CN111509698A - 具有多种构型的功率流控制子系统 - Google Patents

Abstract

描述了具有多种构型的功率流控制子系统。该子系统以三种方式可配置为：可运输构型、可部署构型和传输线路构型。可运输构型包括阻抗注入模块和至少一个旁路模块的集合，其在诸如挂车之类的轮式车辆上载运。可部署构型是阻抗注入模块和至少一个旁路模块的集合的组件，其可操作以执行功率流操作。传输线路构型包括可部署构型到高压传输线路的相的连接以用于执行功率流控制。可部署构型可以是开放框架或封闭框架。可部署构型可安装在移动子系统中的一个或多个轮式车辆上，或半永久性地安装在地面场所处。

Description

具有多种构型的功率流控制子系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年1月31日提交的美国临时申请号62/799,630的权益，所述临时申请的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及功率流（power flow）控制子系统，并且更特定地涉及具有可运输构型、可部署构型和传输线路构型的功率流控制子系统。

背景技术

功率流控制系统需要在安装场所处交付、配置和测试模块和部件的复杂集合。

为了减少安装时间并使安装过程更有效，在本领域中需要针对其运输、部署和电力线路实现方式进行优化的多重可配置子系统。

附图说明

图1是将功率流控制设备载运到安装场所的轮式挂车的透视图。

图2是被配置成用于在安装于轮式车辆上时进行部署的标准化功率流控制子系统的集合的透视图。

图3是功率流控制系统的横截面图，该功率流控制系统包括处于其传输线路构型的功率流控制子系统。

图4是安装在半永久性基础上的、处于开放框架构型的功率流控制子系统的前横截面图。

图5是功率流控制子系统的封闭框架构型的透视图。

图6是用于将多个功率流控制子系统安装在半永久性基础上的绝缘柱的透视图。

图7是载运功率流控制设备的一对轮式挂车的透视图。

图8是部署在主挂车上的功率流控制子系统的透视图，其中附近有伴随的客体挂车。

图9是用于在轮式车辆上部署功率流控制子系统的示例性方法的流程图，包括连接到高压传输线路和在高压传输线路中操作。

图10是用于在地面安装场所处部署功率流控制子系统的示例性方法的流程图，包括连接到高压传输线路和在高压传输线路中操作。

具体实施方式

描述了具有多种构型的功率流控制子系统。该子系统以三种方式可配置为：可运输构型、可部署构型和传输线路构型。可运输构型包括阻抗注入模块和至少一个旁路模块的集合，其在诸如挂车之类的轮式车辆上载运。可部署构型是阻抗注入模块和至少一个旁路模块的集合的组件，该组件可操作以执行功率流操作。传输线路构型包括可部署构型到高压传输线路的相的连接以用于执行功率流控制。可部署构型可以是开放框架或封闭框架。可部署构型可安装在移动子系统中的一个或多个轮式车辆上，或半永久性地安装在地面场所处。

在正常操作期间，每个阻抗注入模块串联连接到电力传输线路中。通过将合成的波形注入到线路上，可调整线路的阻抗以在功率分配系统中的可用传输线路当中提供电流的更有效路由，因此实现功率流控制。合成的波形可用于将对功率流控制有效的电容性或电感性阻抗注入到线路上，而基本上不会促成线路中的损耗。

每个阻抗注入模块包括电压和电流传感器，所述传感器提供对故障状态的早期警告。通常，通过检测从一个相到另一个相的电流不平衡来检测故障状态。当发生这种情况时，旁路开关以旁路模式连接，以绕过相关联的阻抗注入模块并载运故障电流。功率流控制系统的这种状态可被描述为“监测模式”。

限定包括五个阻抗注入模块和一个旁路开关的示例性功率流控制子系统可以是方便的。该示例性子系统可以被运输并且方便地被配置为可部署子系统。例如，每个子系统可用于注入5无功兆伏安（MVAR），并且多个此类功率流控制子系统可串联连接，以实现更高水平的阻抗注入。

图1描绘了用于将功率流控制系统安装在高压传输线路上的轮式车辆10载运设备。示出了轮式车辆的轮11。轮式车辆10可以是挂车或能够载运该设备的任何其他轮式车辆。示出了旁路开关模块12和阻抗注入模块13。在一个实施例中，阻抗注入模块13可以是无变压器静止同步串联转换器（TSSSC）。还示出了绝缘柱14。示出了功率流控制设备15的集合，其包括示例性的一组5个阻抗注入模块和一个旁路开关模块，其被配置为本公开的功率流控制子系统的可运输构型。功率流控制子系统可具有待在本文中描述的多种构型。将进一步描述的是，功率流控制子系统可包括一组绝缘柱14，在示例性构型中该组包含4个柱。

图2示出了轮式车辆20，示例性的一组三个功率流控制子系统附接到该轮式车辆。子系统21处于其可部署构型，其被示出为安装在一组绝缘柱14上。可部署构型可操作以在例如适当地连接到传输线路时执行功率流操作。示出了子系统之间的分离距离22（在图2中被称为“S”）；该距离足以防止子系统之间的不希望的相互作用，包括不希望的电弧放电。

图3图示了本公开的功率流控制系统30的传输线路构型。示出了轮式车辆10，在其上载运一组功率流控制子系统。每个子系统处于其可部署构型。示出了由杆32载运的跨接电缆连接31，其中，从子系统形成到高压传输线路的相33的连接，到相33的该连接通过绝缘体（未示出）连接到传输线路塔34。如所示的，也可采用屏蔽电缆35。还示出了线路内（in-line）传输分离器36。可以清楚地理解，系统30的该示例性构型可适于使用连接到半永久性地面基座（ground pad）而不是连接到轮式车辆的功率流控制子系统。

图4示出了本公开的处于开放框架构型的功率流控制子系统40，该功率流控制子系统包括电晕环41。示出了示例性的一组六个相似尺寸的模块42，每个模块配备有升降附件43，该升降附件适合于例如使用起重机进行部署。可使用任何升降装置，包括液压升降机和螺旋千斤顶装置。在功率流控制子系统40的底部处，可提供用于用叉车升降的通达管（未示出）。还示出了模块42之间的条带44；它们是转移电压和电流的电气汇流条。在绝缘柱45上载运开放框架构型，其中示出了接口组件46以用于连接到诸如47之类的半永久性基础。半永久性基础47例如可被实现为混凝土基座；也可使用其他类型的基础和接口组件。子系统40的开放框架构型的优点是易于维护并且可迅速通达内部模块。

图5描绘了处于封闭框架构型的本公开的功率流控制子系统50，其中在其部署构型中一系列门51开放以通达内部模块（诸如，旁路开关模块和一个或多个阻抗注入模块）。与图4的开放框架构型相比较，封闭框架构型50可更紧凑地构造、尺寸更小、重量更轻且在运输和安装期间不太倾向于损坏。如所示的，可提供一排冷却风扇52。示出了载运手柄53连同电晕环54。电晕环54帮助减少向相邻设备和地面的电弧放电。示出了连接器55（例如，美国电气制造商协会（NEMA）连接器），该连接器提供到例如由塔支撑的高压传输线路的相的标准连接方法。该连接也可在变电站或任何其他合适的位置中形成，而不涉及塔。

图6描绘了在安装场所处的用于功率流控制系统的一组地面基座60。该安装场所包括半永久性基础61，其例如被提供用于功率流控制子系统的半永久性安装。安装场所可包括足够数量的隔离/绝缘柱62，以用于安装若干个功率流控制子系统。柱62可包括用于将通电元件提升到地面以上的最小高度的钢部分外加在每个柱的顶端处的绝缘部分。

示例性功率流控制子系统包括功率流控制子系统中的五个阻抗注入模块和一个旁路开关模块，并且可操作以执行至少5 MVAR（无功兆伏安）（例如，高达15 MVAR）的功率流控制。

图7图示了用于运输功率流控制系统的一对伴随的轮式车辆71和72。轮式车辆可在没有附加载运工具的情况下通过公路运输；作为示例，它们也可通过铁路、通过轮船或通过航空作为货物载运，并且在其目的地点附近使用公路行使。在图7中，轮式车辆72可被称为“客体挂车”或“客体车辆”；它载运功率流控制设备，诸如阻抗注入模块74和绝缘柱14，并且可能不是很适合功率流控制子系统的部署构型。轮式车辆71可被称为“主体挂车”或“主体车辆”，因为子系统可以以其部署构型安装，其准备好在功率流控制系统中操作。

图8示出了具有三个功率流控制子系统21的主体挂车71b，这些功率流控制子系统以其部署构型安装，该部署构型准备好功率流操作。客体挂车72b是空的。主体挂车71b被示出为具有可折叠的悬臂梁81，以稳定移动安装。还可提供负荷调平器（未示出）。

图9描绘了方法90的流程图，该方法是针对用于安装和操作本公开的功率流控制系统的示例性方法。方法90包括以下步骤：

在步骤91处，限定包括多个阻抗注入模块和至少一个旁路模块的功率流控制子系统，

在步骤92处，在至少一个车辆上将多个功率流控制子系统运输到安装场所，

在步骤93处，将所述多个功率流控制子系统中的每个组装成可部署构型，该可部署构型可操作以在由所述至少一个车辆中的一个载运时执行功率流操作，

在步骤94处，将每个可部署构型附接到高压传输线路的相，以及，

在步骤95处，操作每个可部署构型以实现功率流控制。

图10描绘了替代性的示例性方法100的流程图，该方法用于安装和操作本公开的功率流控制系统。方法100包括以下步骤：

在步骤101处，限定包括多个阻抗注入模块和至少一个旁路模块的功率流控制子系统，

在步骤102处，在至少一个车辆上将多个功率流控制子系统运输到安装场所，

在步骤103处，将所述多个功率流控制子系统中的每个组装成可部署构型，该可部署构型可操作以执行功率流操作，

在步骤104处，将每个可部署构型安装在半永久性（或永久性）地基上，

在步骤105处，将每个可部署构型附接到高压传输线路的相，以及，

在步骤106处，操作每个可部署构型以实现功率流控制。

根据本文中的教导，容易设计使用功率流控制系统和子系统的各种实施例的方法90和方法100的变型。

Claims (20)

1.一种功率流控制系统的子系统，所述子系统包括：

多个阻抗注入模块；以及

至少一个旁路模块；

其中，所述子系统能够以三种构型配置：

可运输构型，其中，所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块附接到轮式车辆并由所述轮式车辆载运；

可部署构型，其中，所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块机械地和电气地连接以形成单个单元，所述单个单元能够操作以执行功率流操作；以及

传输线路构型，其中，所述可部署构型连接到高压传输线路以用于执行功率流控制操作。

2.根据权利要求1所述的子系统，其中：

所述可部署构型包括开放框架，并且所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块附接到所述开放框架。

3.根据权利要求1所述的子系统，其中，所述可部署构型包括封闭框架，并且所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块被包含在所述封闭框架内。

4.根据权利要求1所述的子系统，其中，当所述可部署构型由所述轮式车辆载运时，功率流控制操作是能够执行的。

5.根据权利要求1所述的子系统，其中，当所述可部署构型附接到半永久性地基时，功率流控制操作是能够执行的。

6.根据权利要求1所述的子系统，其中，所述多个阻抗注入模块中的每个是无变压器静止同步串联转换器（TSSSC）。

7.根据权利要求1所述的子系统，其中：

所述多个阻抗注入模块包括五个阻抗注入模块；

所述至少一个旁路模块包括一个旁路模块；并且

所述子系统能够操作以执行至少5 MVAR（无功兆伏安）的功率流控制。

8.一种用于安装和操作功率流控制系统的方法，所述方法包括：

限定包括多个阻抗注入模块和至少一个旁路模块的功率流控制子系统；

在至少一个车辆上将多个此类功率流控制子系统运输到安装场所；

将所述多个功率流控制子系统中的每个组装成可部署构型，所述可部署构型能够操作以在由所述至少一个车辆载运时执行功率流操作；

将每个可部署构型附接到高压传输线路的相；以及，

操作每个可部署构型以实现功率流控制。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个车辆包括：

主体车辆，在所述主体车辆上运输阻抗注入模块和旁路模块并且在所述主体车辆上能够部署多个此类可部署构型；以及

客体车辆，所述客体车辆用于运输另外的阻抗注入模块、另外的旁路模块和另外的安装设备。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述可部署构型包括开放框架，并且所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块附接到所述开放框架。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述可部署构型包括封闭框架，并且所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块被包含在所述封闭框架内。

12.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：当所述可部署构型由所述至少一个车辆载运时，执行功率流控制操作。

13.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：当所述可部署构型附接到半永久性地基时，执行功率流控制操作。

14.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述多个阻抗注入模块包括五个阻抗注入模块，每个阻抗注入模块包括无变压器静止同步串联转换器（TSSSC）；

所述至少一个旁路模块包括一个旁路模块；并且

所述方法还包括：执行至少5 MVAR（无功兆伏安）的功率流控制。

15.一种用于安装和操作功率流控制系统的方法，所述方法包括：

限定包括多个阻抗注入模块和至少一个旁路模块的功率流控制子系统；

在至少一个车辆上将多个此类功率流控制子系统运输到安装场所；

将所述多个功率流控制子系统中的每个组装成可部署构型，所述可部署构型能够操作以执行功率流操作；

将每个可部署构型安装在半永久性地基上；

将每个可部署构型附接到高压传输线路的相；以及，

操作每个可部署构型以实现功率流控制。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个车辆包括：

主体车辆，在所述主体车辆上运输阻抗注入模块和旁路模块并且在所述主体车辆上能够部署多个此类可部署构型；以及

客体车辆，其用于运输另外的阻抗注入模块、另外的旁路模块和另外的安装设备。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述可部署构型包括开放框架，并且所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块附接到所述开放框架。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述可部署构型包括封闭框架，并且所述多个阻抗注入模块和所述至少一个旁路模块被包含在所述封闭框架内。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个阻抗注入模块中的每个是无变压器静止同步串联转换器（TSSSC）。

20.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述多个阻抗注入模块包括五个阻抗注入模块；

所述至少一个旁路模块包括一个旁路模块；并且

所述方法还包括：操作所述功率流控制子系统以执行至少5 MVAR（无功兆伏安）的功率流控制。

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