具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器

本发明属于电力电子装置在输电系统中的应用，涉及具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器。

背景技术：

1、近年来，随着风电、光伏等新能源的不断接入，大型电力网络的不断互连，电力系统日趋复杂，新能源自身的波动性与间歇性以及电力系统线路输送能力限制，将导致电网可能存在线路潮流可控性低、新能源消纳能力不足等问题；因此，电网运行的灵活性、潮流可控性以及稳定性尤为重要。

2、电力变压器是输配电系统的基础设备，传统电力变压器仅起到电压变换的作用，考虑到大规模新能源汇集并网所带来的功率波动、线路潮流分布可控性差以及新能源消纳等问题无法有效应对，目前不具备功率平抑、线路潮流调控等功能的集成运行，同时也不具备能量的缓冲能力。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，解决传统电力变压器不具备功率平抑、线路潮流调控的集成运行，也不具备能量的缓冲能力的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，包括由传统电力变压器t、并联变压器t1、串联变压器t2、背靠背电压源型变换器与双向dc-dc变换器及储能单元构成能量型电力变压器拓扑结构。

3、本发明的特点还在于：

4、其中电力变压器t包括wa、wb、wc三个高压侧绕组以及wa、wb、wc三个低压侧绕组，高压侧引出a、b、c三相端口，连接高压母线，低压侧引出a3、b3、c3三相端口，连接低压交流母线；

5、其中高压侧绕组之间的连接方式为yn型连接，低压侧绕组之间的连接方式为δ型连接；

6、其中并联变压器t1包括wa1、wb1、wc1三个高压侧绕组以及wa1、wb1、wc1三个低压侧绕组，其中，高压侧绕组的连接方式为yn型连接，a相高压侧绕组包括a1、a1'两个端口，b相高压侧绕组包括b1、b1'两个端口，c相高压侧绕组包括c1、c1'两个端口，其中a1'、b1'、c1'三个端口相连构成中点，同时，a3端口与并联变压器t1高压侧绕组wa1同名端a1相连，b3端口与并联变压器t1高压侧绕组wb1同名端b1相连，c3端口与并联变压器t1高压侧绕组wc1同名端c1相连；低压侧连接方式为yn型连接，a相低压侧绕组包括a1、a1'两个端口，b相低压侧绕组包括b1、b1'两个端口，c相低压侧绕组包括c1、c1'两个端口,其中a1'b1'c1'三个端口相连构成中点；

7、其中串联变压器t2包括wa2、wb2、wc2三个高压侧绕组以及wa2、wb2、wc2三个低压侧绕组，其中高压侧绕组wa2、wb2、wc2与高压侧a、b、c三相交流母线串联；

8、其中wa2与a相交流母线串联，wb2与b相交流母线串联，wc2与c相交流母线串联，串联变压器t2高压侧绕组wa2、wb2、wc2两端并有高压侧旁路开关sa、sb、sc，控制串联变压器t2高压侧绕组的通断；低压侧绕组的连接方式为yn型连接，a相低压侧绕组包括a2、a2'两个端口，b相低压侧绕组包括b2、b2'两个端口，c相低压侧绕组包括c2、c2'两个端口，其中a2'、b2'、c2'三个端口相连构成低压侧绕组的中点；

9、其中串联变压器t2高压侧绕组并有旁路开关，具体为a相旁路开关sa并在串联变压器高压侧绕组wa2的两端；b相旁路开关sb并在串联变压器高压侧绕组wb2的两端；c相旁路开关sc并在串联变压器高压侧绕组wc2的两端，可控制串联变压器的通断时刻，在需要对线路串联可控电压时候，旁路开关断开；不要进行串联可控电压时候，旁路开关闭合；

10、其中背靠背电压源型变换器包括并联变换器shc和串联变换器sec，并联变换器shc交流侧包括a4、b4、c4三个端口，其中a4端口与并联变压器t1低压侧绕组wa1同名端a1相连，b4端口与并联变压器t1低压侧绕组wb1同名端b1相连，c4端口与并联变压器t1低压侧绕组wc1同名端c1相连；串联变换器sec交流侧包括a5、b5、c5三个端口，其中a5端口与串联变压器t2低压侧绕组wa2同名端a2相连，b5端口与串联变压器t2低压侧绕组wb2同名端b2相连，c5端口与串联变压器t2低压侧绕组wc2同名端c2相连；

11、其中并联变换器shc和串联变换器sec的直流侧采用分离电容与双向dc-dc变换器与储能单元并联，并联变换器shc直流侧端口vdc1+与串联变换器sec直流侧端口vdc2+相连接，同时与双向dc-dc变换器输出正极端口vdc+相连接；并联变换器shc直流侧端口vdc1-与串联变换器sec直流侧端口vdc2-相连接，同时与双向dc-dc变换器输出负极端口vdc-相连接，而双向dc-dc变换器储能单元侧正极端口v1与储能单元正极端口相连接，双向dc-dc变换器储能单元侧负极端口v2与储能单元负极端口相连接，实现储能单元的能量缓冲的作用。

12、本发明的有益效果是

13、本发明的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，由传统电力变压器高压侧绕组和低压侧绕组、串联变压器高压侧绕组和低压侧绕组、并联变压器高压侧绕组和低压侧绕组、背靠背电压源型变换器包括并联变换器(shunt vsc，shc)和串联变换器(series vsc，sec)、双向dc-dc变换器、储能单元构成能量型电力变压器拓扑结构，将平抑新能源产生的波动功率和调控线路潮流功能进行整合，通过储能系统起到功率缓冲的作用，从而克服目前现有的技术问题。

技术特征：

1.具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，包括由传统电力变压器t、并联变压器t1、串联变压器t2、背靠背电压源型变换器与双向dc-dc变换器及储能单元构成能量型电力变压器拓扑结构。

2.根据权利要求1所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述电力变压器t包括wa、wb、wc三个高压侧绕组以及wa、wb、wc三个低压侧绕组，高压侧引出a、b、c三相端口，连接高压母线，低压侧引出a3、b3、c3三相端口，连接低压交流母线。

3.根据权利要求2所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述高压侧绕组之间的连接方式为yn型连接，低压侧绕组之间的连接方式为δ型连接。

4.根据权利要求2所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述并联变压器t1包括wa1、wb1、wc1三个高压侧绕组以及wa1、wb1、wc1三个低压侧绕组，其中，高压侧绕组的连接方式为yn型连接，a相高压侧绕组包括a1、a1'两个端口，b相高压侧绕组包括b1b1'两个端口，c相高压侧绕组包括c1、c1'两个端口，其中a1'、b1'、c1'三个端口相连构成中点，同时，a3端口与并联变压器t1高压侧绕组wa1同名端a1相连，b3端口与并联变压器t1高压侧绕组wb1同名端b1相连，c3端口与并联变压器t1高压侧绕组wc1同名端c1相连；低压侧连接方式为yn型连接，a相低压侧绕组包括a1、a1'两个端口，b相低压侧绕组包括b1b1'两个端口，c相低压侧绕组包括c1、c1'两个端口,其中a1'、b1'、c1'三个端口相连构成中点。

5.根据权利要求2所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述串联变压器t2包括wa2、wb2、wc2三个高压侧绕组以及wa2、wb2、wc2三个低压侧绕组，其中高压侧绕组wa2、wb2、wc2与高压侧a、b、c三相交流母线串联。

6.根据权利要求5所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述wa2与a相交流母线串联，wb2与b相交流母线串联，wc2与c相交流母线串联，串联变压器t2高压侧绕组wa2、wb2、wc2两端并有高压侧旁路开关sa、sb、sc，控制串联变压器t2高压侧绕组的通断；低压侧绕组的连接方式为yn型连接，a相低压侧绕组包括a2、a2'两个端口，b相低压侧绕组包括b2、b2'两个端口，c相低压侧绕组包括c2、c2'两个端口，其中a2'、b2'、c2'三个端口相连构成低压侧绕组的中点。

7.根据权利要求5所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述串联变压器t2高压侧绕组并有旁路开关，具体为a相旁路开关sa并在串联变压器高压侧绕组wa2的两端；b相旁路开关sb并在串联变压器高压侧绕组wb2的两端；c相旁路开关sc并在串联变压器高压侧绕组wc2的两端，可控制串联变压器的通断时刻，在需要对线路串联可控电压时候，旁路开关断开；不要进行串联可控电压时候，旁路开关闭合。

8.根据权利要求5所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述背靠背电压源型变换器包括并联变换器shc和串联变换器sec，并联变换器shc交流侧包括a4、b4、c4三个端口，其中a4端口与并联变压器t1低压侧绕组wa1同名端a1相连，b4端口与并联变压器t1低压侧绕组wb1同名端b1相连，c4端口与并联变压器t1低压侧绕组wc1同名端c1相连；串联变换器sec交流侧包括a5、b5、c5三个端口，其中a5端口与串联变压器t2低压侧绕组wa2同名端a2相连，b5端口与串联变压器t2低压侧绕组wb2同名端b2相连，c5端口与串联变压器t2低压侧绕组wc2同名端c2相连。

9.根据权利要求8所述的具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，其特征在于，所述并联变换器shc和串联变换器sec的直流侧采用分离电容与双向dc-dc变换器与储能单元并联，并联变换器shc直流侧端口vdc1+与串联变换器sec直流侧端口vdc2+相连接，同时与双向dc-dc变换器输出正极端口vdc+相连接；并联变换器shc直流侧端口vdc1-与串联变换器sec直流侧端口vdc2-相连接，同时与双向dc-dc变换器输出负极端口vdc-相连接，而双向dc-dc变换器储能单元侧正极端口v1与储能单元正极端口相连接，双向dc-dc变换器储能单元侧负极端口v2与储能单元负极端口相连接，实现储能单元的能量缓冲的作用。

技术总结
本发明公开了具有功率波动平抑和潮流调控的能量型电力变压器，由传统电力变压器高压侧绕组和低压侧绕组、串联变压器高压侧绕组和低压侧绕组、并联变压器高压侧绕组和低压侧绕组、背靠背电压源型变换器包括并联变换器和串联变换器、双向DC‑DC变换器、储能单元构成能量型电力变压器拓扑结构，解决传统电力变压器不具备功率平抑、线路潮流调控的集成运行，也不具备能量的缓冲能力的问题。

技术研发人员：刘闯,杨卫平,王菁月,蔡国伟,裴忠晨,朱帝,姜宇,孙赫阳,孔德昊,郭东波
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15