CN204928187U - 基于三相h桥的电压电流转换开关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于三相H桥的电压电流转换开关，包括送端三相换流器和受端三相换流器；送端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，以及受端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，通过交流电缆连接；交流电缆包括第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆。与现有技术相比，本实用新型提供的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，减小了三极导线电压极性翻转时，直流电流的变化速率，同时也减小了极间电流转换开关需要断开的电流。
Description
技术领域
本实用新型涉及输电技术领域，具体涉及一种基于三相H桥的电压电流转换开关。
背景技术
近年，城镇化发展速度进一步加快，城市用电负荷不断增长，客观上要求电网规模与传输容量保持持续发展，然而目前城市电网普遍存在以下问题。
城市用电负荷增加，交流线路输送能力不足，线路走廊匮乏。对于重载的交流线路，无法通过加装FACTS装置大幅提高输送能力，而新建线路遇到的阻力越来越大，特别是进城的线路工程，在征地、环保方面难以得到支持。城市电网结构日益紧密，短路电流问题突出。
城市电网发展速度较快，电网线路相互交织，紧密程度较高，等效阻抗较小，导致电网的短路电流水平较高。如采用新建交流线路来解决城市电网供电能力不足的问题，将会造成电网进一步紧密，等效阻抗进一步减小，从而导致短路电流增大，影响电网安全运行。
城市电网无功电压调节日趋困难，电压稳定性问题不容忽视。城市电网中电缆线路日益增多，市区变电站受用地限制，感性无功配置普遍不足，无功电压调节日趋困难，尤其是电网低谷负荷时段，电压偏高情况严重。此外，城市电网中空调负荷、电动机负荷比重较大，由于快速的动态无功调整能力不足，电网高峰负荷时段动态电压稳定问题逐渐突出。
鉴于上述问题，有必要研究新的技术手段，既要充分发挥现有线路走廊输的输电潜力，又要防止出现短路电流超标和动态无功支撑不足等问题。
从输电线路方面来看，制约交流线路传输容量的主要因素是绝缘耐受能力。目前，交流系统的绝缘按照电压峰值设计，但是传输容量是由电压有效值决定，仅为峰值的71％。研究表明，交流线路在直流方式下运行，由于绝缘层内的电场分布、发热情况等方面的差异，交流线路的直流绝缘强度几乎是交流电压的2～3倍或更大。另外，对于电缆线路，由于其电容要比架空线路大得多，如果采用交流输电方式并且当电缆长度超过一定数值(如40～60km)时，就会出现电容电流占用电缆芯线全部有效负载能力的情况，而采用直流输电方式，其稳态电容电流仅是由纹波电压引起，数值很小，故电缆的送电长度几乎不受电容电流的限制。
综上，需要提供一种将三相交流线路改造为柔性直流输电的方案，特别是需要提供一种极间电压电流转换开关，减小在其切换过程中需要断开的电流值。。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本实用新型提供了一种基于三相H桥的电压电流转换开关。
本实用新型的技术方案是：
所述开关包括送端三相换流器和受端三相换流器；所述送端三相换流器接入送端交流系统，所述受端三相换流器接入受端交流系统；
所述送端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，以及所述受端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，通过交流电缆连接；
所述交流电缆包括第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆。
优选的，所述送端三相换流器和受端三相换流器均为H桥多电平换流器；
所述H桥多电平换流器的上桥臂和下桥臂均包括N个串联的H桥功率子模块，N至少为2；所述上桥臂和下桥臂通过导线连接；
优选的，所述H桥功率子模块包括依次并联的第一桥臂、电容和第二桥臂；
所述第一桥臂包括两个串联的全控型器件，第二桥臂也包括两个串联的全控型器件；
优选的，所述全控型器件的两端均并联一个二极管；
所述二极管的阳极与全控型器件的发射极连接，二极管的阴极与全控型器件的集电极连接；
优选的，所述送端三相换流器的输入端均接入所述送端交流系统的同一个母线中，或者所述输入端分别接入送端交流系统的不同母线中；
所述受端三相换流器的输出端均接入所述受端交流系统的同一个母线中，或者所述输出端分别接入受端交流系统的不同母线中。
与最接近的现有技术相比，本实用新型的优异效果是：
1、本实用新型提供的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，通过对三相H桥电压电流转换开关每相桥的上下桥臂的控制即可实现三极电缆线路电压方向和电流方向的周期性的改变；
2、本实用新型提供的一种三相H桥的电压电流转换开关，针对交流电缆线路的增容改造技术，大大削弱了电缆线路中空间电荷积累的问题，保证了改造后电缆线路的绝缘性能；
3、本实用新型提供的一种三相H桥电压电流转换开关，能够充分、均衡利用三相交流电缆线路的通流能力，而且三相电流之和在任意时刻为零，不会产生流经大地的零序环流；
4、本实用新型提供的一种基于三相H桥电压电流转换开关，采用H桥级联技术，该技术成熟度高，可扩展性强，推广应用前景良好；
5、本实用新型提供的电压电流转换开关，应用于三相交流电缆线路输电系统改造，在不增加电网短路水平的同时，显著提升系统运行的灵活性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1：本实用新型实施例中采用基于三相H桥的电压电流转换开关结构示意图；
图2：本实用新型实施例中H桥子模块结构示意图；
图3：本实用新型实施例中第一极交流电缆电流和电压波形图；
图4：本实用新型实施例中第二极交流电缆电流和电压波形图；
图5：本实用新型实施例中第三极交流电缆电流和电压波形图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型提供的一种基于三相H桥的电流转换开关，适用于新型紧凑化输电系统，利用了电容器的充放电，配合极间电压电流调制策略，防止极间电压电流变化过程中电流突变具有重要意义。
本实用新型提供的一种基于三相H桥的电压电流转换开关的实施例如图1所示，主要包括送端三相换流器和受端三相换流器，其中，
送端三相换流器接入送端交流系统，受端三相换流器接入受端交流系统。
送端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，以及受端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，通过交流电缆连接；
本实施例中，交流电缆包括第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆。
1、送端三相换流器
送端三相换流器为H桥多电平的换流器；该H桥多电平的换流器的上桥臂和下桥臂均包括N个串联的H桥子模块，N至少为2；上桥臂和下桥臂通过导线连接。
本实施例中送端三相换流器包括三个单相H桥级联的换流桥臂，每个换流桥臂包括的H桥子模块个数取决于输电系统的容量和电压等级
2、受端三相换流器
受端三相换流器也为H桥多电平换流器；该H桥多电平换流器的上桥臂和下桥臂也均包括N个串联的H桥子模块，N至少为2；上桥臂和下桥臂也通过导线连接。
本实施例中受端三相换流器由三个单相H桥级联的换流桥臂组成，每个换流桥臂包括的H桥子模块个数也取决于输电系统的容量和电压等级。
本实施例在红，通过调整送端三相换流器中每相的上桥臂的导通或者断开、下桥臂的导通或者断开，以及受端三相换流器中每相的上桥臂的导通或者断开、下桥臂的导通或者断开，从而周期性改变流过交流电缆的电压方向和电流方向。
送端三相换流器的输入端均接入送端交流系统的同一个母线中，或者输入端分别接入送端交流系统的不同母线中；受端三相换流器的输出端均接入受端交流系统的同一个母线中，或者输出端分别接入受端交流系统的不同母线中。
3、H桥子模块
如图2所示，本实施例中H桥子模块的具体结构为：
H桥子模块包括依次并联的第一桥臂、电容器Uc和第二桥臂。
第一桥臂包括两个串联的全控型器件VT1和全控型器件VT2；第二桥臂也包括两个串联的全控型器件VT3和全控型器件VT4；全控型器件两端均并联有一个二极管，二极管的阳极与全控型器件的发射极连接，二极管的阴极与全控型器件的集电极连接。
4、送端三相换流器和受端三相换流器的具体连接方式为：
如图1所示，送端三相换流器的一相通过第一极交流电缆与受端三相换流器连接，一相通过第二极交流电缆与受端三相换流器连接，一相通过第三极交流电缆与受端三相换流器连接。其中，L1为第一极交流电缆的线路阻抗，L2为第二极交流电缆的线路阻抗，L3为第三极交流电缆的线路阻抗。
本实施例中在输电系统潮流方向时主从关系可以互换，即输电系统能够实现正反两个方向的电能输送。同时，第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆之间的潮流流动，不予大地构成通路，避免了高频电磁干扰和大地中金属设备的复试，采用电压电流转换开关控制交流电缆中线路电压和电流削弱了其空间电荷积累的问题。
5、本实用新型提供的电压电流转换开关的控制过程为：
通过周期性改变图1中所示三极交流电缆的线路电压极性与电流的方向，能够在发热限制相同的条件下增大原有输电系统的输送功率，同时通过周期性的改变三极交流电缆的线路电压极性，还可以消减电缆线路的空间电荷积累。第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆的线路电流值在Imax和Imin之间周期性变化，其方向随交流电缆的线路电压极性的变化而变化。
由于第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆中任两条电缆并联时，其直流电流均为Imin，因此并不需要串联分流电阻来实现电流的调节，大大减小了输电系统的损耗。如图3-5所示当第一极交流电缆线路与第三极交流电缆线路并联，电压为-UDC，共同流过反向电流为-Imin时，第二极交流电缆线路工作电压为+UDC，通过正向电流为Imax；
①：t1时刻起，使第一极交流电缆线路电压极性反转，此时第一极交流电缆线路与第二极交流电缆线路并联，电压为+UDC，共同流过正向电流均为Imin，第三极交流电缆线路极性保持不变，电压为-UDC，流过反向电流为-Imax。
②：t2时刻起，使第二极交流电缆线路电压极性反转，此时第二极交流电缆线路与第三极交流电缆线路并联，电压为-UDC，共同流过反向电流为-Imin，第一极交流电缆线路极性保持不变，电压为+UDC，流过正向电流为+Imax。
③：t3时刻起，使第三极交流电缆线路极性反转，此时第三极交流电缆线路与第一级交流电缆线路并联，电压为+UDC，共同流过正向电流+Imin，第二极交流电缆线路记性保持不变，电压为-UDC，流过反向电流为-Imax。
④：t4时刻起，使第一级交流电缆线路极性反转，此时第一级交流电缆线路与第二极交流电缆线路并联，电压为-UDC，共同流过反向电流为-Imin，第三极交流电缆线路极性保持不变，电压为+UDC，流过正向电流为+Imax。
⑤：t5时刻起，使第二极交流电缆线路极性反转，此时第二极交流电缆线路和第三极交流电缆线路并联，电压为+UDC，共同流过正向电流+Imin，第二极电缆线路极性保持不变，电压为-UDC，流过反向电流为-Imax。
⑥：t6时刻起，使第三极交流电缆线路极性反转，此时第一极交流电缆线路和第三极交流电缆线路并联，电压为-UDC，共同流过反向电流-Imin，第二极电缆线路极性保持不变，电压为+UDC，流过正向电流为+Imax，以此规律周期性变化。
本实用新型提供的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，可周期性地改变三极交流电缆线路的电压极性、电流方向。同时，本实用新型采用H桥级联的多电平串联技术，无需配置大容量无功补偿和滤波设备，在不增加系统短路电流水平的同时，还能为交流系统提供动态电压支撑及有源滤波功能，可显著提高系统运行灵活性和可靠性。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
Claims (5)
1.一种基于三相H桥的电压电流转换开关，其特征在于，所述开关包括送端三相换流器和受端三相换流器；所述送端三相换流器接入送端交流系统，所述受端三相换流器接入受端交流系统；
所述送端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，以及所述受端三相换流器中每相的上桥臂和下桥臂的连接点，通过交流电缆连接；
所述交流电缆包括第一极交流电缆、第二极交流电缆和第三极交流电缆。
2.如权利要求1所述的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，其特征在于，所述送端三相换流器和受端三相换流器均为H桥多电平换流器；
所述H桥多电平换流器的上桥臂和下桥臂均包括N个串联的H桥功率子模块，N至少为2；所述上桥臂和下桥臂通过导线连接。
3.如权利要求2所述的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，其特征在于，所述H桥功率子模块包括依次并联的第一桥臂、电容和第二桥臂；
所述第一桥臂包括两个串联的全控型器件，第二桥臂也包括两个串联的全控型器件。
4.如权利要求3所述的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，其特征在于，所述全控型器件的两端均并联一个二极管；
所述二极管的阳极与全控型器件的发射极连接，二极管的阴极与全控型器件的集电极连接。
5.如权利要求1所述的一种基于三相H桥的电压电流转换开关，其特征在于，所述送端三相换流器的输入端均接入所述送端交流系统的同一个母线中，或者所述输入端分别接入送端交流系统的不同母线中；
所述受端三相换流器的输出端均接入所述受端交流系统的同一个母线中，或者所述输出端分别接入受端交流系统的不同母线中。
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| CN105162157A (zh) * | 2015-09-15 | 2015-12-16 | 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 | 一种基于三相h桥的电压电流转换开关 |
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| CN105162157B (zh) * | 2015-09-15 | 2019-02-05 | 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 | 一种基于三相h桥的电压电流转换开关 |
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