一种用于双路电源供电系统之间有功需量潮流转移的装置的制作方法

本实用新型涉及供配电领域，具体涉及一种用于双路电源供电系统之间有功需量潮流转移的装置。

背景技术：

电费是工业企业的主要成本之一，特别是大工业用户，合理有序的用电负荷管理可以加强企业用电的经济性，维持企业供配电网络的经济运行，提高企业自身经济效益，并有利于企业综合资源规划的实施。目前，国内对于大型工业企业用户中受电变压器容量不小于315kva的用户，按照现行的电价体系，该类用户需执行工业电价，并执行两部制电价，基本电费的收取可以采用变压器装机容量或按照最大需量来进行计量。

电费包括基本电费、电度电费、力率调整费用，其中基本电费是采用按月申报，并基于最大需量的计量方式，按照单位kva/月来进行计费；国际上通用的最大需量是采用15分钟的平均功率，取当月15分钟平均功率的最大值(md)作为计算基本电费的依据。

此外，国家规范《供配电系统设计规范》gb50052-95中规定，一级负荷应由双路电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。一般双路供电时，双路电源可一用一备，亦可同时工作，各供一部分负荷。双路电源在计算供电负荷时，应该按照每个回路带100％运行负荷考虑(一级、二级负荷)，(区别于双电源应该是70％)，两回路之间要设置备自投母联开关进行自动切换。所以对于大用电场所，既是采用双路电源供电，又是按最大需量计算基本电费时，系统总的最大需量等于每个回路独立的最大需量相加。

大型工业企业电力用户一般由于设备复杂且功耗较大，负荷波动比较剧烈，会对电网的运行造成冲击，主要表现在造成电压闪变，产生负序电流和谐波，甚至破坏电网稳定性，同时造成用户的基本电费浪费。所以这类企业，有必要对整个企业的用电进行监控，合理安排各工序运行方式，特别要对冲击性负荷的工序进行有效控制，选择尽量避免大功率设备同时启动或运行，或者合理调节设备的功率，当负荷存在叠加时适当的降低某些对生产不造成影响的设备功率，减少企业峰值负荷，达到平抑负荷，减少基本电费支出的目的。

要实现上述目标，靠人为操作很难做到，传统的方式是采用电力需量控制系统对企业需量进行控制，通过功率降低、功率延时、功率切除等手段完成对企业用电的合理调配，减少冲击电流对电力设备的影响，提高企业用电质量，降低企业用电成本。目前在国内外，电力需量控制系统已经广泛应用于企业节能节电方面，其节能降本的经济效益明显。

传统的电力需量控制的方法主要是：通过采集系统的电力数据，进行全面分析后，进行最大需量预测，并对负荷进行调节。这种方法在实施需量控制的过程中，往往存在以下问题：对负荷进行中断供电或者降低负荷功率的方法往往会严重影响到生产的正常进行，对生产计划执行和调度造成较大的不便，造成这种需量控制技术很难普遍推广。

而且这种方法并不是真正上的“移峰填谷”，仅仅实现了“削峰”，没有真正将需量“谷点”利用起来；另外通过控制负荷并降低负荷功率的方法来降低需量，可能导致产品品质的不稳定，最终造成材料浪费，生产成本增加。

因此需要更高效更方便的需量控制技术，在不影响用户正常生产的前提下，实现真正意义上的“移峰填谷”，既能满足负荷侧电力需求，保证负荷运行稳定，又能降低供电系统总需量，最终降低用电成本。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于双路电源供电系统之间有功需量潮流转移的装置，该装置并联于双路电源供电两路母线之间的备自投母联开关上，该装置为功率潮流调节器，包括串联耦合变压器、串联侧逆变器和并联侧逆变器及开关电路；

串联耦合变压器的副边并联在备自投母联开关的两端，一端与双路供电系统的其中一路供电母线连接，另一端与另外一路供电母线连接，串联耦合变压器的原边与串联侧逆变器连接。

优选的，串联逆变器可进行输出电压幅值、相位的调节以及双路供电系统之间有功功率的双向调节；设置在母联开关一端的其中一路供电系统的并联侧逆变器与该路的供电母线并联连接，用于稳定串联侧逆变器和并联侧逆变器的直流母线电压，并控制双路供电系统的母线之间无功功率的流动；串联侧逆变器和并联侧逆变器通过公共直流母线连接；串联侧逆变器和并联侧逆变器由可实现功率双向流动的三相全桥功率电路组成，其拓扑为两电平或级联多电平；

通过动态调节其串联耦合变压器输出电压，使其幅值变化范围为0～最大值，相角变化范围为0°～360°，从而实现两路供电系统电源之间的传输功率在一定范围内双向调节，最终实现双路电源供电系统最大需量之和的控制，使双路供电系统的需量之和控制在目标值。

优选的，在串联侧逆变器和并联侧逆变器公共直流母线上增加储能装置，通过储能装置的充电及放电，从而进一步实现双路电源供电系统之间有功需量潮流转移的灵活性。

优选的，将储能装置的有功功率通过串联侧逆变器转移到母联开关的一路供电系统，或通过并联逆变器将储能装置的有功功率转移到与并联侧逆变器连接的另外一路供电母线。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型提供了一种用于双路电源供电系统需量控制的装置和方法，可以避免对两路配电变压器进行升级改造，不仅不会造成旧设备的浪费，而且能够有效减少总的电力需量。

(2)本实用新型通过对双路供电系统的两路供电母线进行功率监测、需量预测、实时功率控制，实现真正的“移峰填谷”，即将一路电源上的需量“峰”值转移到另一路电源的需量“谷”值上，在降低了每路供电系统最大需量及系统需量之和的同时，保证了负荷总的功率需求不变，确保了各路负荷运行的稳定性。

(3)本实用新型采用电力电子装置来进行需量调节，选用快速开关器件，系统响应速度快，控制精度高，避免了传统需量控制方式中对机械结构的频繁动作，减少了机械磨损，增加了各负荷设备的使用寿命。

(4)本实用新型直接安装在两路供电母线的备自投母联开关两端，连接方式简单，故障时可快速切除且不会影响原系统的工作，安全可靠。

附图说明

图1示出了本实用新型的一种用于双路电源供电系统需量控制的装置的实施方式结构图；

图2示出了本实用新型装置进行双路电源供电系统需量控制的原理图；

图3示出了本实用新型装置进行双路电源供电系统需量控制时的简化控制图及矢量图；

图4示出了本实用新型装置实现双路电源系统需量控制时有功功率和无功功率运行范围。

具体实施方式

图1示出了一种用于双路电源供电系统需量控制的装置的具体实施方式结构图，该实施方式的装置包括串联耦合变压器、串联侧逆变器以及并联侧逆变器，串联耦合变压器的副边并联在备自投母联开关的两端，一端与双路供电系统的其中一路供电母线连接，另一端与另外一路供电母线连接；所述串联侧逆变器接到串联耦合变压器原边，所述并联侧逆变器与备自投母联开关一端的供电母线并联连接。其中串联侧逆变器和并联侧逆变器由可实现功率双向流动的三相全桥功率电路组成，其拓扑为两电平或级联多电平。

图1所示，双路电源供电系统的两路进线端都各有一个需量计量点，通过该计量点，可以测量到两路供电系统各自的需量分别为实时需量的最大值，即|pa|max和|pb|max。若没有图中所示的需量控制装置，双路电源供电系统的总需量将等于|pa|max与|pb|max之和。

增加本实用新型的装置后，通过设定最大需量限定值p0，可以实时控制两路供电系统的瞬时总需量不超过限定值p0，此时双路电源供电系统的总需量计量方式为两路系统的实时需量之和的最大值，即|pa+pb|max＝p0。所以，当最大需量限定值p0＜|pa|max+|pb|max时即可有效降低系统总需量。

图2示出了本实用新型的装置进行双路电源供电系统需量控制的原理图。如图2所示，将本实用新型的装置并联安装在备自投母联开关的两端，双路电源的两路配电变压器低压侧电压分别为us和ur，双路电源两路供电母线上的等效电抗分别为x1和x2(包括配电变压器等效电抗以及线路等效电抗)。其中串联侧逆变器交流端电压经串联耦合变压器串接在两路供电母线之间，和备自投母联开关并联，并联侧逆变器交流端电压并联在备自投母联开关的其中一端。两个逆变器都是dc/ac双向变换器，两者通过公共直流母线连接，直流端可以增加由超级电容或者储能电池组成的储能装置。由串联耦合变压器、串联侧逆变器和并联侧逆变器及其控制系统所组成的电力电子变换系统可以对双路电源供电系统两路负荷端的基波电压、有功功率和无功功率进行综合调控。

控制串联侧逆变器输出的串联补偿电压upq的幅值和相位就能在一定程度上调控其对应供电母线端电压的幅值和相位，在一定范围内改变输电线路中流过的有功电流、无功电流，输电线传输的有功功率和无功功率都可受到调控，双路电源的功率(需量)也可以得到调控。

图3示出了本实用新型的装置进行双路电源供电系统需量控制时的简化控制图及矢量图。并联逆变器侧供电母线端电压us超前于串联逆变器侧供电母线端电压ur的功角为δ，当两路供电母线之间引入串联补偿电压upq后，图3中需量控制器输出端电压为u2，u2＝us+upq。矢量图中upq超前us的相位角为ρ。

us端传输功率p和ur端提供的无功功率-jqr之和为：

“*”表示共轭复数，

当upq＝0，则

当upq≠0时，总的有功功率和无功功率为：

其中，

将关系式us、ur、upq代入

得：

式中：

在任一传输角δ下，有功功率和无功功率的可控范围分别为：

由上式可以看出，在这种工作状态下，系统传输的功率可控范围被拓宽，图4示出了本实用新型装置实现双路电源系统需量调节的有功功率和无功功率运行范围。从图4中可以看到，当ρ＝π/2-δ时，upq线路有功功率p的作用最大，最大作用量为通过动态调节其串联耦合变压器输出电压，使其幅值变化范围为0～最大值，相角变化范围为0°～360°，从而实现两路供电系统电源之间的传输功率在一定范围内双向调节，最终实现双路电源供电系统最大需量之和的控制，使双路供电系统的需量之和控制在目标值。因此装置能够较好地满足两路输电系统进行需量控制时对功率变化的需求。

从以上分析可以得出，调节upq的变化，即可实现电源电压输出有功功率在需要的范围内的调节，完全满足双路电源供电系统需量控制的技术要求。

因此通过控制串联侧逆变器的输出电压，也就是串联耦合变压器的串联补偿电压，即可实现并联逆变器侧供电电源输出有功功率的调节，也就实现了双路电源供电系统需量控制的要求；并联侧逆变器主要实现公共直流母线的稳定控制以及并联侧无功功率的控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明，尤其是将基于本实用新型装置结构的其他调节方式与本实用新型本质上是一致的。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。