[實用新型]基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統

無效

• 申請號: 200720084627.5
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN201041944Y
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 康勇;鄒旭東;段善旭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P9/14;H02K7/02;H01F27/28;H02J3/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本實用新型屬于飛輪儲能技術和柔性交流輸電技術，具體涉及一種基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統，包括雙饋型飛輪儲能電機、交流勵磁電源和監控裝置。

背景技術

在目前的電力系統中，由于沒有大容量快速存取電能的器件，電能的生產和消費必須時刻基本保持在機-電功率平衡狀態。一旦系統受到擾動引起動態功率失衡，就可能對系統的穩定性構成威脅，嚴重的機-電功率失衡會導致系統崩潰。

為了解決這個問題，目前常用的方法是使用繼電保護和安全穩定控制裝置，在系統故障時進行切機、切負荷或系統解列等操作，以盡量緩解系統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事先通過大量離線計算得到的事故處理表進行處理，因此不可能能完全符合故障發生時系統的實際情況，當然也不一定能夠完全補償因故障引起的不平衡功率。我們將這種穩定控制措施稱為“被動致穩”。

正是因為動態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的運行技術取得了很大的發展，但是仍然不能避免大電網瓦解事故的發生，尤其是2003年8月以后，世界范圍內連續發生了幾次大停電，不僅在經濟上造成了巨大的損失，而且給人民生活和社會穩定帶來了危害，電網安全已關系到國家安全。

現有的電網結構日益復雜，同時運行與調度方面的不協調，會造成電網中的潮流分布不合理，使得輸電網在功率輸送中常常出現環流功率振蕩、功率繞送以及功率倒流等現象，這些問題造成大互聯電網中大量電能損耗或被迫降低電網的輸送能力，甚至造成電力系統的災變，使整個系統的運行和調度受到很大的影響，不能滿足超大規模輸配電和電網安全保障的要求。

為從功率平衡這一根本上提高電力系統運行的可靠性和穩定性，華中科技大學已經提出了一種儲能調相電機(公開號為CN1595772A，公開日為2005年3月16日)。該裝置以電力系統現有的同步調相機為基礎，通過對電機結構進行改進，增大轉子的轉動慣量用以儲存電能，同時采用交流勵磁技術和微機監控技術，使電機的電能能夠快速高效地儲存和釋放，構成一種具有儲能、發電和調相功能的電力柔性調控裝置。該儲能調相電機解決了功率平衡問題，但并未涉及調控輸電線路潮流實現系統潮流的最優分配、抑制線路對地短路后引發的功率振蕩、系統節點電壓支撐以及保證輸電線路輸送容量接近熱穩定極限等問題。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統，它具備儲能、發電、同步調相、穩定節點電壓、改變線路阻抗抑制振蕩以及調控線路潮流功能，可主要應用于電力系統潮流控制和動態穩定性控制，能對電力系統快速變化的運行工況和運行參數實施有效的快速調控，確保電力系統在各種工況下的安全、經濟、高效、優質運行。

本實用新型提出了一種基于飛輪儲能的柔性交流輸電系統，包括雙饋型飛輪儲能電機、交流勵磁電源和監控裝置，交流勵磁電源包括并聯側變換器、串聯側變換器和電容，并聯側變換器和串聯側變換器均為三相電壓源型脈寬調制變換器，并聯側變換器的交流端與雙饋型飛輪儲能電機的轉子繞組連接，并聯側變換器的兩直流端和串聯側變換器的兩直流端分別與電容兩端連接，監控裝置用于對并聯側變換器和串聯側變換器實施監控，并監控輸電線路電壓和潮流，其特征在于：該系統還包括串聯變壓器和反并聯雙向晶閘管，串聯變壓器的原方繞組與串聯側變換器的交流端連接，串聯變壓器副方繞組的兩端與反并聯雙向晶閘管兩端連接，串聯變壓器的副方繞組的一端與雙饋型飛輪儲能電機的定子繞組連接，監控裝置用于監控反并聯雙向晶閘管，通過控制反并聯雙向晶閘管的連通狀態實現旁路保護。

并聯側變換器由全控型功率開關元件和電感構成，全控型功率開關元件組成第一三相全橋結構，三相橋臂中點與雙饋型飛輪儲能電機的轉子繞組通過三相電感相連。

串聯側變換器由全控型功率開關元件和電感電容低通濾波器構成，全控型功率開關元件組成第二三相全橋結構，三相橋臂中點與串聯變壓器的原方繞組通過三相電感電容低通濾波器相連。

作為本實用新型的優化，串聯變壓器的原方繞組接成三角形。

本實用新型除了保留現有的儲能調相電機的功能外將具備更加強大的功能，可分別或同時實現串聯補償、并聯補償、移相控制、阻抗模擬和實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、穩定性及阻尼系統振蕩，對電力系統快速變化的運行工況和運行參數實施有效的快速調控，確保電力系統在各種工況下的安全、經濟、高效、優質運行。具體而言，本實用新型可以在如下方面產生明顯效果：