CN114498627A - 一种发电gis智能变电系统 - Google Patents

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农正军
王亚四
冯海斌
许义山
陈敬瑞
林师严
关洪亮
刘彩利
杨小锋
黄良泉
蔡德帅
薛菲
梁舒婷
李泽才
杨沛豪
赵俊博
燕云飞
孙梦瑶
李志鹏
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Abstract

本发明公开了一种发电GIS智能变电系统，包括发电厂站智能变电单元和发电厂站GIS用电单元；所述发电厂站智能变电单元中发电设备通过所述发电厂站智能变电单元中电力电子变压设备与所述发电厂站GIS用电单元中交流母线相连，通过操作所述发电厂站GIS用电单元中断路器和隔离开关设备向用电负荷供电。本发明提供的一种发电GIS智能变电系统，发电厂站发电设备通过电力电子变压器升压后与发电厂站GIS设备连接，通过操作GIS设备里的断路器、隔离开关等设备向用电负荷供电，实现发电GIS智能一体化变压，调控更加灵活。

Description

一种发电GIS智能变电系统
技术领域
本发明涉及一种发电GIS智能变电系统，通过在发电厂站GIS设备前端引入电力电子变压器，实现发电GIS智能一体化变压，调控更加灵活。
背景技术
在发电厂站布置气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)具有供电可靠性高、电磁污染少、检修周期长、运行噪声低等优点。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。GIS采用先进的电力电子技术、微电子技术、传感技术、数字处理技术、计算机技术、控制技术，集监测、测量、控制、保护和录波等功能于一体。
电力电子变压器在电能质量调节和谐波抑制等方面具有一定优势，具有电压等级变换、电气隔离、功率调节与控制、多个交直流端口接入、电能质量控制以及与其他智能设备通信等一系列功能优势。电力电子变压器由于采用高频变压器，体积得到了很好的控制。
目前发电厂站外送电压等级可以得到上百kV，需要选择合适的配电装置型式及布置方式，在发电厂站布置的GIS+变压器一般在主厂房正前方、发电厂站的边缘，且本身占地面积较大，对电厂的总体布置和占地面积有较大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电GIS智能变电系统，发电厂站发电设备通过电力电子变压器升压后与发电厂站GIS设备连接，通过操作GIS设备里的断路器、隔离开关等设备向用电负荷供电，实现发电GIS智能一体化变压，调控更加灵活。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：
一种发电GIS智能变电系统，包括发电厂站智能变电单元和发电厂站GIS用电单元；所述发电厂站智能变电单元中发电设备通过所述发电厂站智能变电单元中电力电子变压设备与所述发电厂站GIS用电单元中交流母线相连，通过操作所述发电厂站GIS用电单元中断路器和隔离开关设备向用电负荷供电。
本发明进一步的改进在于，所述发电厂站智能变电单元包括：发电设备、发电设备断路器、电力电子变压AC/DC换流器、电力电子变压器低压侧滤波电容、电力电子变压器隔离型DC-DC变换器、电力电子变压器高压侧滤波电容和电力电子变压DC/AC换流器；
所述发电设备出口通过所述发电设备断路器连接至所述电力电子变压AC/DC换流器，所述发电设备发出的低压交流通过所述电力电子变压AC/DC换流器转换为低压直流电，低压直流电通过所述电力电子变压器低压侧滤波电容滤波后传输至所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器，低压直流电经过所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器高频升压后形成高压直流电，经过所述电力电子变压器高压侧滤波电容滤波后，传输至所述电力电子变压DC/AC换流器，完成变流升压。
本发明进一步的改进在于，所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器包括：单相全桥逆变器、隔离型DC-DC变换器滤波电感、隔离型DC-DC变换器滤波电容、高频变压器和单相全桥整流器；
所述单相全桥逆变器通过所述隔离型DC-DC变换器滤波电感和隔离型DC-DC变换器滤波电容串联接入所述高频变压器低压侧，所述高频变压器高压侧连接于所述单相全桥整流器。
本发明进一步的改进在于，所述高频变压器额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化。
本发明进一步的改进在于，所述高频变压器通过升高频率实现电压升高。
本发明进一步的改进在于，所述电力电子变压AC/DC换流器和所述电力电子变压DC/AC换流器采用大功率高频IGBT元器件，实现单位功率因数运行或根据发电厂站输出功率调节需求，按照给定的功率因数运行。
本发明进一步的改进在于，所述储能设备单元包括：汇流交流母线、输电线路隔离开关、输电线路发电侧接地开关、输电线路断路器、输电线路中心接地开关、输电线路负荷侧接地开关、输电线路负荷侧电压互感器和输电线路末端负荷；
经过变流升压的高压交流电传输至所述汇流交流母线，所述输电线路隔离开关串联至所述汇流交流母线，起到隔离发电设备与用电设备、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路的作用；所述输电线路发电侧接地开关靠近发电侧，靠近发电侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述输电线路断路器，串联于所述汇流交流母线，起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的作用；所述输电线路中心接地开关，靠近输电线路中心，靠近输电线路中心的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述输电线路负荷侧接地开关，靠近输电线路负荷侧，输电线路负荷侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述输电线路负荷侧电压互感器，实现电压采样，分为保护用和测量用电压互感器；所述输电线路末端负荷连接在所述汇流交流母线末端，是用电设备。
本发明进一步的改进在于，所述发电厂站GIS用电单元中GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明在所述发电厂站智能变电单元中采用包含高频变压器的电力电子变压器可以实现变频、变压，高频变压器额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化，相较于传统变压器，体积更小，维护方便。
2.本发明采在所述发电厂站智能变电单元中采用包含AC/DC换流装置的电力电子变压器，可以实现单位功率因数运行或根据发电厂站输出功率调节需求，按照给定的功率因数运行，更适合于发电厂站智能变电领域。
3.本发明在所述发电厂站智能变电单元中采用的AC/DC换流装置，使用大功率高频IGBT元器件，所能提供的最大短路电流不超过其额定电流的1.5倍，保护判断逻辑简单、高效，可以实现发电厂站自由投切。
4.本发明所采用的成套发电厂站GIS用电单元，GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体，不管是断路器、隔离开关还是接地开关，在分合闸瞬间不会产生高压电弧，更加安全、可靠。
附图说明
图1为本发明一种发电GIS智能变电系统的电路图。
附图标记说明：
1—发电厂站智能变电单元；2—发电厂站GIS用电单元；
1-1—发电设备；1-2—发电设备断路器；1-3—电力电子变压AC/DC换流器；1-4—电力电子变压器低压侧滤波电容；1-5—电力电子变压器隔离型DC-DC变换器；1-5-1—单相全桥逆变器；1-5-2—隔离型DC-DC变换器滤波电感；1-5-3—隔离型DC-DC变换器滤波电容；1-5-4—高频变压器；1-5-5—单相全桥整流器；1-6—电力电子变压器高压侧滤波电容；1-7—电力电子变压DC/AC换流器；
2-1—汇流交流母线；2-2—输电线路隔离开关；2-3—输电线路发电侧接地开关；2-4—输电线路断路器；2-5—输电线路中心接地开关；2-6—输电线路负荷侧接地开关；2-7—输电线路负荷侧电压互感器；2-8—输电线路末端负荷。
具体实施方式
下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种发电GIS智能变电系统，包括发电厂站智能变电单元1和发电厂站GIS用电单元2；所述发电厂站智能变电单元1中发电设备通过所述发电厂站智能变电单元1中电力电子变压设备与所述发电厂站GIS用电单元2中交流母线相连，通过操作所述发电厂站GIS用电单元2中断路器和隔离开关设备向用电负荷供电。
所述发电厂站智能变电单元1包括：发电设备1-1、发电设备断路器1-2、电力电子变压AC/DC换流器1-3、电力电子变压器低压侧滤波电容1-4、电力电子变压器隔离型DC-DC变换器1-5、电力电子变压器高压侧滤波电容1-6和电力电子变压DC/AC换流器1-7；所述发电设备1-1出口通过所述发电设备断路器1-2连接至所述电力电子变压AC/DC换流器1-3，所述发电设备1-1发出的低压交流通过所述电力电子变压AC/DC换流器1-3转换为低压直流电，低压直流电通过所述电力电子变压器低压侧滤波电容1-4滤波后传输至所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器1-5，低压直流电经过所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器1-5高频升压后形成高压直流电，经过所述电力电子变压器高压侧滤波电容1-6滤波后，传输至所述电力电子变压DC/AC换流器1-7，完成变流升压。
所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器1-5包括：单相全桥逆变器1-5-1；隔离型DC-DC变换器滤波电感1-5-2；隔离型DC-DC变换器滤波电容1-5-3；高频变压器1-5-4；单相全桥整流器1-5-5。所述单相全桥逆变器1-5-1通过所述隔离型DC-DC变换器滤波电感1-5-2和隔离型DC-DC变换器滤波电容1-5-3串联接入所述高频变压器1-5-4低压侧，所述高频变压器1-5-4高压侧连接于所述单相全桥整流器1-5-5。所述高频变压器1-5-4额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化，相较于传统变压器，体积更小，维护方便。所述高频变压器1-5-4通过升高频率实现电压升高。
所述电力电子变压AC/DC换流器1-3、所述电力电子变压DC/AC换流器1-7采用大功率高频IGBT元器件，可以实现单位功率因数运行或根据发电厂站输出功率调节需求，按照给定的功率因数运行，更适合于发电厂站智能变电领域。使用大功率高频IGBT元器件，所能提供的最大短路电流不超过其额定电流的1.5倍，保护判断逻辑简单、高效，可以实现发电厂站自由投切。
所述储能设备单元2包括：汇流交流母线2-1、输电线路隔离开关2-2、输电线路发电侧接地开关2-3、输电线路断路器2-4、输电线路中心接地开关2-5、输电线路负荷侧接地开关2-6、输电线路负荷侧电压互感器2-7和输电线路末端负荷2-8；经过变流升压的高压交流电传输至所述汇流交流母线2-1，所述输电线路隔离开关2-2串联至所述汇流交流母线2-1，起到隔离发电设备与用电设备、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路的作用。所述输电线路发电侧接地开关2-3靠近发电侧，靠近发电侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。所述输电线路断路器2-4，串联于所述汇流交流母线2-1，起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的作用。所述输电线路中心接地开关2-5，靠近输电线路中心，靠近输电线路中心的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。所述输电线路负荷侧接地开关2-6，靠近输电线路负荷侧，输电线路负荷侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用。所述输电线路负荷侧电压互感器2-7，可以实现电压采样，分为保护用和测量用电压互感器。所述输电线路末端负荷2-8连接在所述汇流交流母线2-1末端，是用电设备。所述发电厂站GIS用电单元2中GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体，不管是所述输电线路隔离开关2-2、输电线路发电侧接地开关2-3、所述输电线路断路器2-4、所述输电线路中心接地开关2-5、所述输电线路负荷侧接地开关2-6在分合闸瞬间不会产生高压电弧，更加安全、可靠。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，包括发电厂站智能变电单元(1)和发电厂站GIS用电单元(2)；所述发电厂站智能变电单元(1)中发电设备通过所述发电厂站智能变电单元(1)中电力电子变压设备与所述发电厂站GIS用电单元(2)中交流母线相连，通过操作所述发电厂站GIS用电单元(2)中断路器和隔离开关设备向用电负荷供电。
2.根据权利要求1所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述发电厂站智能变电单元(1)包括：发电设备(1-1)、发电设备断路器(1-2)、电力电子变压AC/DC换流器(1-3)、电力电子变压器低压侧滤波电容(1-4)、电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(1-5)、电力电子变压器高压侧滤波电容(1-6)和电力电子变压DC/AC换流器(1-7)；
所述发电设备(1-1)出口通过所述发电设备断路器(1-2)连接至所述电力电子变压AC/DC换流器(1-3)，所述发电设备(1-1)发出的低压交流通过所述电力电子变压AC/DC换流器(1-3)转换为低压直流电，低压直流电通过所述电力电子变压器低压侧滤波电容(1-4)滤波后传输至所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(1-5)，低压直流电经过所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(1-5)高频升压后形成高压直流电，经过所述电力电子变压器高压侧滤波电容(1-6)滤波后，传输至所述电力电子变压DC/AC换流器(1-7)，完成变流升压。
3.根据权利要求2所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述电力电子变压器隔离型DC-DC变换器(1-5)包括：单相全桥逆变器(1-5-1)、隔离型DC-DC变换器滤波电感(1-5-2)、隔离型DC-DC变换器滤波电容(1-5-3)、高频变压器(1-5-4)和单相全桥整流器(1-5-5)；
所述单相全桥逆变器(1-5-1)通过所述隔离型DC-DC变换器滤波电感(1-5-2)和隔离型DC-DC变换器滤波电容(1-5-3)串联接入所述高频变压器(1-5-4)低压侧，所述高频变压器(1-5-4)高压侧连接于所述单相全桥整流器(1-5-5)。
4.根据权利要求3所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述高频变压器(1-5-4)额定频率为10kHz，通过频率改变，实现电压变化。
5.根据权利要求4所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述高频变压器(1-5-4)通过升高频率实现电压升高。
6.根据权利要求3所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述电力电子变压AC/DC换流器(1-3)和所述电力电子变压DC/AC换流器(1-7)采用大功率高频IGBT元器件，实现单位功率因数运行或根据发电厂站输出功率调节需求，按照给定的功率因数运行。
7.根据权利要求3所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述储能设备单元(2)包括：汇流交流母线(2-1)、输电线路隔离开关(2-2)、输电线路发电侧接地开关(2-3)、输电线路断路器(2-4)、输电线路中心接地开关(2-5)、输电线路负荷侧接地开关(2-6)、输电线路负荷侧电压互感器(2-7)和输电线路末端负荷(2-8)；
经过变流升压的高压交流电传输至所述汇流交流母线(2-1)，所述输电线路隔离开关(2-2)串联至所述汇流交流母线(2-1)，起到隔离发电设备与用电设备、倒闸操作、用以连通和切断小电流电路的作用；所述输电线路发电侧接地开关(2-3)靠近发电侧，靠近发电侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述输电线路断路器(2-4)，串联于所述汇流交流母线(2-1)，起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的作用；所述输电线路中心接地开关(2-5)，靠近输电线路中心，靠近输电线路中心的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述输电线路负荷侧接地开关(2-6)，靠近输电线路负荷侧，输电线路负荷侧的设备检修时，起到释放被检修设备和回路的静电的作用；所述输电线路负荷侧电压互感器(2-7)，实现电压采样，分为保护用和测量用电压互感器；所述输电线路末端负荷(2-8)连接在所述汇流交流母线(2-1)末端，是用电设备。
8.根据权利要求7所述的一种发电GIS智能变电系统，其特征在于，所述发电厂站GIS用电单元(2)中GIS设备全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有设定压力的SF6绝缘气体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114825483A (zh) * 2022-06-29 2022-07-29 西安热工研究院有限公司 一种火电机组调频系统、方法及装置

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