件的开关装置。所述正极性电压换流器、负极性电压换流器和第三极电压换流器均采用基于可关断电力电子器件的电压换流器。根据电网实际情况，当线路潮流方向时，第二波形转换系统和第四波形转换系统将正弦波转换为交变方波，第一波形转换系统和第三波形转换系统将交变方波转换为正弦波，完成从第二交流系统到第一交流系统的输电。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:1、本专利技术提供的采用以交变方波电压为主要特征的非正弦交流输电方式提升城市电网输送能力的输电系统，能够很好的解决三相交流线路，尤其适用于埋地交流电缆线路的增容改造问题；2、本专利技术提供的采用以交变方波电压为主要特征的非正弦交流输电方式提升城市电网输送能力的输电系统，能最大化原有输电线路的传输功率，针对交流电缆线路，不破坏其绝缘性能，避免其空间电荷的积累；3、本专利技术提供的采用以交变方波电压为主要特征的非正弦交流输电方式提升城市电网输送能力的输电系统，输电系统采用电压源换流器，具备无功补偿、谐波治理等功倉泛;4、本专利技术提供的采用以交变方波电压为主要特征的非正弦交流输电方式提升城市电网输送能力的输电系统，应用于三相交流架空线路或三相交流电缆输电系统改造等场合，在不增加电网短路水平的同时，显著提升系统运行的灵活性和可靠性。【附图说明】图1本专利技术实施例中输电系统各极导线电流、电压变化示意图；图2是本专利技术实施例中采用以交变方波电压为主要特征的非正弦交流输电方式提升城市电网输送能力的输电系统拓扑结构图；图3是本专利技术实施例中开关切换装置功能示意图；图4是本专利技术实施例中开关切换装置实施方案图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供一种采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，所述输电系统是以半桥模块化级联的多电平串联技术为主本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，其特征在于：所述系统包括将正弦波转换为交变方波的第一波形转换系统和第三波形转换系统，将交变方波转换为正弦波的第二波形转换系统和第四波形转换系统；所述第一波形转换系统通过第一极导线和第二极导线连接第二波形转换系统，所述第一极导线和第二极导线平行设置；所述第三波形转换系统通过第三极导线连接第四波形转换系统。

【技术特征摘要】
1.采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，其特征在于:所述系统包括将正弦波转换为交变方波的第一波形转换系统和第三波形转换系统，将交变方波转换为正弦波的第二波形转换系统和第四波形转换系统；所述第一波形转换系统通过第一极导线和第二极导线连接第二波形转换系统，所述第一极导线和第二极导线平行设置；所述第三波形转换系统通过第三极导线连接第四波形转换系统。2.根据权利要求1所述的采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，其特征在于:所述第一波形转换系统包括交流变压器、正极性电压换流器、负极性电压换流器和开关切换装置，第一交流系统通过所述交流变压器连接所述正极性电压换流器输入端，所述正极性电压换流器的直流钳位电容正极与开关切换装置输入端相连，直流钳位电容负极接地；所述负极性换流器的直流钳位电容负极与开关切换装置输入端相连，直流钳位电容正极接地；所述正极性电压换流器和负极性电压换流器的输出端分别通过所述第一极导线和第二极导线连接第二波形转换系统的开关切换装置。3.根据权利要求2所述的采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输电系统，其特征在于:所述第二波形转换系统包括开关切换装置、正极性电压换流器、负极性电压换流器和交流变压器；所述正极性电压换流器的直流钳位电容正极与开关切换装置输出端相连，直流钳位电容负极接地；所述负极性电压换流器的直流钳位电容负极与开关切换装置输出端相连，直流钳位电容正极接地；所述正极性电压换流器和负极性电压换流器的输出端分别通过所述交流变压器连接第二交流系统。4.根据权利要求1所述的采用非正弦交流输电提升城市电网输送能力的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆平，周飞，于弘洋，葛维春，刘剑，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：