一种用于配电系统的储能型功率调节器及配电系统 |
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| 申请号 | CN201710437720.8 | 申请日 | 2017-06-12 | 公开(公告)号 | CN107248750A | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 国家电网公司; 国网湖南省电力公司; 国网湖南省电力公司电力科学研究院; | 发明人 | 张坤; 杨成; 申浩平; 肖涛; 卿曦; 周滨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于配电系统的储能型功率调节器及配电系统，储能型功率调节器包括第一双绕组自耦 变压器 、第二双绕组 自耦变压器 以及储能型链式功率调节单元，所述储能型链式功率调节单元由储能型链式功率调节支路构成，储能型链式功率调节支路由依次 串联 的第一单相全桥AC‑DC变换器、第一双向DC‑DC变换器，储能装置、第二双向DC‑DC变换器、第二单相全桥DC‑AC变换器构成；配电系统包括 配电变压器 和负载，配电变压器低压侧的A相、B相以及B相、C相之间均连接有前述储能型功率调节器。本发明能够平衡配电变压器三相 电流 ，提高变压器利用率，动态补偿负载 无功功率 ，提高配网功率因数，快速补偿负载有功功率，提高负载供电可靠性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于配电系统的储能型功率调节器，其特征在于：包括第一双绕组自耦变压器（11）、第二双绕组自耦变压器（13）以及储能型链式功率调节单元（12），所述储能型链式功率调节单元（12）连接于第一双绕组自耦变压器（11）、第二双绕组自耦变压器（13）之间，所述储能型链式功率调节单元（12）由两条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器（121）、第一双向DC-DC变换器（122），储能装置（123）、第二双向DC-DC变换器（124）、第二单相全桥DC-AC变换器（125）构成，且位于链首的第一单相全桥AC-DC变换器（121）、位于链尾的第一单相全桥AC-DC变换器（121）的出线端子和第一双绕组自耦变压器（11）的低压绕组对应的出线端子相连，位于链首的第二单相全桥DC-AC变换器（125）、位于链尾的第二单相全桥DC-AC变换器（125）的出线端子和第二双绕组自耦变压器（13）的低压绕组对应的出线端子相连，第一双绕组自耦变压器（11）、第二双绕组自耦变压器（13）的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端、另一个出线端子接地。 |
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| 说明书全文 | 一种用于配电系统的储能型功率调节器及配电系统技术领域背景技术[0002] 目前，我国的配电交流系统一般都采用三相对称的供电运行方式。然而，实际所供带的负荷则含有大量的单相负荷，且存在三单相负荷分配不合理的现象，从而致使配电系统出现三相负荷不对称运行的状况，由此也会产生一系列的不良影响，例如：降低了三相变压器的利用率，增加了变压器和电力线路的功率损耗，造成了三相电压不平衡影响到设备的正常运行。此外，为提高供电可靠性，一般的重要用户都采用了双电源供电方式。其中，主备电源在切换过程中，为避免冲击电流，一般均设定了一定的延时时间，这将对用户的供电可靠性造成不利的影响。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于配电系统的储能型功率调节器及配电系统，不仅可以平衡配电变压器三相电流，而且还能实现主备电源在切换过程中保持对用户的不间断供电。 [0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一方面，作为具有两条以上储能型链式功率调节支路的通用实例，本发明提供一种用于配电系统的储能型功率调节器，包括第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器以及储能型链式功率调节单元，所述储能型链式功率调节单元连接于第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器之间，所述储能型链式功率调节单元由两条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器、第一双向DC-DC变换器，储能装置、第二双向DC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器构成，且位于链首的第一单相全桥AC-DC变换器、位于链尾的第一单相全桥AC-DC变换器的出线端子和第一双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，位于链首的第二单相全桥DC-AC变换器、位于链尾的第二单相全桥DC-AC变换器的出线端子和第二双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端、另一个出线端子接地。 [0005] 优选地，所述位于链首的第一单相全桥AC-DC变换器的出线端子和第一双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子之间串联有第一单相滤波电感。 [0006] 优选地，所述位于链首的第二单相全桥DC-AC变换器的出线端子和第二双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子之间串联有第二单相滤波电感。 [0010] 另一方面，作为具有单条储能型链式功率调节支路的特例，本发明还提供一种用于配电系统的储能型功率调节器，包括第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器以及储能型链式功率调节单元，所述储能型链式功率调节单元连接于第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器之间，所述储能型链式功率调节单元由一条储能型链式功率调节支路构成，所述储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器、第一双向DC-DC变换器，储能装置、第二双向DC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器构成，且所述第一单相全桥AC-DC变换器的出线端子和第一双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，所述第二单相全桥DC-AC变换器的出线端子和第二双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子相连，第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端、另一个出线端子接地。 [0011] 优选地，所述第一单相全桥AC-DC变换器的出线端子和第一双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子之间串联有第一单相滤波电感。 [0012] 优选地，所述第二单相全桥DC-AC变换器的出线端子和第二双绕组自耦变压器的低压绕组对应的出线端子之间串联有第二单相滤波电感。 [0013] 另一方面，本发明还提供一种配电系统，包括配电变压器和负载，所述配电变压器低压侧的三相线路与负载相连，所述配电变压器低压侧的三相线路的A相、B相之间以及B相、C相之间均连接有前述用于配电系统的储能型功率调节器。 [0014] 本发明用于配电系统的储能型功率调节器具有下述优点：1、本发明包括第一双绕组自耦变压器、第二双绕组自耦变压器以及储能型链式功率调节单元，储能型链式功率调节单元由两条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构，储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器、第一双向DC-DC变换器，储能装置、第二双向DC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器构成，通过调节第一单相全桥AC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器的工作状态，能够快速动态地补偿各储能型功率调节器两个输出端单相负荷的无功功率，从而提高配电网的功率因数。 [0015] 2、本发明的储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器、第一双向DC-DC变换器，储能装置、第二双向DC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器构成，通过调节第一单相全桥AC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器的工作状态，并结合储能装置，能够实现在配电系统主备电源切换时，为重要电力用户提供快速连续的不间断电能支撑。 [0016] 3、本发明的储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器、第一双向DC-DC变换器，储能装置、第二双向DC-DC变换器、第二单相全桥DC-AC变换器构成，通过控制第一双向DC-DC变换器、第二双向DC-DC变换器的工作状态，能够控制储能装置的有功功率输出，从而保证直流母线电压的稳定以及整个储能型链式功率调节器的正常运行。 [0017] 本发明的配电系统具有下述优点：本发明的配电系统包括配电变压器和负载，所述配电变压器低压侧的三相线路与负载相连，所述配电变压器低压侧的三相线路的A相、B相之间以及B相、C相之间均连接有本发明用于配电系统的储能型功率调节器，同样也具有本发明用于配电系统的储能型功率调节器的前述优点，且能够实现在三相负荷不对称时，快速动态地平衡配电变压器出口的三相电流，从而提高电网的三相电压平衡度。附图说明 [0018] 图1为本发明实施例一的结构示意图。 [0019] 图2为本发明实施例二的结构示意图。 [0020] 图例说明：1、储能型功率调节器；11、第一双绕组自耦变压器；12、储能型链式功率调节单元；121、第一单相全桥AC-DC变换器；122、第一双向DC-DC变换器；123、储能装置；124、第二双向DC-DC变换器；125、第二单相全桥DC-AC变换器；126、第一单相滤波电感；127、第二单相滤波电感；13、第二双绕组自耦变压器；2、配电变压器；3、负载。 具体实施方式[0021] 实施例一：参见图1，本实施例用于配电系统的储能型功率调节器包括第一双绕组自耦变压器11、第二双绕组自耦变压器13以及储能型链式功率调节单元12，储能型链式功率调节单元12连接于第一双绕组自耦变压器11、第二双绕组自耦变压器13之间，储能型链式功率调节单元 12由两条以上的储能型链式功率调节支路首尾相连呈链状结构。 [0022] 参见图1，储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器121、第一双向DC-DC变换器122，储能装置123、第二双向DC-DC变换器124、第二单相全桥DC-AC变换器125构成，且位于链首的第一单相全桥AC-DC变换器121、位于链尾的第一单相全桥AC-DC变换器121的出线端子（e和f）和第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子（c和d）相连，位于链首的第二单相全桥DC-AC变换器125、位于链尾的第二单相全桥DC-AC变换器125的出线端子（q和r）和第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子（s和t）相连，第一双绕组自耦变压器11、第二双绕组自耦变压器13的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端（a和u）、另一个出线端子接地（b和v）。 [0023] 本实施例用于配电系统的储能型功率调节器能够起到提高变压器利用率，动态补偿负载无功功率，提高配网功率因数，快速补偿负载有功功率，提高负载供电可靠性等作用。 [0024] 需要说明的是，本实施例中以N（N≥3）条以上的储能型链式功率调节支路进行示例性说明，毫无疑问，储能型链式功率调节支路的数量也可以根据需要采用一个或两个，其原理与本实施例相同，因此其数量N可以延伸为N≥1。 [0025] 参见图1，本实施例中第一单相全桥AC-DC变换器121的直流端口g1～gN分别与对应的第一双向DC-DC变换器122高压绕组h1～hN相连，第一双向DC-DC变换器122的低压绕组i1～iN分别与储能装置123的一个端口j1～jN相连，储能装置123的另一个端口k1～kN分别与第二双向DC-DC变换器124的低压绕组l1～lN相连，第二双向DC-DC变换器124的高压绕组o1～oN分别与对应的第二单相全桥DC-AC变换器125的直流端口p1～pN相连。 [0026] 参见图1，以第一条储能型链式功率调节支路为例：第一单相全桥AC-DC变换器121交流侧的一个出线端子e和第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子c相连、另一个出线端子则与第二条储能型链式功率调节支路的第一单相全桥AC-DC变换器121交流侧的一个出线端子串联，最终由第N条储能型链式功率调节支路的第一单相全桥AC-DC变换器121交流侧的出线端子f串联第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子d；第一单相全桥AC-DC变换器121的直流侧端口g1和第一双向DC-DC变换器122的高压绕组h1相连，第一双向DC-DC变换器122的低压绕组i1与储能装置123的一个端口j1相连，储能装置123的另一个端口k1与第二双向DC-DC变换器124的低压绕组l1相连，第二双向DC-DC变换器 124的高压绕组o1与第二单相全桥DC-AC变换器125的直流端口p1相连，第二单相全桥DC-AC变换器125的交流侧的一个出线端子q和第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子s相连、另一个出线端子则和第二条储能型链式功率调节支路的第二单相全桥DC-AC变换器125交流侧的一个出线端子串联，最终由第N条储能型链式功率调节支路的第二单相全桥DC-AC变换器125交流侧的出线端子r连接第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子t。 [0027] 参见图1，位于链首的第一单相全桥AC-DC变换器121的出线端子e和第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子c之间串联有第一单相滤波电感126。 [0028] 参见图1，位于链首的第二单相全桥DC-AC变换器125的出线端子q和第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子s之间串联有第二单相滤波电感127。 [0029] 本实施例中，储能装置123为超级电容器、锂电池或者蓄电池。 [0030] 本实施例中，第一单相全桥AC-DC变换器121、第一双向DC-DC变换器122、第二双向DC-DC变换器124、第二单相全桥DC-AC变换器125均为基于全控开关器件的功率变换器。 [0031] 本实施例中，全控开关器件为绝缘栅双极型功率管IGBT、电子注入增强栅晶体管IEGT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO中的一种。 [0032] 本实施例用于配电系统的储能型功率调节器能够起到平衡配电变压器三相电流，提高变压器利用率，动态补偿负载无功功率，提高配网功率因数，快速补偿负载有功功率，提高负载供电可靠性等作用如图1所示，本实施例的配电系统包括配电变压器2和负载3，配电变压器2低压侧的三相线路与负载3相连，配电变压器2低压侧的三相线路的A相、B相之间以及B相、C相之间均连接有本实施例用于配电系统的储能型功率调节器1。通过控制A相侧的第一单相全桥AC-DC变换器121的工作状态、B相侧的第二单相全桥AC-DC变换器125的工作状态、B相侧的第一单相全桥AC-DC变换器121的工作状态、C相侧的第二单相全桥AC-DC变换器125的工作状态，能够实现在三相负荷不对称时，快速动态地平衡配电变压器出口的三相电流，从而提高电网的三相电压平衡度，能够起到提高变压器利用率，动态补偿负载无功功率，提高配网功率因数，快速补偿负载有功功率，提高负载供电可靠性等作用。 [0033] 参见图1，本实施例中A相、B相之间连接有储能型功率调节器1#1，B相、C相之间连接有储能型功率调节器1#2，储能型功率调节器1#1和储能型功率调节器1#2结构完全相同，故由于篇幅限制，图1中已省略储能型功率调节器1#2的结构。 [0034] 实施例二：本实施例与实施例一基本相同，其主要不同点为储能型链式功率调节支路的数量不同。 [0035] 如图2所示，本实施例用于配电系统的储能型功率调节器，包括第一双绕组自耦变压器11、第二双绕组自耦变压器13以及储能型链式功率调节单元12，储能型链式功率调节单元12连接于第一双绕组自耦变压器11、第二双绕组自耦变压器13之间，储能型链式功率调节单元12由一条储能型链式功率调节支路构成，储能型链式功率调节支路由依次串联的第一单相全桥AC-DC变换器121、第一双向DC-DC变换器122，储能装置123、第二双向DC-DC变换器124、第二单相全桥DC-AC变换器125构成，且第一单相全桥AC-DC变换器121的出线端子和第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子相连，第二单相全桥DC-AC变换器125的出线端子和第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子相连，第一双绕组自耦变压器11、第二双绕组自耦变压器13的高压绕组均为一个出线端子分别作为储能型功率调节器的输出端、另一个出线端子接地。 [0036] 参见图2，第一单相全桥AC-DC变换器121交流侧的一个出线端子e和第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子c相连、另一个出线端子f串联第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子d；第一单相全桥AC-DC变换器121的直流侧端口g1和第一双向DC-DC变换器122的高压绕组h1相连，第一双向DC-DC变换器122的低压绕组i1与储能装置123的一个端口j1相连，储能装置123的另一个端口k1与第二双向DC-DC变换器124的低压绕组l1相连，第二双向DC-DC变换器124的高压绕组o1与第二单相全桥DC-AC变换器125的直流端口p1相连，第二单相全桥DC-AC变换器125的交流侧的一个出线端子q和第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子s相连、另一个出线端子r连接第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子t。 [0037] 本实施例中，第一单相全桥AC-DC变换器121的出线端子和第一双绕组自耦变压器11的低压绕组对应的出线端子之间串联有第一单相滤波电感126。 [0038] 本实施例中，第二单相全桥DC-AC变换器125的出线端子和第二双绕组自耦变压器13的低压绕组对应的出线端子之间串联有第二单相滤波电感127。 [0039] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
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