[發(fā)明專利]基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710052137.1
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN101090202A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康勇;鄒旭東;段善旭
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/14;H02K7/02;H01F27/28;H02J3/18
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 方放

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛輪儲能技術(shù)和柔性交流輸電技術(shù)，具體涉及一種基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統(tǒng)，包括雙饋型飛輪儲能電機(jī)、交流勵磁電源和監(jiān)控裝置。

背景技術(shù)

在目前的電力系統(tǒng)中，由于沒有大容量快速存取電能的器件，電能的生產(chǎn)和消費(fèi)必須時刻基本保持在機(jī)一電功率平衡狀態(tài)。一旦系統(tǒng)受到擾動引起動態(tài)功率失衡，就可能對系統(tǒng)的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，嚴(yán)重的機(jī)—電功率失衡會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

為了解決這個問題，目前常用的方法是使用繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定控制裝置，在系統(tǒng)故障時進(jìn)行切機(jī)、切負(fù)荷或系統(tǒng)解列等操作，以盡量緩解系統(tǒng)中由于故障引起的功率不平衡問題。這類控制裝置常常根據(jù)事先通過大量離線計(jì)算得到的事故處理表進(jìn)行處理，因此不可能能完全符合故障發(fā)生時系統(tǒng)的實(shí)際情況，當(dāng)然也不一定能夠完全補(bǔ)償因故障引起的不平衡功率。我們將這種穩(wěn)定控制措施稱為“被動致穩(wěn)”。

正是因?yàn)閯討B(tài)功率平衡這一根本性的問題沒有得到很好的解決，所以盡管近年來電力系統(tǒng)的運(yùn)行技術(shù)取得了很大的發(fā)展，但是仍然不能避免大電網(wǎng)瓦解事故的發(fā)生，尤其是2003年8月以后，世界范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)生了幾次大停電，不僅在經(jīng)濟(jì)上造成了巨大的損失，而且給人民生活和社會穩(wěn)定帶來了危害，電網(wǎng)安全已關(guān)系到國家安全。

現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，同時運(yùn)行與調(diào)度方面的不協(xié)調(diào)，會造成電網(wǎng)中的潮流分布不合理，使得輸電網(wǎng)在功率輸送中常常出現(xiàn)環(huán)流功率振蕩、功率繞送以及功率倒流等現(xiàn)象，這些問題造成大互聯(lián)電網(wǎng)中大量電能損耗或被迫降低電網(wǎng)的輸送能力，甚至造成電力系統(tǒng)的災(zāi)變，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)度受到很大的影響，不能滿足超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的要求。

為從功率平衡這一根本上提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，華中科技大學(xué)已經(jīng)提出了一種儲能調(diào)相電機(jī)(公開號為CN1595772A，公開日為2005年3月16日)。該裝置以電力系統(tǒng)現(xiàn)有的同步調(diào)相機(jī)為基礎(chǔ)，通過對電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增大轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量用以儲存電能，同時采用交流勵磁技術(shù)和微機(jī)監(jiān)控技術(shù)，使電機(jī)的電能能夠快速高效地儲存和釋放，構(gòu)成一種具有儲能、發(fā)電和調(diào)相功能的電力柔性調(diào)控裝置。該儲能調(diào)相電機(jī)解決了功率平衡問題，但并未涉及調(diào)控輸電線路潮流實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)潮流的最優(yōu)分配、抑制線路對地短路后引發(fā)的功率振蕩、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓支撐以及保證輸電線路輸送容量接近熱穩(wěn)定極限等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統(tǒng)，它具備儲能、發(fā)電、同步調(diào)相、穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)電壓、改變線路阻抗抑制振蕩以及調(diào)控線路潮流功能，可主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)潮流控制和動態(tài)穩(wěn)定性控制，能對電力系統(tǒng)快速變化的運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)實(shí)施有效的快速調(diào)控，確保電力系統(tǒng)在各種工況下的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。

本發(fā)明提出了一種基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統(tǒng)，包括雙饋型飛輪儲能電機(jī)、交流勵磁電源和監(jiān)控裝置，交流勵磁電源包括并聯(lián)側(cè)變換器、串聯(lián)側(cè)變換器和電容，并聯(lián)側(cè)變換器和串聯(lián)側(cè)變換器均為三相電壓源型脈寬調(diào)制變換器，并聯(lián)側(cè)變換器的交流端與雙饋型飛輪儲能電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組連接，并聯(lián)側(cè)變換器的兩直流端和串聯(lián)側(cè)變換器的兩直流端分別與電容兩端連接，監(jiān)控裝置用于對并聯(lián)側(cè)變換器和串聯(lián)側(cè)變換器實(shí)施監(jiān)控，并監(jiān)控輸電線路電壓和潮流，其特征在于：該系統(tǒng)還包括串聯(lián)變壓器和反并聯(lián)雙向晶閘管，串聯(lián)變壓器的原方繞組與串聯(lián)側(cè)變換器的交流端連接，串聯(lián)變壓器副方繞組的兩端與反并聯(lián)雙向晶閘管兩端連接，串聯(lián)變壓器的副方繞組的一端與雙饋型飛輪儲能電機(jī)的定子繞組連接，監(jiān)控裝置用于監(jiān)控反并聯(lián)雙向晶閘管，通過控制反并聯(lián)雙向晶閘管的連通狀態(tài)實(shí)現(xiàn)旁路保護(hù)。

并聯(lián)側(cè)變換器由全控型功率開關(guān)元件和電感構(gòu)成，全控型功率開關(guān)元件組成第一三相全橋結(jié)構(gòu)，三相橋臂中點(diǎn)與雙饋型飛輪儲能電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通過三相電感相連。

串聯(lián)側(cè)變換器由全控型功率開關(guān)元件和電感電容低通濾波器構(gòu)成，全控型功率開關(guān)元件組成第二三相全橋結(jié)構(gòu)，三相橋臂中點(diǎn)與串聯(lián)變壓器的原方繞組通過三相電感電容低通濾波器相連。

作為本發(fā)明的優(yōu)化，串聯(lián)變壓器的原方繞組接成三角形。

本發(fā)明除了保留現(xiàn)有的儲能調(diào)相電機(jī)的功能外將具備更加強(qiáng)大的功能，可分別或同時實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償、并聯(lián)補(bǔ)償、移相控制、阻抗模擬和實(shí)時控制傳輸線路潮流等多種不同的功能，從而提高線路傳輸能力、穩(wěn)定性及阻尼系統(tǒng)振蕩，對電力系統(tǒng)快速變化的運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)實(shí)施有效的快速調(diào)控，確保電力系統(tǒng)在各種工況下的安全、經(jīng)濟(jì)、高效、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。具體而言，本發(fā)明可以在如下方面產(chǎn)生明顯效果：