一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的制作方法

文档序号:11233697阅读:623来源:国知局
一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的制造方法与工艺

本发明涉及配电网领域,尤其涉及一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统。



背景技术:

在传统380v低压交流配电系统中,配电线路开通和切除一般均由自动开关或闸刀开关进行操控,如图1所示。配电线路输出功率按自然潮流进行分布,并由线路阻抗、负荷参数来决定。通过机械式的开关很难对配电线路输送功率进行实时控制。

在现代电力系统中,采用交直流混合输电技术。直流输电原理是先通过整流装置将交流电变为直流电,经过几百公里或更长线路的输电,再通过逆变装置将直流电变为交流电。直流输电的最大优势之一就是能够实时控制传输功率的大小和方向。

但是这种输电方式需要长距离进行直流输电,在交流输电居多的情况下,需要对原本的电路进行大规模的改造,若不进行大规模改造,则无法改变交流输电的功率。因此,现有技术在不进行大规模改造的情况下无法改变交流输电的功率是本领域技术人员需要解决的技术问题。



技术实现要素:

本发明实施例提供了一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统,用于解决现有技术在不进行大规模改造的情况下无法改变交流输电的功率的技术问题。

本发明实施例提供一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统,包括:直流单元;所述直流单元包括整流器、至少两个逆变器、直流电阻;

所述整流器的输出端通过所述直流电阻连接所述逆变器的输入端;

所述整流器的一输入端分别连接所述逆变器的一输出端;

所述整流器的另一输入端还连接电源交流母线;

所述逆变器的另一输出端还连接有低压配电线路,所述低压配电线路与所述逆变器数量相同。

优选地,本发明实施例还包括直流母线;

所述直流电阻通过所述直流母线连接所述逆变器的输入端。

优选地,本发明实施例还包括公共母线;

所述整流器的一输入端通过所述公共母线连接所述逆变器的一输出端;

优选地,本发明实施例还包括:交流单元、与所述逆变器数量相同的分支交流母线;

所述交流单元包括与所述逆变器数量相同的交流开关;

所述交流开关的一端连接电源交流母线,所述交流开关的另一端和与其相对应的所述分支交流母线连接;

所述逆变器的另一输出端还通过所述分支交流母线连接有低压配电线路,所述低压配电线路与所述逆变器数量相同。

优选地,所述交流开关具体为交流断路器或自动开关或闸刀开关。

优选地,所述整流器直流侧直流电压edr的计算公式为:

edr=k0ercosα-rrid

其中,k0为由换流器的整流回路的接线方式决定的系数,rr为整流器的损耗对应的电阻,id为直流电流,edr为整流器直流侧直流电压,er为整流器交流侧的交流电压方均根值,α为整流器的触发角。

优选地,所述逆变器直流侧直流电压edi的计算公式为:

edi=k0(eicosβ+xi,j+xl,j)+(rj+rl,j+ri,j)id

其中,k0为由换流器的整流回路的接线方式决定的系数,ri为逆变器的损耗对应的电阻,id为直流电流,edi为逆变器直流侧直流电压,ei为逆变器交流侧的交流电压方均根值,β为逆变器的触发角,ri,j和xi,j分别为配电线路j的电阻和电抗,rl,j和xl,j为负荷的电阻和电抗,rj为与配电线路j(j=1,2,…,m)相对应的逆变器损耗对应的电阻。

优选地,所述整流器输出的直流电流id的计算公式为:

其中,id为直流电流,edr、edi分别为整流器、逆变器直流侧直流电压,rσ为逆变器损耗电阻并联后与直流电阻串联的等效电阻。

优选地,所述逆变器损耗电阻并联后与直流电阻串联的等效电阻rσ的计算公式为:

rσ=rd+r1//r2//r3//…//rm

其中,rm为与低压配电线路m相对应的逆变器损耗电阻的阻值,rσ为逆变器损耗电阻并联后与直流电阻串联的等效电阻,rd为所述直流电阻的电阻值。

优选地,与每条所述低压配电线路相对应的所述直流单元中第m条分支的直流电流im的计算公式为:

其中,m为预选低压配电线路分支的编号,im为对应第m条分支的直流电流,id为所述整流器输出的直流电流,rm为对应第m条分支的逆变器损耗电阻的阻值。

从以上技术方案可以看出,本发明实施例具有以下优点:

本发明实施例包括:直流单元;所述直流单元包括整流器、至少两个逆变器、直流电阻;所述整流器的输出端通过所述直流电阻连接所述逆变器的输入端;所述整流器的一输入端分别连接所述逆变器的一输出端;所述整流器的另一输入端还连接电源交流母线;所述逆变器的另一输出端还连接有低压配电线路,所述低压配电线路与所述逆变器数量相同,通过整流器、直流电阻、逆变器组合形成可控的直流电流;利用一个整流器组成公共整流器,利用多个逆变器组成多个分支逆变器;一个分支逆变器单独连接一条低压配电线路,在对公共整流器和分支逆变器的协调控制下从公共整流器上获得可控的输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例用于说明的现有开关操控的配电线路图;

图2为本发明实施例提供的一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的一个实施例的示意图;

图3为本发明实施例提供的一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的另一个实施例的示意图;

图4为本发明实施例提供的一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的另一个实施例中的直流单元等效电路的示意图;

其中,附图标记如下:

1、交流母线;2、整流器;3、逆变器;4、直流电阻;5、交流开关;6、分支交流母线;7、低压配电线路;8、直流母线;9、公共母线。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统,用于解决现有技术在不进行大规模改造的情况下无法改变交流输电的功率的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

请参阅图2,本发明实施例提供一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的一个实施例,包括:直流单元;直流单元包括整流器2、至少两个逆变器3、直流电阻4;

整流器2的输出端通过直流电阻4连接逆变器3的输入端;

整流器2的一输入端分别连接逆变器3的一输出端;

整流器2的另一输入端还连接电源交流母线1;

逆变器3的另一输出端还连接有低压配电线路7,低压配电线路7与逆变器3数量相同。

以上是对本发明实施例提供的一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的一个实施例进行详细的描述,以下将对本发明实施例提供的一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图3,本发明实施例提供一种带直流电阻的低压线路有功功率调控系统的另一个实施例,包括:直流单元;直流单元包括整流器2、至少两个逆变器3、直流电阻4;

整流器2的输出端通过直流电阻4连接逆变器3的输入端;

整流器2的一输入端分别连接逆变器3的一输出端;

整流器2的另一输入端还连接电源交流母线1;

逆变器3的另一输出端还连接有低压配电线路7,低压配电线路7与逆变器3数量相同。

本发明实施例还包括直流母线8;

直流电阻4通过直流母线8连接逆变器3的输入端。

本发明实施例还包括公共母线9;

整流器2的一输入端通过公共母线9连接逆变器3的一输出端;

本发明实施例还包括:交流单元、与逆变器3数量相同的分支交流母线6;

交流单元包括与逆变器3数量相同的交流开关5;

交流开关5的一端连接电源交流母线1,交流开关5的另一端和与其相对应的分支交流母线6连接;

逆变器3的另一输出端还通过分支交流母线6连接有低压配电线路7,低压配电线路7与逆变器3数量相同。

交流开关5具体为交流断路器或自动开关或闸刀开关。

请参阅图4,对本发明实施例直流单元的电路进行简化,可以得到一般形式的直流单元的电路(图4)。根据简化后的电路,可推导出一些参数的计算公式。

整流器直流侧直流电压edr的计算公式为:

edr=k0ercosα-rrid

其中,k0为由换流器的整流回路的接线方式决定的系数,rr为整流器的损耗对应的电阻,id为直流电流,edr为整流器直流侧直流电压,er为整流器交流侧的交流电压方均根值,α为整流器的触发角。

逆变器直流侧直流电压edi的计算公式为:

edi=k0(eicosβ+xi,j+xl,j)+(rj+rl,j+ri,j)id

其中,k0为由换流器的整流回路的接线方式决定的系数,ri为逆变器的损耗对应的电阻,id为直流电流,edi为逆变器直流侧直流电压,ei为逆变器交流侧的交流电压方均根值,β为逆变器的触发角,ri,j和xi,j分别为配电线路j的电阻和电抗,rl,j和xl,j为负荷的电阻和电抗,rj为与配电线路j(j=1,2,…,m)相对应的逆变器损耗对应的电阻。

整流器输出的直流电流id的计算公式为:

其中,id为直流电流,edr、edi分别为整流器、逆变器直流侧直流电压,rσ为逆变器损耗电阻并联后与直流电阻串联的等效电阻。

逆变器损耗电阻并联后与直流电阻串联的等效电阻rσ的计算公式为:

rσ=rd+r1//r2//r3//…//rm

其中,rm为与低压配电线路m相对应的逆变器损耗电阻的阻值,rσ为逆变器损耗电阻并联后与直流电阻串联的等效电阻,rd为直流电阻的电阻值。

与每条低压配电线路相对应的直流单元中第m条分支的直流电流im的计算公式为:

其中,m为预选低压配电线路分支的编号,im为对应第m条分支的直流电流,id为整流器输出的直流电流,rm为对应第m条分支的逆变器损耗电阻的阻值。

具体地,与每条配电线路相对应的直流单元中第1、2、…、j、…、m条分支的直流电流的计算公式为:

各个分支线路上的逆变器的损耗阻值可以根据需要通过选择损耗同的逆变器进行调节,他们的阻值可以一样,也可以不一样,通过选用每条分支线路上的不同逆变器可以实现对每条分支线路的功率的调节。

在配电网络中,每一条配电线路通过装备多条低压线路有功功率联合调控系统,可以实现直流单元和交流单元交换运行,互为备用。直流单元在很短的距离内经过“整流—逆变”过程,利用直流输电原理实现对380v低压配电线路输出功率的人为控制,实现交流输电系统有功功率的实时控制。

从上述公式可以看出,每条低压配电线路在直流单元控制下运行将影响总的直流电阻,进而影响整流器输出的总直流电流,最终每条配电线路的直流电流即功率。也就是说,每一条配电线路在直流单元控制下运行是相互影响的,必须进行协调控制,实现稳定的功率输出。

本发明的技术方案进一步解释如下:

多条低压线路有功功率联合调控系统由交流单元与直流单元并联而成。交流单元由自动开关或闸刀开关5组成,开关5一端与电源交流母线1相连,另一端与分支交流母线6相连;直流单元由整流器、直流电阻、逆变器所构成。总直流电流由整流器整流而得,每条低压配电线路直流电流由相对应的逆变器损耗对应的电阻分流而得。按照这样的分流原理,整流器2一端与电源交流母线1相连,另一端与直流电阻4相连;直流电阻4另一端连接到直流母线8上;与每条低压配电线路相对应的逆变器3输入端与直流母线8相连,逆变器3输出端与分支交流母线6相连,逆变器3公共端与整流器2的公共端相连。

多条低压线路有功功率联合调控系统通过交流单元实现传统自然功率输出,或是通过直流单元实现对输出有功功率的实时控制。

多条低压线路有功功率联合调控系统,是替换传统自动开关或闸刀开关5的一个电力电子装置。它包括交流开关、整流器、直流电阻和逆变器:交流开关所在的交流单元与整流逆变单元所在的直流单元进行并联,并按定电流、定电压、定功率的控制方式实现对配电线路传输功率的人为调整。通过交流单元单独运行,电能将按传统自然潮流进行传输,有功功率分布完全由线路阻抗以及负荷参数决定;通过直流单元单独运行,利用直流输电原理中“整流—逆变”过程对有功功率的进行实时控制,可实现对配电线路有功功率控制的目的。

本发明的优点在于:

1)按照直流输电的原理,利用整流器、分支电阻、逆变器组合形成可控的直流电流;利用一个整流器组成公共整流器,利用多个逆变器组成多个分支逆变器;一个分支逆变器单独连接一条低压配电线路,在对公共整流器和分支逆变器的协调控制下从公共整流器上获得可控的输出功率。

2)通过对交流配电系统进行创新设计,将多条低压线路有功功率联合调控系统加载在交流母线和低压配电线路之间,利用装置内的交流单元与直流单元实现电能的自然潮流输送与有功功率调节,并互为备用。当交流单元单独运行和控制时,配电线路按照线路和负荷阻抗的大小输出功率,形成自然功率;当直流单元单独运行时,采用定电流、定电压和定功率的控制方法,可以控制配电线路输出功率的大小,形成可控功率。

在配电线路首端交流开关之间并联一组直流单元,直流单元整流器的输入端与交流开关的交流母线侧的一端相连接,直流单元的输出端与交流开关的分支交流母线侧的一端相连接。

在有多条配电线路的低压配电系统中,可以将公共整流器和多个逆变器集成在一起,并按照图3连接电阻器、直流母线和逆变器,同时利用导线将公共整流器的输入端接连到交流开关的交流母线侧的一端,将每个逆变器的输出端与连接到交流开关的分支交流母线侧的一端。也可以将公共整流器和多个逆变器分开布置;利用一个公共整流器做成公共整流电源,将公共整流器的输入端接连到交流开关的交流母线侧的一端,并经过一个直流电阻连接到多个直流输出口;每个分支逆变器的输入端连接到一个直流输出口,每个逆变器的输出端连接到交流开关的分支交流母线侧的一端。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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