CN104977474A - 用于测量高压直流电的损耗的系统 - Google Patents

用于测量高压直流电的损耗的系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于测量高压直流电(HVDC)系统中的输电侧与电力接收侧之间的功率损耗的系统。所述用于测量功率损耗的系统包括：第一损耗测量单元，其安装在输电侧；以及第二损耗测量单元，其安装在电力接收侧，其中，第一损耗测量单元和第二损耗测量单元中的每个都安装在测量电流或电压的位置处，并且包括用于测量电压的电压传感器、用于测量电流的电流传感器、用于提供关于电压传感器和电流传感器执行测量时的时间信息的GPS模块以及将时间信息与由电压传感器和电流传感器测量的电压值和电流值一起进行存储的存储单元。

Description

用于测量高压直流电的损耗的系统
技术领域
本公开涉及一种高压直流电(HVDC)系统，并且更特别地，涉及一种能更精确地测量及监控HVDC中的功率损耗的系统。
背景技术
HVDC输电是一种通过使向远程场所输电中的功率损耗最小化来增加电力输送效率的技术。近来，HVDC正被用于在海南郡(Haenam-gun)与济州岛(Jeju-island)之间输送电力，并且为此在每个区域都建立和运营了HVDC变电站。
而且，HVDC输电由于与典型的交流输电相比损耗较少，所以其更便于执行长距离大电量输电，并且因为HVDC输电可以降低绝缘水平，可增加电力输送效率，并且可提高稳定性，因此其具有经济优势。
然而，为了执行HVDC输电，花费了许多与高压整流阀、逆变转换器以及用于无功功率控制的控制设备有关的初期投资成本，因此，很多相关研究还在持续进行中。
图1表示与典型的HVDC系统相关联的AC电力系统。
如图1所示，为了补偿无功功率，在与HVDC系统相关联的AC电力系统中通常包括滤波器11或电容器12。在对处于瞬态的无功功率进行补偿时，结合与HVDC系统相关联的AC电力系统中的母线来对电容器组13、静止无功功率补偿器14、静止同步补偿器(STATCOM)15或同步补偿器16进行控制。
尽管通过这样的结构，需要努力实施例如无功功率补偿的有效系统操作，但是目前还未提供能够精确地确定/检测HVDC系统的电力效率的装置。也就是说，还没有形成一种评价实际构造的HVDC系统的方法，或精确确定HVDC的输电侧与接收侧之间的损耗率的系统。
由于HVDC系统是与电力系统网络相关联的、转换电压和电流并且将来自输电侧的电力提供给电力接收侧的系统，所以存在当系统组成完成时评估系统的完备性和性能的需要。
也就是说，就系统性能和完备性而言，操作的损耗和速度被认为是重要的因素。为了从输电侧提供用电设备(负载)需要的电力，由于在输电侧与电力接收侧之间的输电过程中的电力转换、输电线的长度的增加以及环境因素，必然发生功率损耗。在这种情况下，当发生大的损耗时，也增大了参与输电的系统的性能和效率。
HVDC系统是专用于电力输送的输电系统之一，并且需要测量在系统中发生的损耗的过程以及当系统组成完成时判定系统是否与性能标准匹配的过程。
发明内容
实施例提供了一种能更精确地测量在HVDC系统中的输电侧与电力接收侧之间的功率损耗的系统，并且特别地，提供了一种在准确的时间能精确地测量在期望点上的功率损耗的系统，因为根据实施例的损耗测量单元可以随意地安装在HVDC系统中所期望的位置处，并且可使损耗测量单元的测量时间相匹配。
在一个实施例中，一种用于测量高压直流电(HVDC)系统中的输电侧与电力接收侧之间的功率损耗的系统，包括安装在输电侧的第一损耗测量单元以及安装在电力接收侧的第二损耗测量单元，其中，第一损耗测量单元和第二损耗测量单元中的每个都安装在测量电流或电压的位置处，并且包括用于测量电压的电压传感器、用于测量电流的电流传感器、用于提供关于电压传感器和电流传感器执行测量时的时间信息的GPS模块以及将所述时间信息与由电压传感器和电流传感器测量的电压值和电流值一起进行存储的存储单元。
第一和第二损耗测量单元可根据用户的需求或定期地测量电流值或电压值，以将这些值与时间信息一起存储。
第一和第二损耗测量单元还可以存储识别损耗测量单元的标识信息。
第一和第二损耗测量单元可进一步包括能够与外部装置进行数据通信的通信模块，并且第一和第二损耗测量单元可以使用通信模块来根据用户的需求或定期地将所测量的时间信息与所测量的电流值和电压值一起进行传输。
通过上述的实施例可以对HVDC系统的性能进行检查，这可保证提供HVDC系统的公司以及使用该系统的公司的表现。也就是说，通过在HVDC系统中提供多个根据实施例的损耗测量单元，具有的优势在于，能精确地查出功率损耗发生在损耗测量单元之间路径上的哪个位置处，并且因为损耗测量单元使用没有差值的时间信息所以可精确地计算功率损耗值。
在下面的附图和说明中阐述了一个或多个实施例的细节。其他的特征通过说明书和附图以及通过权利要求书将是显而易见的。
附图说明
图1表示与典型的HVDC系统相关联的AC电力系统。
图2示出了根据一实施例的损耗测量单元的配置。
图3示出了根据另一实施例的损耗测量单元的配置以及系统配置。
图4到图6示出了依据实施例的损耗测量单元安装在HVDC系统中的多个位置的实施例。
具体实施方式
现在将详细介绍本公开的实施例，其多个示例在附图中进行了图示。
下文中，参照附图详细地论述实施例。
图2示出了根据实施例的损耗测量单元的配置图，图3示出了根据另一实施例的损耗测量单元的配置以及系统配置。
首先，参照图2对根据实施例的损耗测量单元100进行描述。
损耗测量单元100可随意地安装在HVDC系统中可以测量电压或电流的位置处。此外，损耗测量单元100包括用于测量输送的(接收的)电力的电压或电流的电压传感器130以及电流传感器140。电压传感器130是电压互感器并且测量施加在线路上的电压的大小，电流传感器140是电流互感器并且测量在线路中流动的电流的大小。
另外，损耗测量单元100包括GPS模块120，且通过使用GPS模块120可以使损耗测量单元的测量时间同步。就是说，每个损耗测量单元都可使用内置的GPS模块来匹配电压或电流测量时间。此外，损耗测量单元100中还包括存储单元150，存储单元150将由电压传感器130或电流传感器140测量的电压值或电流值连同通过GPS模块120测量的时间信息一起存储。
另外，损耗测量单元100包括用于控制每个部件的控制单元110，并且当有用户需求时或定期地，控制单元110将由电压传感器130和电流传感器140所测量的电压值和电流值存储在存储单元150中，在这种情况中，通过GPS模块120将相应的测量时间一起进行存储。
由此，由于使用了GPS模块120，所以减小了损耗测量单元之间的测量时间差，因而这可意味着已经执行了测量时间同步。
当损耗测量单元100测量连接线路的电压值和电流值并且将它们记录在存储单元150中时，控制单元110可以将关于相应测量单元100的标识信息与测量时间一起存储。在该示例中，损耗测量单元100的标识信息是用于识别各个损耗测量单元的信息，并且可以将唯一的编号作为标识信息分配给各个损耗测量单元。在这种情况下，可以将相应的唯一编号、测量时间以及所测量的电压/电流值一起存储在存储单元150。
由于图2中的损耗测量单元可以被认为其不具有通信功能，所以损耗测量单元定期地测量在相应线路上的电压值和电流值，并且将同步的测量时间与所测量的值一起存储在存储单元150中。在这种情况下，由于即使当与具有另一位置的损耗测量单元中的存储单元中存储的数据进行比较时不存在测量时间差，所以可以容易地计算相应的损耗测量单元与另一损耗测量单元之间的功率(损耗)的差。
也就是说，提供HVDC的公司需要为使用HVDC的用户保障等于或高于特定水平的功率效率。在这种情况下，必要时通过检查存储在损耗测量单元中的数据，可以确定在同步时间的损耗水平。
相反的，图3示出了每个损耗测量单元都包括通信模块并因此在损耗测量单元之间或经由主控制单元50来执行数据通信的情况。也就是，图3示出了一种当图2中的损耗测量单元包括用于数据通信的通信模块160时的系统配置。
图3示出了根据第二实施例的损耗测量单元100a，其可以包括网络连接到主控制单元50或第二损耗测量单元100b的通信模块160。
在这种情况下，主控制单元50具有关于每个损耗测量单元的位置信息或标识信息，并且可以需要时或定期地接收由每个损耗测量单元测量的电压值和/或电流值。在这种情况下，主控制单元50可以计算损耗测量单元之间的功率损耗，并且精确地跟踪功率损耗的趋势。
然而，根据实施例的损耗测量单元并不必须包含通信模块，因为当存在用户需求时或定期地，在存储单元150中记录所测量的电压值和电流值，所以通过同时比较和计算其它损耗测量单元的值的过程可以跟踪功率损耗。
图4到图6示出了根据实施例的损耗测量单元安装在HVDC系统中的多个位置的实施例。
首先，参照图4论述HVDC系统的配置。输电侧的部件与电力接收侧的部件被设置为互相对应，在这种情况下，输电侧包括用作开关的输电侧变压器气体绝缘封闭组合电器(GIS)210、用于根据匝数比变换电压的输电侧变压器220以及作为电力转换装置将AC转换为DC的输电侧晶闸管阀230。此外，还包括连接输电侧与电力接收侧的输电线路240。
例如，如图4所示，当损耗测量单元安装在用作开关装置的GIS处时，第一损耗测量单元101以及第二损耗测量单元102可以安装在连接到相同输电线路240的变压器GIS 210与211处。
就是说，第一损耗测量单元101可连接至输电侧变压器GIS 210，而第二损耗测量单元102可连接至电力接收侧GIS 211的输出端。在这种情况下，为了测量相同输电线路240上的变压器GIS 210与322之间的功率损耗，可以安装第一和第二损耗测量单元101与102。
第一损耗测量单元101测量输送给输电侧变压器GIS 210的电力的电压值和电流值，而第二损耗测量单元102测量从电力接收侧GIS211输出的电力的电压值和电流值。通过对第一和第二损耗测量单元101和102的测量功率进行比较，可以测量输电侧变压器GIS 210与电力接收侧变压器GIS 211之间的功率损耗。
另外，用户可以在如图4所示的多个位置处安装损耗测量单元。在这种情况下，可以测量输电侧与电力接收侧之间的功率损耗。此外，通过在GIS之间进一步安装一对损耗测量单元，还可以检查由哪个部件发生了损耗。
图5示出了当根据实施例的损耗测量单元安装在输电侧的高通滤波器侧与电力接收侧的高通滤波器侧时的情况。
参考图5，HVDC系统包括滤波器GIS 311和312，且损耗测量单元可连接至每个滤波器GIS。
所述滤波器GIS包括输电侧滤波器GIS 311以及电力接收侧滤波器GIS 312。此外，高通滤波器(HPF)321和322分别与变压器220和221并联连接。
例如，输电侧HPF 321与输电侧变压器220并联连接，而电力接收侧HPF322与电力接收侧变压器221并联连接。此外，用作开关的滤波器GIS 311和312分别设置于HPF处。例如，输电侧滤波器GIS 311连接到输电侧HPF 321的输入端。电力接收侧HPF 322也连接到滤波器GIS 312。
另外，当损耗测量单元105分别安装在HPF与滤波器GIS处时，可以在同步的时间测量和检查在HPF与滤波器GIS处的损耗量。
此外，还可以检查在输电侧的特定位置与电力接收侧的相应位置之间的损耗量。
为了检查HVDC系统中的功率损耗，根据实施例的损耗测量单元安装在输电侧与电力接收侧的对应部件处，以使得可以检查对应位置之间的功率损耗。
为此，如图6所示，为了测量输电线路上的功率损耗，也可以在输电线路上设置多个损耗测量单元。如图6所示，当HVDC系统包括两个极时，可以在第一输电线路240、第二输电线路241以及与参考的接地电压连接的接地线路242之中设置损耗测量单元。
例如，第一损耗测量单元109a可连接到第一输电线路240以及在输电侧晶闸管阀230附近连接到接地线路242，而第二损耗测量单元109b可连接到第一输电线路240以及在电力接收侧晶闸管阀231附近连接到接地线路242。
在这种情况下，通过比较由第一损耗测量单元109a与第二损耗测量单元109b所测量的电压值和电流值计算出的功率值，可以检测输电线路上的功率损耗，并且因此能够精确地查出功率损耗主要发生在哪个位置。
通过以上描述的实施例可以检查HVDC系统的性能，这样可以保证提供HVDC系统的公司和使用该系统的公司的表现。也就是说，通过在HVDC系统中提供多个根据实施例的损耗测量单元，具有的优势在于，可以精确地查出功率损耗发生在损耗测量单元之间路径上的哪个位置，并且因为损耗测量单元使用没有差值的时间信息，所以可以精确地计算功率损耗值。
尽管已经参照一些说明性实施例对实施例进行了描述，但应当理解的是，本领域技术人员可设想出将落于本公开原理的精神和范围内的许多其他修改以及实施例。更特别的，可以在本公开、附图和后附的权利要求的范围内，对主题组合布置的组成部分和/或布置进行各种变形和修改是可能的。除了对组成部分和/或布置的变形和修改以外，对本领域技术人员来说可替换用途也将是显而易见的。

Claims (12)

1.一种系统，其用于测量高压直流电系统中的输电侧与电力接收侧之间的功率损耗，该系统包括：
第一损耗测量单元，其安装在输电侧；以及
第二损耗测量单元，其安装在电力接收侧，
其中，所述第一损耗测量单元和所述第二损耗测量单元中的每个都安装在测量电流或电压的位置处，并且包括用于测量电压的电压传感器、用于测量电流的电流传感器、用于提供关于所述电压传感器和所述电流传感器执行测量时的时间信息的GPS模块以及将所述时间信息与由所述电压传感器和所述电流传感器测量的电压值和电流值一起进行存储的存储单元。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一损耗测量单元和所述第二损耗测量单元定期地测量电流值或电压值，以将这些值与所述时间信息一起存储。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一损耗测量单元和所述第二损耗测量单元还存储识别损耗测量单元的标识信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一损耗测量单元和所述第二损耗测量单元进一步包括能够与外部装置进行数据通信的通信模块，并且
所述第一损耗测量单元和所述第二损耗测量单元使用所述通信模块来将测量的时间信息与定期测量的电流值和电压值一起进行传输。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高压直流电系统包括根据匝数比变换电压的输电侧变压器与电力接收侧变压器、用作开关装置的设置于所述输电侧变压器的输入端处的输电侧变压器气体绝缘封闭组合电器以及用作开关装置的设置于所述电力接收侧变压器的输出端处的电力接收侧变压器气体绝缘封闭组合电器，且
所述第一损耗测量单元与所述输电侧变压器气体绝缘封闭组合电器的输入端相连接，且所述第二损耗测量单元与所述电力接收侧变压器气体绝缘封闭组合电器的输出端相连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高压直流电系统包括用于去除高频分量的输电侧高通滤波器以及电力接收侧高通滤波器、作为开关装置的设置于所述输电侧高通滤波器的输入端处的输电侧滤波器气体绝缘封闭组合电器以及作为开关装置的设置于所述电力接收侧高通滤波器的输出端处的电力接收侧滤波器气体绝缘封闭组合电器，并且
所述第一损耗测量单元连接到所述输电侧滤波器气体绝缘封闭组合电器的输入端，而所述第二损耗测量单元连接到所述电力接收侧滤波器气体绝缘封闭组合电器的输出端。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高压直流电系统包括连接所述输电侧的晶闸管阀与所述电力接收侧的晶闸管阀的输电线路以及被施加了接地电压的接地线路，并且
所述第一损耗测量单元和所述第二损耗测量单元中的每个都被配置为连接所述输电线路和所述接地线路，所述第一损耗测量单元设置于输电侧晶闸管阀侧，而所述第二损耗测量单元设置于电力接收侧晶闸管阀侧。
8.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
输电侧损耗测量单元，其连接到输电侧变压器的输入端；以及
电力接收侧损耗测量单元，其连接到电力接收侧变压器的输出端。
9.一种用于高压直流电系统的损耗测量系统，该损耗测量系统包括：
输电侧变压器，其安装在向电力接收侧输送电力的输电侧；
输电侧晶闸管阀，其转换从所述变压器输出的电压；
输电侧高通滤波器，其并联连接到所述输电侧变压器并且去除电力的高频分量；
输电侧损耗测量单元，其连接到高通滤波器并且测量电压值或电流值；
输电线路，其将所述输电侧与所述电力接收侧连接；
电力接收侧晶闸管阀，其安装在所述电力接收侧并且连接至所述输电线路；
电力接收侧变压器，其连接到晶闸管阀；
电力接收侧高通滤波器，其并联连接到所述电力接收侧变压器并且去除从所述电力接收侧变压器输出的电力的高频分量；
电力接收侧损耗测量单元，其连接到所述电力接收侧高通滤波器并且测量电压值或电流值，
其中，每个损耗测量单元都包括用于测量电压或电流的传感器、用于提供关于传感器执行测量时的时间信息的GPS模块以及将时间信息与由传感器测量的电压值与电流值一起存储的存储单元。
10.根据权利要求9所述的损耗测量系统，进一步包括：
输电侧滤波器气体绝缘封闭组合电器，其连接到所述输电侧高通滤波器并且执行开关功能；
电力接收侧滤波器气体绝缘封闭组合电器，其连接到所述电力接收侧高通滤波器并且执行开关功能，
其中，在所述输电侧高通滤波器以及滤波器气体绝缘封闭组合电器处均安装有输电侧损耗测量单元。
11.根据权利要求10所述的损耗测量系统，其中，在所述电力接收侧高通滤波器以及滤波器气体绝缘封闭组合电器处均安装有电力接收侧损耗测量单元。
12.根据权利要求9所述的损耗测量系统，进一步包括：
接地线路，其将电力接收侧与输电侧连接，并且被施加有接地电压；以及
第一损耗测量单元和第二损耗测量单元，每一个都连接到所述输电线路和所述接地线路，
其中，所述第一损耗测量单元设置于输电侧晶闸管阀侧，而所述第二损耗测量单元设置于电力接收侧晶闸管阀侧。
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