CN104242307B - 一种输电连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电连接结构，包括送端、升压变压器和降压变压器；所述送端包括直流电源和交流电源，所述升压变压器为三绕组结构，所述升压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构，所述升压变压器的低压侧与交流电源连接，所述升压变压器的高压侧中性点与直流电源连接，所述升压变压器的高压侧通过输电线路与降压变压器的高压侧连接，所述降压变压器的低压侧与交流电网并网；所述升压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器。本发明通过将直流电源接入升压变压器的高压侧中性点，利用输电线路进行交流电能和直流电能的同步传输，提高了输电线的输送能力。

Description

一种输电连接结构

技术领域

本发明涉及一种输电连接结构，属于电力系统电能传输领域。

背景技术

随着经济的不断发展，用电需求量迅速增加，输电线路传输的功率也越来越大。为了提高输电线路的容量，减少输电线路的损耗，提升资源的利用效率，国内外研究人员提出了多种输电方式，包括特高压交流输电、特高压直流输电、多相输电技术、紧凑型输电线路，同塔多回输电技术等，各种输电方式的优缺点。主要情况如下：

特高压交流输电是指电压等级为1000kV的交流输电，具有输电能力强、输电损耗低、节约输电走廊占地面积的特点，在大容量、远距离输送电能上具有明显的经济优势。2006年，国家电网公司建成了晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程，目前已投入商业化运行，实现了华北电网和华中电网的水火调剂、优势互补，具有错峰、调峰和跨流域补偿等综合社会效益和经济效益。

特高压直流输电适合大功率、远距离输电。直流输电系统通常中间无落点，即点对点直接将电力送往负荷中心，它可以减少或避免大量过网潮流，可按照送受两端运行方式变化而改变潮流；在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流系统的暂态、动态稳定性能。

多相输电是指相数多于三相的新型输电技术。多相输电技术导线间距减小，线路紧凑，正序电抗较小，可与现有的系统协调、兼容运行。多相输电功率可大幅提高，相同电压下，系统的正序电抗下降，可促使稳定极限功率上升；此外，多相输电具有表面电场强度较小，架空线路走廊窄等优点。

除上述以外，还有紧凑型输电线路，同塔多回输电技术等。已有的输电方式各具优缺点及应用前景。如何提高单位长度输电线路的输送容量，提升输电效率，是电力技术人员研究的一个重要方向。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种输电连接结构，可以显著提高输电线路的输送容量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种输电连接结构，包括送端、升压变压器和降压变压器；所述送端包括直流电源和交流电源，所述升压变压器为三绕组结构，所述升压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构，所述升压变压器的低压侧与交流电源连接，所述升压变压器的高压侧中性点与直流电源连接，所述升压变压器的高压侧通过输电线路与降压变压器的高压侧连接，所述降压变压器的低压侧与交流电网并网；所述升压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器。

所述降压变压器为三绕组结构。

所述降压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构。

所述降压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，每个抽头连接依次连接有一电容和一电感，三根抽头共同连接一三相滤波器。

所述三相滤波器包括三个电容和三个电感，每个电感的一端连接一抽头，另一端连接一电容，三个电容末端连接在一起。

所述升压变压器的低压侧还连接有负载。

本发明所达到的有益效果：1、本发明通过将直流电源接入升压变压器的高压侧中性点，利用输电线路进行交流电能和直流电能的同步传输，提高了输电线的输送能力；2、本发明的升压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器，能有效抑制谐波。

附图说明

图1为本发明的整体拓扑连接图。

图2为变压器磁化曲线。

图3为本发明连接示意图。

图4为升压变压器的绕组连接图。

图5为升压变压器等效电流图。

图6为传统输电系统网侧电流。

图7为传统输电系统网侧电流谐波分布。

图8为本发明网侧电流。

图9为本发明的电流谐波分布。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种输电连接结构，包括送端、升压变压器、输电线路和降压变压器；送端包括直流电源和交流电源；升压变压器为三绕组结构，所述升压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构，输电线路采用常规输电线路。

上述输电连接结构的具体连接如图3所示，升压变压器的低压侧与交流电源连接，升压变压器的高压侧中性点与直流电源连接，升压变压器的高压侧通过输电线路与降压变压器的高压侧连接，降压变压器的低压侧与交流电网并网，并连接有负载；升压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器。

三相滤波器包括三个电容和三个电感，每个电感的一端连接一抽头，另一端连接一电容，三个电容末端连接在一起。

三相滤波器能够有效抑制谐波。当直流电流流入升压变压器绕组时，升压变压器铁芯将出现饱和，铁芯工作在磁化曲线的饱和区，如附图2中B点所示，系统将产生大量谐波，通过三相滤波器，为谐波电流提供短路通道。

三相滤波器抑制谐波，原理如下：

针对交流输电，假设输电线路每相的交流电压分量为V_ph，输电线路传输的交流功率P_ac为

P_ac＝3V_ph ²sind/X (1)

其中X为输电线路的交流电抗，d为输电线路两端的功角差。

针对直流输电，假设输电线路每相的直流电压分量为V_dc，输电线路传输的直流功率P_dc为

P_dc＝3V_dcI_dc (2)

其中I_dc为输电线路每相的直流电流分量。

因此，输电线路传输的总功率为

Pt_otal＝P_ac+P_dc＝3V_ph ²sind/X+3V_dcI_dc (3)

直流电流流入升压变压器绕组时，升压变压器铁芯将出现饱和。升压变压器的等效电路模型如附图5所示。针对图5，由基尔霍夫定律可得：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_S=I_L+I_F+I_M\\ U_M=I_F(Z_3+Z_4)\\ U_S=I_S{Z}_1+I_F(Z_3+Z_4)\\ U_L=I_F(Z_3+Z_4)-I_L{Z}_2\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，U_S为电压源，U_L为负载电压，U_M是励磁电压，I_S为输电线路电流，I_L为负载侧电流，I_M为励磁电流，I_F为三相滤波器中的电流，Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别为升压变压器一次绕组等效阻抗、二次绕组等效阻抗、三次绕组等效阻抗、三相滤波器等效阻抗。

对式(4)进行变换可知：

$I_S=\frac{U_S}{Z_1+Z_3+Z_4}+\frac{I_L+I_M}{\frac{Z_1}{Z_3+Z_4}+1}---\left(5\right)$

$I_F=\frac{U_S}{Z_1+Z_3+Z_4}-\frac{I_L+I_M}{\frac{Z_3+Z_4}{Z_1}+1}---\left(6\right)$

当负载侧电流I_L、励磁电流I_M以及电源电压U_S一定时，I_S主要与一次绕组等值阻抗Z₁，三次绕组等效阻抗Z₃以及三相滤波器的等效阻抗Z₄有关。通过调整升压变压器绕组布置方式，使Z₃≈0，三相滤波器将对特定频率的谐波产生调谐作用，当三相滤波器的等值阻抗Z₄≈0时，此时I_S与I_M、I_L无关，从而屏蔽对输电线路电流I_S的影响。

对式(4)进行变换可知：

$I_L=-\frac{U_L}{Z_2+Z_3+Z_4}+\frac{I_S-I_M}{\frac{Z_2}{Z_3+Z_4}+1}---\left(7\right)$

当Z₃+Z₄≈0时，升压变压器负载侧电流I_L只与负载电压U_L和绕组阻抗有关，由于升压变压器磁饱和产生的谐波对其影响几乎为零。

上述的降压变压器也为三绕组结构，可采用常规的变压器，但是在这里我们采用的结构与升压变压器的结构一致，降压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构，降压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，每个抽头连接依次连接有一电容和一电感，三个电感的末端连接在一起。

综上所述，上述输电连接结构通过将直流电源接入升压变压器的高压侧中性点，利用输电线路进行交流电能和直流电能的同步传输，提高了输电线的输送能力；上述输电连接结构的升压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器，能有效抑制谐波。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种输电连接结构，其特征在于：包括送端、升压变压器和降压变压器；

所述送端包括直流电源和交流电源，所述升压变压器为三绕组结构，所述升压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构，所述升压变压器的低压侧与交流电源连接，所述升压变压器的高压侧中性点与直流电源连接，所述升压变压器的高压侧通过输电线路与降压变压器的高压侧连接，所述降压变压器的低压侧与交流电网并网；

所述升压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器；

三相滤波器抑制谐波，原理如下：

针对交流输电，假设输电线路每相的交流电压分量为V_ph，输电线路传输的交流功率P_ac为

P_ac＝3V_ph ²sind/X (1)

其中X为输电线路的交流电抗，d为输电线路两端的功角差；

针对直流输电，假设输电线路每相的直流电压分量为V_dc，输电线路传输的直流功率P_dc为

P_dc＝3V_dcI_dc (2)

其中I_dc为输电线路每相的直流电流分量；

因此，输电线路传输的总功率为

Pt_otal＝P_ac+P_dc＝3V_ph ²sind/X+3V_dcI_dc (3)

直流电流流入升压变压器绕组时，升压变压器铁芯将出现饱和，由基尔霍夫定律可得：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_S=I_L+I_F+I_M\\ U_M=I_F(Z_3+Z_4)\\ U_S=I_S{Z}_1+I_F(Z_3+Z_4)\\ U_L=I_F(Z_3+Z_4)-I_L{Z}_2\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，U_S为电压源，U_L为负载电压，U_M是励磁电压，I_S为输电线路电流，I_L为负载侧电流，I_M为励磁电流，I_F为三相滤波器中的电流，Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别为升压变压器一次绕组等效阻抗、二次绕组等效阻抗、三次绕组等效阻抗、三相滤波器等效阻抗；

对式(4)进行变换可知：

$I_S=\frac{U_S}{Z_1+Z_3+Z_4}+\frac{I_L+I_M}{\frac{Z_1}{Z_3+Z_4}+1}---\left(5\right)$

$I_F=\frac{U_S}{Z_1+Z_3+Z_4}-\frac{I_L+I_M}{\frac{Z_3+Z_4}{Z_1}+1}---\left(6\right)$

当负载侧电流I_L、励磁电流I_M以及电源电压U_S一定时，I_S主要与一次绕组等值阻抗Z₁，三次绕组等效阻抗Z₃以及三相滤波器的等效阻抗Z₄有关，通过调整升压变压器绕组布置方式，使Z₃≈0，三相滤波器将对特定频率的谐波产生调谐作用，当三相滤波器的等值阻抗Z₄≈0时，此时I_S与I_M、I_L无关，从而屏蔽对输电线路电流I_S的影响；

对式(4)进行变换可知：

$I_L=-\frac{U_L}{Z_2+Z_3+Z_4}+\frac{I_S-I_M}{\frac{Z_2}{Z_3+Z_4}+1}---\left(7\right)$

当Z₃+Z₄≈0时，升压变压器负载侧电流I_L只与负载电压U_L和绕组阻抗有关，由于升压变压器磁饱和产生的谐波对其影响几乎为零。

2.根据权利要求1所述的一种输电连接结构，其特征在于：所述降压变压器为三绕组结构。

3.根据权利要求2所述的一种输电连接结构，其特征在于：所述降压变压器的高压侧和低压侧均为星形结构。

4.根据权利要求3所述的一种输电连接结构，其特征在于：所述降压变压器高压侧的三根绕组上均设置有一抽头，三根抽头共同连接一三相滤波器。

5.根据权利要求1或4所述的一种输电连接结构，其特征在于：所述三相滤波器包括三个电容和三个电感，每个电感的一端连接一抽头，另一端连接一电容，三个电容末端连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种输电连接结构，其特征在于：所述升压变压器的低压侧还连接有负载。