一种桥路型限流贮能电路的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  1

专利名称:一种桥路型限流贮能电路的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于输配电网的桥路型限流贮能电路。
背景技术
由于电力系统的发展,负荷的增大,大容量机组和电厂及变电设备的投入,尤其是负荷中心大电厂的出现以及大电力系统的互联,使得输配电网容量大为增加,同时也使短路电流水平日益增高,甚至于短路电流水平已经超过了目前的断路器的开断容量。如果不采取措施加以控制,不但使新变电所的设备投资大大增加而且对系统中原有变电所设备都将产生很大的影响,甚至需要花费大量的投资进行改造、改建和改换。
现有技术主要采取以下方法限制电力系统输配电网中的短路电流1、发展高一级电网,低压电网分片或将母线分列、分段运行,甚至将电网解列,以及采用直流联网,这些措施不仅投资很大,而且设计到电网的稳定性等复杂问题,除非不得已才采用。
2、采用高阻抗变压器或者串联电抗器。在输配电系统中采用此措施,不但会增加网损,还会降低系统的稳定性。
3、更换断路器,对现有的变电所进行增容改造。但代价太大,而且现有的断路器容量可能无法满足要求。
并且由于电能本身的特殊性,电力系统一直缺乏能量贮存和功率控制环节。目前大系统的发展和电力市场的要求,电力系统越来越需要可以进行功率灵活控制的环节。目前的贮能方式主要有电池贮能、超级电容贮能及抽水蓄能。电池贮能充放电速度慢,不能满足瞬时大功率交换,以及有环境污染问题;超级电容贮能容量小,且充放电次数有限;抽水蓄能则受环境限制,效率太低。而超导贮能,贮能密度高,寿命长,无污染,特别适合短时间与系统进行大功率交换。

发明内容
为克服已有技术的不足,本发明提供了一种用于输配电网的桥路型限流贮能电路,它结构简单,不仅具有故障限流功能,而且兼顾实现贮能功能。
本发明由连接变压器、变流器、电流调节器、连接变流器和电流调节器的直流电容、高温超导线圈、二极管整流桥和基于DSP芯片的控制器组成。连接变压器的原边串联在敏感负载馈线侧,其副边连接换流器的交流侧,换流器的直流侧并联直流电容,电流调节器的电压换流单元,电流调节器的电流换流单元连接超导线圈和二极管整流桥的直流侧。二极管整流桥的交流侧串联在普通负载馈线侧。本发明安装于电网系统线路出口母线处,与普通负载和敏感负载两路馈线分别相连,接入电网系统。本发明不仅可对电力系统进行各种稳态补偿,即调节系统电压不对称,滤波,无功和有功补偿以及调节系统潮流;当系统的普通负载馈线端出现故障时,可限制其短路电流峰值及稳态值,同时补偿敏感负载馈线端的电压凹陷,保证敏感负载对电能质量的要求。在系统稳态时,电流调节器作为偏置电源,维持超导线圈内的电流值,在普通负载端发生故障时,电流调节器作为可调电阻,吸收超导线圈的能量用于补偿敏感负载的电压凹陷。使用系统原有的断路器即可把大的故障电流断开,因此,在扩大输配电网容量时,增设本发明的桥路型限流贮能电路,不仅可以有效地限制了电网中的短路电流,增加了系统的稳定性,而且能大大减少投资成本。


图1是本发明在单相系统中的原理图,T变压器,converter换流器,C电容器,chopper电流调节器,L超导线圈,C直流电容,D1~D4二极管整流桥,RS线路电阻,XS线路电抗。
图2是本发明在单相系统中的应用实例,T变压器,T1、T2……T10为绝缘门极双极型晶体管IGBT,D1、D2……D10IGBT寄生二极管,C电容器,HFT高频变压器,D11、D12……D16快恢复二极管,L超导线圈。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述本发明的桥路型限流贮能电路如图1中虚线框所示。本发明由连接变压器T、换流器converter、电流调节器chopper、连接换流器和电流调节器的直流电容C、高温超导线圈L、二极管整流桥D1~D4和基于DSP芯片的控制器组成,连接变压器T的原边串联在敏感负载馈线侧,其副边连接换流器converter的交流侧,换流器converter的直流侧并联直流电容C和电流调节器chopper,电流调节器chopper的电流换流单元连接高温超导线圈L和二极管整流桥D1~D4的直流侧,二极管整流桥D1~D4的交流侧串联在普通负载馈线侧。电流调节器是由电压换流单元,电流换流单元以及高频变压器HFT组成。如图1所示,本发明连接于AC电力系统线路出口母线处,与敏感负载和普通负载两路并联馈线相串联,普通负载端由二极管整流桥D1~D4串联接入,二极管整流桥D1~D4的直流侧端接高温超导线圈L、电流调节器chopper的电流换流单元、电流调节器chopper的电压换流单元接直流电容C和换流器converter的直流侧、换流器converter的交流侧通过连接变压器T串联接入敏感负载端。
当故障出现在普通负载的其中一条馈线端时,本发明立刻自动投入进行故障限流,电流调节器chopper作为可调电阻开始工作,吸收超导线圈L储存的能量用来补偿敏感负载端的电压凹陷。能量通过电流调节器chopper的电压换流单元产生直流电压,通过直流稳压电容C和换流器converter产生50Hz交流电压,经过连接变压器T注入系统,达到补偿敏感负载端电压凹陷的功能。当系统稳态时,四个整流桥二极管均导通,电流调节器chopper作为偏置电源与超导线圈L串联接入整流桥直流侧,对系统无影响,超导线圈L储存由电流调节器chopper端补充的能量,起到超导储能的作用,同时可以调节系统电压不对称,滤波,无功和有功补偿以及调节系统潮流。
图2中虚线框中所示为本发明的一个实施例,由连接变压器T、换流器converter、电流调节器chopper、连接换流器和电流调节器的直流电容C、高温超导线圈L、二极管整流桥D1~D4和基于DSP芯片的控制器组成。换流器converter为由T1、T2……T4为绝缘门极双极型晶体管IGBT组成的H桥换流器。变压器T的原边串联在敏感负载馈线侧,其副边连接由T1、T2、T3、T4组成的H桥换流器的交流侧,T1、T2、T3、T4组成的H桥换流器直流侧并联电容C;T5、T6、T7、T8组成H桥换流器直流侧并联电容C,其交流侧连接高频变压器HFT的原边,高频变压器HFT的副边连接由T9、T10组成的整流桥的交流测,T9、T10组成的整流桥直流侧与变压器T 中心抽头共同连接超导线圈L和由D13、D14、D15、D16组成的二极管整流桥的直流侧,D13、D14、D15、D16组成的二极管整流桥交流侧串联于普通负载馈线。H桥换流器是由T1、T2、T3、T4组成,T1、T3组成一个桥臂,T2、T4组成另一个桥臂;电流调节器chopper是由电压换流单元,电流换流单元以及连接的高频变压器HFT组成。电压换流单元是由T5、T6、T7、T8组成的H桥,T5、T7组成一个桥臂,T6、T8组成另一个桥臂其交流侧连接高频变压器HFT,电流换流单元是由T9、T10以及D11、D12组成。T9与D11连接,T10与D12连接,组成整流桥。系统正常运行时流过超导线圈L的是直流电流,几乎无损耗,并且超导线圈L中贮存的电磁能可以通过电流调节器chopper与系统进行功率交换,从而对系统进行有功与无功的控制对系统运行进行各种稳态补偿,也即是调节系统不对称,滤波,无功以及有功补偿以及调节系统潮流。系统发生短路故障时,即故障电流超过电流调节器chopper可能提供的偏置电流,系统短路电流立刻流入二极管整流桥的直流侧,也即是超导线圈L与电流调节器chopper的串联电路进行故障限流,它可限制短路电流峰值及稳态值,同时超导线圈L的能量通过电流调节器chopper及换流器converter,经过连接变压器T注入敏感负载馈线,进行电压凹陷补偿,保证敏感负载对电能质量的要求。
本发明的超导线圈L和电流调节器chopper的直流电流单元串联,通过二极管整流桥与普通负载馈线相连,电流调节器chopper的直流电压单元与直流电容C和换流器converter的直流侧并联后通过连接变压器T与敏感负载馈线相连,对两路馈线同时进行限流和补偿的方案,以及电流调节器chopper和超导线圈L可根据系统补偿限流的需要,调节不同的补偿度而达到不同的补偿和限流效果的方法,系统正常运行时流过超导线圈L的是直流电流,并且超导线圈L中贮存着的电磁能可以通过电流调节器chopper与系统进行功率交换,从而对系统进行有功与无功的控制,对系统运行进行各种稳态补偿,即调节系统不对称,滤波,无功以及有功补偿以及调节系统潮流。系统的普通负载馈线发生故障时,它可限制其短路电流峰值及稳态值,同时补偿敏感负载馈线端的电压凹陷,保证敏感负载对电能质量的要求。
本发明效率高,结构简单,运行可靠。应用于输配电网时,不仅可进行各种功率补偿,还可解决系统故障电流过大问题,同时还大大降低了系统中各元器件耐流量的要求,降低了系统的设计要求。若用于高压或超高压输电网还可以极大的提高系统的灵活性,稳定性,安全性和可靠性。
权利要求
1.一种桥路型限流贮能电路,其特征在于它包括连接变压器[T]、换流器[converter]、电流调节器[chopper]、连接换流器和电流调节器的直流电容[C]、高温超导线圈[L]、二极管整流桥[D1~D4]和基于DSP芯片的控制器;连接变压器[T]的原边串联在敏感负载馈线侧,其副边连接换流器[converter]的交流侧,换流器[converter]的直流侧并联直流电容[C]和电流调节器[chopper],电流调节器[chopper]的电流换流单元连接高温超导线圈[L]和二极管整流桥[D1~D4]的直流侧,二极管整流桥[D1~D4]的交流侧串联在普通负载馈线侧;电流调节器[chopper]由电压换流单元,电流换流单元以及高频变压器[HFT]组成,连接于AC电力系统线路出口母线处,与敏感负载和普通负载两路并联馈线相串联。
2.按照权利要求1所述的桥路型限流贮能电路,其特征在于所述的普通负载端由二极管整流桥[D1~D4]串联接入,二极管整流桥[D1~D4]的直流侧端接高温超导线圈[L]、电流调节器[chopper]的电流换流单元、电流调节器[chopper]的电压换流单元接直流电容[C]和换流器[converter]的直流侧、换流器[converter]的交流侧通过连接变压器[T]串联接入敏感负载端。
3.按权利要求1所述的桥路型限流贮能电路,其特征在于所述的换流器[converter]是由四个IGBT[T1、T2、T3、T4]组成的H桥型换流器,所述的电流调节器[chopper]的电压换流单元是由[T5、T6、T7、T8]组成的H桥,[T5、T7]组成一个桥臂,[T6]、[T8]组成另一个桥臂,其交流侧连接高频变压器[HFT];电流换流单元是由[T9]、[T10]以及[D11]、[D12]组成,[T9]与[D11]连接,[T10]与[D12]连接,组成整流桥;连接变压器[T]的副边连接由[T1、T2、T3、T4]组成的H桥换流器的交流侧,[T1、T2、T3、T4]组成的H桥换流器直流侧并联电容[C];[T5、T6、T7、T8]组成H桥换流器直流侧并联电容[C],其交流侧连接高频变压器[HFT]的原边,高频变压器[HFT]副边连接由[T9、T10]组成的整流桥的交流测,[T9、T10]组成的整流桥直流侧与变压器[T]中心抽头共同连接超导线圈[L],和由[D13、D14、D15、D16]组成的二极管整流桥的直流侧,其交流侧串联于普通负载馈线。
4.按权利要求1、2或3所述的桥路型限流贮能电路,其特征在于所述的电流调节器[chopper]在线路稳态时,作为偏置电源,稳定超导线圈[L]中流过的电流,同时对系统运行进行各种稳态补偿,在线路故障时,作为可调电阻,吸收超导线圈[L]储存的能量用来补偿敏感负载端的电压凹陷。
5.按权利要求1、2或3所述的桥路型限流贮能电路,其特征在于在普通负载端发生短路,限流贮能电路进行故障限流的同时,超导线圈[L]的能量通过电流调节器[chopper]及换流器[converter],经连接变压器[T]补偿敏感负载端的电压凹陷。
全文摘要
一种桥路型限流贮能电路,包括连接变压器[T]、换流器[converter]、电流调节器[chopper]、直流电容[C]、高温超导线圈[L]、二极管整流桥[D
文档编号H02J3/18GK1874101SQ200510011830
公开日2006年12月6日 申请日期2005年6月1日 优先权日2005年6月1日
发明者赵彩宏, 黄晓华, 肖立业, 林良真, 余运佳 申请人:中国科学院电工研究所

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