CN108649576A

CN108649576A - 一种输电系统

Info

Publication number: CN108649576A
Application number: CN201810631467.4A
Authority: CN
Inventors: 邓占锋; 葛菁; 于弘洋; 赵国亮; 蔡林海; 戴朝波; 陆振纲; 宋洁莹; 祁欢欢; 尉志勇; 杨士慧; 张永征; 王英沛; 刘依晗
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Global Energy Interconnection Research Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-10-12

Abstract

本发明提供了一种输电系统，包括：若干第一AC/AC变频装置，与交流电网连接，用于将交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，第一频率大于第二频率；输电线缆，与第一AC/AC变频装置和第二交流系统连接，用于将交流电网进行组网。该输电系统通过第一AC/AC变频装置将交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，第一频率大于第二频率；之后经过输电线缆传输至第二交流系统，仅需要两根交流输电线缆便可实现低频输电，降低了输电系统的成本。

Description

一种输电系统

技术领域

本发明涉及电力系统输电领域，具体涉及一种输电系统。

背景技术

能源是经济社会发展的重要物质基础，加快建立安全可靠、经济高效、清洁环保的现代能源供应体系，已成为世界各国共同的战略目标。为了有效解决能源枯竭和环境污染问题，发展新能源已成为应对能源安全、环境污染、气候变化三大挑战，实现人类社会可持续发展的必由之路。风力发电是新能源发电技术中最成熟、最具规模化开发条件的发电方式之一。有些地区风电资源分布和负荷中心呈逆向分布，需要通过大容量远距离输电来实现资源的优化配置。

现有交流输电受制于输送功率极限、系统安全稳定、输电走廊以及投资成本等因素的制约，很难适应于远距离大容量输电的要求；在海上风电并网、城市供电等场合中普遍采用电缆输电，电缆存在着明显的电容效应，会大大增加无功损耗、降低电缆的有效负荷能力，同时很难在电缆线路中途进行无功补偿，较长距离电缆线路采用交流传输时的传输距离受限。因此，为实现大容量、远距离及特殊环境下的电力输送，低频输电(Low FrequencyAC Transmission System，简称LFAC)作为一种新型的输电方式，通过采用低于工频(如50/3Hz)的输电频率成倍提升线路的输送容量，减小交流线路的电气距离。特别是在海上风电的应用场景下，相比于柔性直流输电，采用低频输电可以省掉海上换流站，大大降低投资成本。

然而，低频输电应用于大容量长距离输电时，需要三根交流电缆并且电缆的施工难度大，故低频输电系统的成本高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中低频输电系统成本高的缺陷。

为此，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种输电系统，包括：若干第一AC/AC变频装置，与交流电网连接，用于将所述交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，所述第一频率大于所述第二频率；输电线缆，与所述第一AC/AC变频装置和第二交流系统连接，用于将所述交流电网进行组网。

可选地，所述第一AC/AC变频装置包括第一AC/AC变频器和第一开关组，其中，所述第一AC/AC变频器的输入端与所述交流电网连接，所述第一AC/AC变频器的输出端通过所述第一开关组与所述输电线缆连接。

可选地，所述第一AC/AC变频器包括至少一组变频模块，所述变频模块包括两个变频单元，所述变频单元的输入端与所述交流电网连接，所述变频单元的输出端与所述第一开关组连接。

可选地，所述变频单元包括三个变频桥臂，每一个所述变频桥臂均包括电感和H桥，所述电感的第一端与H桥的第一端连接，所述电感的第二端作为所述变频桥臂的输入端，所述H桥的第二端作为所述变频桥臂的输出端；所述三个变频桥臂的输入端分别与所述交流电网的A相、B相和C相连接，所述三个变频桥臂的输出端与所述第一开关组连接。

可选地，所述H桥包括至少一个全控型H桥。

可选地，所述全控型H桥包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，所述两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个所述电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，所述直流电容与所述电力电子器件桥臂并联连接。

可选地，所述电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管和与所述绝缘栅双极型晶体管并联连接的反压二极管。

可选地，所述第一开关组为断路器以及设置于所述断路器两端的隔离开关。

可选地，所述第一频率为50Hz，所述第二频率为50/3Hz。

可选地，还包括：第二AC/AC变频装置，与所述输电线缆和所述第二交流系统连接，用于将所述交流电网的第二频率两相电压转换为第三频率三相电压。

可选地，还包括：若干变压器，与所述第一AC/AC变频装置一一对应，所述变压器分别与所述第一AC/AC变频装置和所述交流电网连接，用于调整所述交流电网输出电压。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的一种输电系统，包括：若干第一AC/AC变频装置，与交流电网连接，用于将所述交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，所述第一频率大于所述第二频率；输电线缆，与所述第一AC/AC变频装置和第二交流系统连接，用于将所述交流电网进行组网。该输电系统通过第一AC/AC变频装置将交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，第一频率大于第二频率；之后经过输电线缆传输至第二交流系统，仅需要两根交流输电线缆便可实现低频输电，降低了输电系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中输电系统的一个具体示例的示意图；

图2为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图3为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图5为本发明实施例中输电系统的两相电压波形示意图；

图6为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图7为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图8为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图9为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图10为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图11为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图12为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图；

图13为本发明实施例中输电系统的另一个具体示例的示意图。

附图标记：

1、第一AC/AC变频装置；11、第一AC/AC变频器；111、变频单元；1111、电感；1112、H桥；12、第一开关组；121、开关；2、交流电网；3、输电线缆；4、第二交流系统；5、第二AC/AC变频装置；51、第二开关组；52、第二AC/AC变频器；6、变压器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种输电系统，如图1所示，包括：

若干第一AC/AC变频装置1，与交流电网2连接，用于将交流电网2的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，第一频率大于第二频率。该输电系统应用于大容量长距离输电，第一频率和第二频率的范围根据实际应用确定，第一频率的优选范围为小于等于75Hz，第二频率只要小于第一频率即可，如第一频率为60Hz，第二频率可以为小于60Hz的任一频率。在本实施例中，由于我国电网的工频频率为50Hz，故第一频率设置为50Hz；第二频率设置为50/3Hz；随着输电频率降低，线缆电流增加，绝缘性能随之下降，在综合考虑其绝缘和成本等多种因素的影响后采用50/3Hz的低频输电频率，这样设置可以增加3倍传输容量，降低线路阻抗、增加传输距离。在本实施例中，如图2所示，包括两个第一AC/AC变频装置1；当然，在其它实施例中，还可以包括三个或者更多个，根据需要合理设置即可。在本实施例中，如图3所示，交流电网的三相电压分别表示为A相电压V_A、B相电压V_B和C相电压V_C，上述三相电压的相位差为120度；转换后的两相电压分别表示为第一电压V_MA和第二电压V_MB，上述两相电压的相位差为180度，上述180度相位差产生便捷，易于控制。在本实施例中，交流电网可以为发电厂、变电站或者配电站等输出的交流电，根据需要合理设置即可。

在本实施例中，如图3所示，第一AC/AC变频装置1包括第一AC/AC变频器11和第一开关组12，其中，第一AC/AC变频器11的输入端与交流电网2连接，第一AC/AC变频器11的输出端通过第一开关组12与输电线缆3连接。第一开关组设置于第一AC/AC变频器11的输出端和输电线缆3之间，这样设置一方面便于交流电网之间的组网，第一开关组中的开关导通则交流电网接入输电系统；另一方面当输电线缆出现故障时，断开第一开关组中的开关即可使得输电线缆与交流电网断开，便于输电线缆的维护与检修。第一开关组按照系统保护、检修等需求分配即可。在本实施例中，第一开关组12包括至少一组开关，每一组开关包括两个开关，其中的每一个开关均包括断路器以及设置于断路器两端的隔离开关，即断路器的输入端与一个隔离开关连接，断路器的输出端再与一个隔离开关连接，开关的具体个数根据实际需要合理设置即可。在本实施例中，如图6所示，第一开关组12包括三组开关121，分别记为第一组开关、第二组开关和第三组开关，其中，第一AC/AC变频器11的两相电压输出端与第一组开关的第一端连接，第一组开关的第二端分别与第二组开关的第一端和第三组开关的第一端连接，第二组开关和第三组开关并联连接，第二组开关的第二端与一个第二交流系统连接，第三组开关的第二端与另一个第二交流系统连接，第一AC/AC变频器11可通过并联的两组开关(第二组开关和第三组开关)连接两个第二交流系统。当然，在其它实施例中，也可以省去如图6中所示的第一组开关，根据需要合理设置即可。

第一AC/AC变频器11包括至少一组变频模块，变频模块包括两个变频单元111，变频单元111的输入端与交流电网2连接，变频单元111的输出端与第一开关组12连接。在本实施例中，如图4所示，第一AC/AC变频器11包括一组变频模块，变频模块包括两个变频单元111，变频单元111包括三个变频桥臂，每一个变频桥臂均包括电感1111和H桥1112，电感1111的第一端与H桥1112的第一端连接，电感1111的第二端作为变频桥臂的输入端，H桥1112的第二端作为变频桥臂的输出端；三个变频桥臂的输入端分别与交流电网2的A相、B相和C相连接，三个变频桥臂的输出端与第一开关组12连接。第一AC/AC变频器11含有6个由级联H桥模块组成的桥臂，从中性点引出极性相反的低频交流，两相电压波形示意图如图5所示，相间电压一直保持为2倍的峰峰值。

H桥1112包括至少一个全控型H桥，在本实施例中，如图4所示，H桥包括一个全控型H桥，全控型H桥包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，直流电容与电力电子器件桥臂并联连接；电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和与IGBT并联连接的反压二极管。当然，在其它实施例中，电力电子器件还可以为金属(metal)-氧化物(oxide)-半导体(semiconductor)场效应晶体管(MOS)管或者双极型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，缩写为BJT)等，根据需要合理设置即可。由于一个全控型H桥所能承受的电压等级有限，而交流电网的电压较高，故需要多个全控型H桥进行级联，如图6所示，H桥1112包括两个全控型H桥，在其它实施例中，可根据需要合理设置全控型H桥的级联个数。

一组变频模块便可将第一频率三相电压转换为一个第二频率两相电压，第二频率两相电压经过第一开关组连接至第二交流系统。当与变频模块连接的第一开关组12包括一组开关121时，一组变频模块连接一个第二交流系统4，则第一AC/AC变频器11连接一个第二交流系统4，这样组网后一个交流电网连接一个第二交流系统，如图4所示。当与变频模块连接的第一开关组12包括至少两组开关121时，一组变频模块连接至少两个第二交流系统4，则第一AC/AC变频器11连接至少两个第二交流系统4，这样组网后一个交流电网可连接多个第二交流系统；如图6所示，第一开关组12包括三组开关121，一组变频模块连接两个第二交流系统4，故第一AC/AC变频器11并联连接两个第二交流系统4。

当然，在其它实施例中，第一AC/AC变频器11可包括多组变频模块，一个交流电网可连接多组变频模块。如第一AC/AC变频器11包括两组变频模块，即两组变频模块并联连接。当与每一个变频模块连接的第一开关组12包括一组开关121时，故每一组变频模块连接一个第二交流系统4，第一AC/AC变频器11连接两个第二交流系统4，这样组网后一个交流电网可连接多个第二交流系统，如图7所示。当与每一个变频模块连接的第一开关组12包括至少两组开关121时，每一组变频模块连接至少两个第二交流系统4，这样组网后一个交流电网也可连接多个第二交流系统；如图8所示，第一开关组12包括两组开关121，故每一组变频模块连接两个第二交流系统4，第一AC/AC变频器11连接四个第二交流系统4。该输电系统的具体组网形式根据交流电网和第二交流系统的实际情况合理设置即可，如图9所示，该输电系统包括四个第一AC/AC变频装置组成环网，具体连接关系详见附图9。

输电线缆3，与第一AC/AC变频装置1和第二交流系统4连接，用于将交流电网2进行组网。在本实施例中，第二交流系统可以为输电线路、变电站、变电线路、配电站或者用电设备等，根据需要合理设置即可。在本实施例中，输电线缆3为电缆，当然，在其它实施例中，还可以为架空线等，根据需要合理设置即可。

上述输电系统，通过第一AC/AC变频装置将交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，第一频率大于第二频率；之后经过输电线缆传输至第二交流系统，该输电系统仅需要两根交流输电线缆便可实现低频输电，节省一根交流低频输电线缆，节省输电线缆造价，降低了施工难度和输电系统的成本。

为了增加输电系统的组网便捷性和运行灵活性，在上述输电系统的基础上，如图10所示，该输电系统还包括：第二AC/AC变频装置5，与输电线缆3和第二交流系统4连接，用于将交流电网2的第二频率两相电压转换为第三频率三相电压。在本实施例中，由于我国电网的频率为50Hz，故第三频率设置为50Hz，当然，在其它实施例中，第三频率可根据第二交流系统所需合理设置，如第二交流系统所需频率为75Hz则第三频率设置为75Hz；第二交流系统所需频率为30Hz则第三频率设置为30Hz。在本实施例中，如图11所示，第二AC/AC变频装置5包括第二开关组51和第二AC/AC变频器52，输电线缆3经过第二开关组51与第二AC/AC变频器52的输入端连接，第二AC/AC变频器52的输出端与第二交流系统4连接。第二AC/AC变频器52的具体电路结构与第一AC/AC变频器11的电路结构类似，将第一AC/AC变频器11的输入端和输出端互换即可得到第二AC/AC变频器52，故第二AC/AC变频器52的电路结构在此不再赘述；第二开关组51与第一开关组12的具体电路结构类似，在此不再赘述。在交流电网侧(输送端)加装第一AC/AC变频装置，将三相第一频率电压转换为频率低于第一频率的两相低频电压传输，到达第二交流系统(受端)再经过第二AC/AC变换装置转换为三相第三频率电压进行负荷供电，从而形成低频多端交流组网。

为了满足不同电压等级之间的调节，在上述输电系统的基础上，如图12所示，该输电系统还包括：

若干变压器6，与第一AC/AC变频装置1一一对应，变压器6分别与第一AC/AC变频装置1和交流电网2连接，用于调整交流电网输出电压。在本实施例中，第一AC/AC变频装置1的个数为两个，故变压器6的个数也为两个；如交流电网的电压为220V，通过变压器6将220V的三相交流电压升压到10kV，故变压器为升压变压器，之后再转换成两相电压，采用高电压输电线路进行低频传输，高电压输电降低因电流产生的热损耗和降低远距离输电的材料成本。当然，在其它实施例中，变压器6也可以升压至不同的电压，如500kV或者750kV，根据需要合理设置即可；变压器6也可以降压至不同电压值，如两相交流电压的电压值为220kV，通过变压器6可降压至110kV、35kV、10kV或者220V等，根据需要合理设置即可。在本实施例中，变压器6设置于第一AC/AC变频装置1和交流电网2之间，这种设置使得变压器6的体积较小，成本较低；当然，在其它实施例中，变压器6也可以设置于第一AC/AC变频装置1和输电线缆3之间，此时，变压器为低频变压器，频率越低，变压器的体积越大，成本也越高，故可根据需要合理设置。若输电系统电压与第一AC/AC变频器适用电压一致，则系统该端的变压器可以省略，大大降低成本。

为了满足第二交流系统所需的不同电压等级，在上述输电系统的基础上，如图13所示，变压器6还可以设置于第二AC/AC变频装置5和第二交流系统4之间，用于调节交流电网输送至第二交流系统的交流电压值；这种设置使得变压器6的体积较小，成本较低。当然，在其它实施例中，变压器6也可以设置于输电线缆3和第二AC/AC变频装置5之间，根据需要合理设置即可。若第二交流系统与第二AC/AC变频器适用电压一致，则系统该端的变压器也可以省略，进一步降低成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种输电系统，其特征在于，包括：

若干第一AC/AC变频装置，与交流电网连接，用于将所述交流电网的第一频率三相电压转换为第二频率两相电压，所述第一频率大于所述第二频率；

输电线缆，与所述第一AC/AC变频装置和第二交流系统连接，用于将所述交流电网进行组网。

2.根据权利要求1所述的输电系统，其特征在于，所述第一AC/AC变频装置包括第一AC/AC变频器和第一开关组，其中，所述第一AC/AC变频器的输入端与所述交流电网连接，所述第一AC/AC变频器的输出端通过所述第一开关组与所述输电线缆连接。

3.根据权利要求2所述的输电系统，其特征在于，所述第一AC/AC变频器包括至少一组变频模块，所述变频模块包括两个变频单元，所述变频单元的输入端与所述交流电网连接，所述变频单元的输出端与所述第一开关组连接。

4.根据权利要求3所述的输电系统，其特征在于，所述变频单元包括三个变频桥臂，每一个所述变频桥臂均包括电感和H桥，所述电感的第一端与H桥的第一端连接，所述电感的第二端作为所述变频桥臂的输入端，所述H桥的第二端作为所述变频桥臂的输出端；

所述三个变频桥臂的输入端分别与所述交流电网的A相、B相和C相连接，所述三个变频桥臂的输出端与所述第一开关组连接。

5.根据权利要求4所述的输电系统，其特征在于，所述H桥包括至少一个全控型H桥。

6.根据权利要求5所述的输电系统，其特征在于，所述全控型H桥包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，所述两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个所述电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，所述直流电容与所述电力电子器件桥臂并联连接。

7.根据权利要求6所述的输电系统，其特征在于，所述电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管和与所述绝缘栅双极型晶体管并联连接的反压二极管。

8.根据权利要求2-7任一所述的输电系统，其特征在于，所述第一开关组为断路器以及设置于所述断路器两端的隔离开关。

9.根据权利要求1-8任一所述的输电系统，其特征在于，所述第一频率为50Hz，所述第二频率为50/3Hz。

10.根据权利要求1-9任一所述的输电系统，其特征在于，还包括：

第二AC/AC变频装置，与所述输电线缆和所述第二交流系统连接，用于将所述交流电网的第二频率两相电压转换为第三频率三相电压。

11.根据权利要求1-10任一所述的输电系统，其特征在于，还包括：

若干变压器，与所述第一AC/AC变频装置一一对应，所述变压器分别与所述第一AC/AC变频装置和所述交流电网连接，用于调整所述交流电网输出电压。