CN210137187U - 一种基于储能的多换流链交交变频器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于储能的多换流链交交变频器，包括：新能源发电基地，AC/AC变频装置，其输入端与新能源发电基地连接，其输出端与交流电网连接，其包括开关模块和多个变频模块，每个变频模块包括储能电路和变频电路，储能电路并联连接变频电路；AC/AC变频装置用于将新能源发电基地的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，第一频率小于第二频率；输电线路，与新能源发电基地和AC/AC变频装置连接。本实用新型采用低于第二频率的输电频率成倍提升线路的输送容量，提高了传输距离，在每个变频模块中设置储能电路，当工频侧的交流电网一旦出现故障，可及时给AC/AC变频装置提供电能，使AC/AC变频装置可继续正常工作，进而提高了多换流链交交变频器的工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统领域，具体涉及一种基于储能的多换流链交交变频器。
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。
现有的输电系统为了实现低频输电功能，通常在交流电网的工频侧设置变频装置，该变频装置通过工频侧的交流电网获取电能，但如果工频侧的交流电网的输电线路发生故障，这将导致该变频装置因电能欠缺使其变频器拓扑结构无法继续正常工作。
实用新型内容
因此，本实用新型实施例要解决的技术问题在于现有技术中的输电系统中设置的变频装置，通过工频侧的交流电网获取电能，但如果工频侧的交流电网的输电线路发生故障，这将导致该变频装置因电能欠缺使其变频器拓扑结构无法继续正常工作。
为此，本实用新型实施例提供了如下技术方案：
本实用新型提供一种基于储能的输电系统，其特征在于，包括：
新能源发电基地，用于向交流电网提供电能；
AC/AC变频装置，其输入端与所述新能源发电基地连接，其输出端与所述交流电网连接，其包括开关模块和多个级联的变频模块，每个变频模块包括储能电路和变频电路，所述储能电路并联连接所述变频电路；
该所述AC/AC变频装置用于将所述新能源发电基地的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，所述第一频率小于所述第二频率；
输电线缆，分别与所述新能源发电基地和所述AC/AC变频装置连接。
可选地，所述新能源发电基地包括多个海上风力发电站和/或多个海上太阳能发电站和/或多个海上潮汐能发电站。
可选地，所述储能电路包括依次串联连接的第一电容和第一电感。
可选地，所述储能电路包括依次串联连接的第二电容、第二电感和可控开关。
可选地，所述储能电路包括若干个依次串联连接的储能电池。
可选地，所述每个变频模块中的所述变频电路包括全桥结构或半桥结构。
可选地，所述全桥结构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，每组所述电力电子器件桥臂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，所述半桥结构包括一组电力电子器件桥臂和直流电容，所述一组电力电子器件桥臂并联连接，所述一组电力电子器件桥臂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，所述多个级联的变频模块构成变频器拓扑结构，所述变频器拓扑结构的输入端与所述新能源发电基地连接，所述变频器拓扑结构的输出端通过所述开关模块与所述交流电网连接。
可选地，所述交流电网包括设置在陆地上的配电站和/或发电站和/或变电站。
本实用新型实施例技术方案，具有如下优点：
本实用新型提供一种基于储能的输电系统，包括：新能源发电基地，用于向交流电网提供电能；AC/AC变频装置，其输入端与新能源发电基地连接，其输出端与交流电网连接，其包括开关模块和多个级联的变频模块，每个变频模块包括储能电路和变频电路，储能电路并联连接变频电路；AC/AC变频装置用于将新能源发电基地的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，第一频率小于第二频率；输电线路，与新能源发电基地和AC/AC变频装置连接。本实用新型采用低于第二频率的输电频率成倍提升线路的输送容量，提高了传输距离，在每个变频模块中设置储能电路，当工频侧的交流电网一旦出现故障，可及时给AC/AC变频装置提供电能，使AC/AC变频装置可继续正常工作，进而提高了基于储能的输电系统的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例中基于储能的输电系统的第一结构示意图；
图2为本实用新型实施例中基于储能的输电系统的第二结构示意图；
图3A为本实用新型实施例中变频模块的第一结构示意图；
图3B为本实用新型实施例中变频模块的第二结构示意图；
图3C为本实用新型实施例中变频模块的第三结构示意图；
图4为本实用新型实施例中基于储能的输电系统的第三结构示意图；
图5A为本实用新型实施例中全桥结构示意图；
图5B为本实用新型实施例中半桥结构示意图；
图6为本实用新型实施例中基于储能的输电系统的第四结构示意图。
附图标记：
1-新能源发电基地； 2-AC/AC变频装置； 3-输电线缆；
4-交流电网； 5-升压变压器； 21-变频器拓扑结构；
22-开关模块； 211-变频模块； 2111-储能电路；
2112-变频电路； 221-开关。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例的描述中，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实用新型实施例和简化描述，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实用新型的限制。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。
在本实用新型实施例的描述中，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实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型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。
实施例1
本实用新型实施例提供一种基于储能的输电系统，如图1所示，包括：新能源发电基地1、AC/AC变频装置2、输电线缆3和交流电网4，其中，
新能源发电基地1，用于向交流电网4提供电能。此处的新能源发电基地1可以为多个海上风力发电站和/或多个太阳能发电站和/或多个潮汐能发电站，由于新能源发电基地1属于可再生能源，取之不尽，用之不竭，综合利用风能或太阳能或潮汐能等新能源，可以减少对其它能源的消耗，在很大程度上，可以节约其它能源，并且风能或太阳能或潮汐能属于清洁能源，对环境污染较小，有利于确保居民健康生活。此处的交流电网4主要为设置在陆地上的配电站和/或变电站和/或发电站，因此，设置在海上的新能源发电基地1可以给设置在陆地上的交流电网4提供电能，可充分利用海上的新能源，从而可以节约更多的其它电能。
在图1中，AC/AC变频装置2，其输入端与所述新能源发电基地1连接，其输出端与所述交流电网4连接。AC/AC变频装置2，用于将新能源发电基地1输出的第一频率的三相电压转换为第二频率的三相电压，第一频率小于第二频率。本实施例中的基于储能的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，为了可直接低频输电，此处的新能源发电基地1输出的第一频率通常均为低频频率，第一频率的优选范围为50/3Hz的低频输电频率，第二频率小于等于75Hz，第一频率只要小于第二频率即可，如第二频率为60Hz，第一频率可以为小于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，故第二频率经过变频后为50Hz；第一频率设置为50/3Hz；随着输电频率增加，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，在图1中，在交流电网4侧包括一个AC/AC变频装置2。如图2所示，新能源发电基地1的三相电压分别表示为A相电压VA、B相电压VB和C相电压VC，上述三相电压的相位差为120度；转换后的三相电压分别表示为第一电压VMA、第二电压VMB和第三电压VMC，上述三相电压的相位差为120度。在本实施例中，新能源发电基地1通常建设在海岛上，通过汇集各种不同的新能源，将新能源可转变为电能向海岸上的交流电网4低频输出电能。
在一具体实施例中，在图1中，本实施例中的AC/AC变频装置2，包括开关模块22和多个级联的变频模块211，每个变频模块211包括储能电路2111和变频电路2112，储能电路2111并联连接所述变频电路2112。如图3A所示，本实施例中的储能电路2111包括依次串联连接的第一电容C1和第一电感L1，第一电容C1和第一电感L1依次串联连接后与变频电路2112并联连接。作为其它可替换的实施方式，如图3B所示，储能电路2111还可以包括依次串联连接的第二电容C2、第二电感L2和可控开关S1，第二电容C2、第二电感L2和可控开关S1依次串联连接后与变频电路2112器并联连接，其中可控开关S1可根据需要使得储能电路2111适时接入电路。
作为其它可替换的实施方式，如图3C所示,储能电路2111还可以若干个依次串联连接的储能电池H1、H2、H3。若干个储能电池H1、H2、H3依次串联连接后并联连接变频电路2112。本实施例中的储能电路2111为了在工频侧的交流电网4一旦发生故障，该AC/AC变频装置可启动每个变频模块211中的储能电路2111补充电能，以免因工频侧交流电网4故障而影响其继续正常工作，故储能电路2111可以给其并联连接的变频电路2112及时提供电能，有利于确保维持基于储能的输电系统持续正常工作，进而提高了基于储能的输电系统的低频输电的工作效率。
在一具体实施例中，如图4所示，本实施例中的AC/AC变频装置2，包括开关模块22和多个级联的变频模块211，每个变频模块211包括储能电路2111和变频电路2112，储能电路2111并联连接变频电路2112。其中变频电路2112可以包括全桥结构，具体为H桥换流器，如图5A所示，H桥换流器包括四个IGBT器件T1、T2、T3、T4和并联在H桥换流器之间的第三电容C3组成全桥型结构，即全桥结构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，每组电力电子器件桥臂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。作为其它可替换的实施方式，本实施例中的变频电路2112还可以为半桥型结构，如图5B所示，变频电路2112包括两个IGBT器件T1、T2和并联在变频电路2112之间的第四电容C4组成半桥型结构，即半桥结构包括一组电力电子器件桥臂和直流电容，着一组电力电子器件桥臂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。
在本实施例中，在图4中，AC/AC变频装置2包括开关模块22和多个级联的变频模块211，该多个级联的变频模块211构成变频器拓扑结构21。其中，变频模块211的输入端通过输电线缆3与新能源发电基地1连接，在图4中，本实用新型实施例中的AC/AC变频装置2的输出端通过开关模块22与交流电网4连接，这样设置便于新能源发电基地1与交流电网4之间进行低频输电。开关模块22中的开关221导通则新能源发电基地1通过输电线缆3接入基于储能的输电系统，当AC/AC变频装置2与新能源发电基地1之间的输电线缆3出现故障时，断开开关模块22中的开关221即可使得输电线缆3与新能源发电基地1断开，便于输电线缆3的维护与检修。开关模块22按照系统保护、检修等需求分配即可。在本实施例中，开关模块22包括至少一组开关221，每一组开关包括三个开关221，其中的每一个开关221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221的具体个数根据实际需要合理设置即可。在图4中，开关模块22包括两组开关221，的在其它具体的实施方式中，本实施例中的开关模块22还可以包括三组开关221。
在图4中，AC/AC变频装置2包括6个级联的变频模块211，每3个变频模块211构成一组，所以，在图4中，由2组变频模块211构成变频器拓扑结构21，每组变频模块211输入端分别接入新能源发电基地1的三相电A相、B相和C相中，每组变频模块211输出端从中性点引出三相低频交流。由于一个变频模块211所能承受的电压等级有限，而交流电网4的电压较高，故需要多个变频模块211进行级联，在其它实施方式中，可根据需要合理设置变频模块211的级联个数。当与变频模块211连接的开关模块22包括一组开关时，一组变频模块211连接一个交流系统的交流电网4上，则AC/AC变频器装置连接一个交流电网4。在图4中，AC/AC变频装置2包括2组变频模块211，即2组变频模块211并联连接。AC/AC变频装置2的开关模块22包括一组开关221时，故每组变频模块211连接一个交流系统的交流电网4，AC/AC变频装置2连接两个交流系统的交流电网4，新能源发电基地1可以向两个交流系统的交流电网4进行低频输电，如图5A所示,当AC/AC变频装置2的开关模块22包括至少2组开关时，每组变频模块211连接至少2个第二交流系统的交流电网4，这样新能源发电基地1可连接多个交流系统的交流电网4。
当然，在其它实施例中，AC/AC变频装置2可包括更多个级联的变频模块211组成多组变频模块211，使得新能源发电基地1可连接多组变频模块211。例如：AC/AC变频装置2包括9个级联的变频模块211，每3个变频模块211构成一组，所以，由3组变频模块211构成变频器拓扑结构21，每组变频模块211输入端分别接入新能源发电基地1的三相电A相、B相和C相中，每组变频模块211输出端从中性点引出三相低频交流。
输电线缆3，在图1中，其分别与新能源发电基地1和交流电网4连接。通过输电线缆3将新能源发电基地1与交流电网4建立连接，将新能源发电基地1输出的电能传输至交流电网4中。
本实用新型实施例中的基于储能的输电系统，通过AC/AC变频装置2将新能源发电基地1的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，第一频率小于第二频率；之后经过输电线缆3传输至交流电网4，该基于储能的输电系统通过采用低于第二频率的输电频率成倍提升线路的输送容量，提高了传输距离。此外，在低频传输的过程中，进一步降低生产成本。同时，在AC/AC变频装置2中每个变频模块211中设置储能电路2111，当工频侧的交流电网4一旦出现故障，可及时给AC/AC变频装置2提供电能，使得AC/AC变频装置2可继续正常工作，进而提高了基于储能的输电系统的工作效率。
本实用新型实施例中的基于储能的输电系统，如图6所示，还包括升压变压器5，设置在新能源发电基地1和AC/AC变频装置2之间，该升压变压器5的低压侧与新能源发电基地1连接，该升压变压器5的高压侧通过输电线缆3与AC/AC变频装置2连接。例如：新能源发电基地1的交流电压为220V,通过升压变压器5可以将220V的三相交流电压升压到10kV，然后经过输电线缆3传输后，利用AC/AC变频装置2转换成三相电压，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，升压变压器5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。
本实用新型实施例中的基于储能的输电系统，可以对偏远地区或多个海岛间供电进行输电改造，可以增大输送容量，降低线路损耗，加大输送距离，节省改造成本，降低施工难度，并且通过在AC/AC变频装置2中的变频模块211设置储能电路2111可以确保在工频侧交流电网4一旦发生故障，可继续给该AC/AC变频装置2提供电能，使其能够继续工作，保证基于储能的输电系统可长期稳定工作。
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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，包括：
新能源发电基地，用于向交流电网提供电能；
AC/AC变频装置，其输入端与所述新能源发电基地连接，其输出端与所述交流电网连接，其包括开关模块和多个级联的变频模块，每个变频模块包括储能电路和变频电路，所述储能电路并联连接所述变频电路；
该所述AC/AC变频装置用于将所述新能源发电基地的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，所述第一频率小于所述第二频率；
输电线缆，分别与所述新能源发电基地和所述AC/AC变频装置连接。
2.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述新能源发电基地包括多个海上风力发电站和/或多个海上太阳能发电站和/或多个海上潮汐能发电站。
3.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述储能电路包括依次串联连接的第一电容和第一电感。
4.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述储能电路包括依次串联连接的第二电容、第二电感和可控开关。
5.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述储能电路包括若干个依次串联连接的储能电池。
6.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述每个变频模块中的所述变频电路包括全桥结构或半桥结构。
7.根据权利要求6所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述全桥结构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，每组所述电力电子器件桥臂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。
8.根据权利要求6所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述半桥结构包括一组电力电子器件桥臂和直流电容，所述一组电力电子器件桥臂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。
9.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述多个级联的变频模块构成变频器拓扑结构，所述变频器拓扑结构的输入端与所述新能源发电基地连接，所述变频器拓扑结构的输出端通过所述开关模块与所述交流电网连接。
10.根据权利要求1所述的基于储能的多换流链交交变频器，其特征在于，所述交流电网包括设置在陆地上的配电站和/或发电站和/或变电站。
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2019
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |