一种直流装置的高电位送能装置和高电位供能系统 |
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| 申请号 | CN201710390639.9 | 申请日 | 2017-05-27 | 公开(公告)号 | CN107276429A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 全球能源互联网研究院; 国家电网公司; 国网浙江省电力公司; | 发明人 | 汤广福; 高冲; 高阳; 周万迪; 陈龙龙; 贺之渊; 魏晓光; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种直流装置的高电位送能装置和高电位供能系统，高电位送能装置包括交流电源和 能量 传输模 块 ，高电位供能系统包括高电位送能装置和终端 电路 ；能量传输模块包括至少两条相同的能量传输路径；能量传输路径包括电容组，电容组包括电容；交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接终端电路的输入端，终端电路的输出端连接直流装置。本发明提供的直流装置的高电位送能装置和高电位供能系统可以提高直流装置的功率因数，降低无功带来的额外损耗，提高装置的能量传输效率，且本发明提供的技术方案造价低，技术难度小，应用广泛。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种直流装置的高电位送能装置，其特征在于，包括交流电源和能量传输模块；所述能量传输模块包括至少两条相同的能量传输路径；所述能量传输路径包括电容组，所述电容组包括电容； |
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| 说明书全文 | 一种直流装置的高电位送能装置和高电位供能系统技术领域[0001] 本发明涉及高电位供能技术，具体涉及一种直流装置的高电位送能装置和高电位供能系统。 背景技术[0002] 随着基于电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)的多端柔性直流以及直流电网技术的发展与应用，各类直流装置如高压直流断路器、高压DC/DC变换器、高压直流测量传感器等开始被逐步应用。直流装置大多与高压直流线路相连或位于高电位，运行过程中直流装置自身内部需要消耗电能。此前，解决高电位直流装置耗能问题的方法主要有：方法1)：直流装置通过高压直流线路直接取能；方法2)：供能装置将能量传输至直流装置。上述的方法1)通常是在交流线路中使用，利用电流互感器(Current transformer，CT)的取能原理，从交流线路的交流电流中获取能量，当交流线路中没有能量时，直流装置将无法工作。上述的方法2)不采集直流装置所在的高压直流线路上的能量，而是将能量通过介质或通道输送至直流装置，具体采取的措施包括采用隔离变压器将低电位的电能传输至直流装置，或采用激光、锂电池、风能、光能等方式使位于直流装置接收到能量，以维持直流装置正常运行。上述的隔离变压器送能方式需要解决高低电位的隔离问题，随着直流电压的提升，干式隔离变压器难以解决长期耐压带来的局部放电和绝缘性能降低问题，研制难度极大，成本高。 发明内容[0003] 为了解决上述现有技术中存在的价格高、技术难度大的问题，本发明提供一种直流装置的高电位送能装置和高电位供能系统，实现了基于电容隔离的高电位供能，该高电位供能系统构成简单，易于实现，且造价低，技术难度小，可以提高直流装置的功率因数，降低无功带来的额外损耗，提高装置的能量传输效率，且本发明提供的技术方案造价低，技术难度小，应用广泛。 [0004] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案： [0005] 本发明提供一种直流装置的高电位送能装置，包括交流电源和能量传输模块；所述能量传输模块包括至少两条相同的能量传输路径；所述能量传输路径包括电容组，所述电容组包括电容； [0006] 所述交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，所述能量传输模块的输出端连接直流装置。 [0007] 所述交流电源包括交流电网、变压器或逆变器。 [0008] 所述逆变器包括正弦波逆变器、方波逆变器或阶梯波逆变器； [0009] 所述逆变器的输出频率包括工频、低频或高频； [0010] 所述变压器包括单相变压器或三相变压器。 [0012] 所述直流断路器包括机械式直流断路器、固态式直流断路器或混合式直流断路器； [0013] 所述直流变压器用于实现不同直流电压等级的变换； [0014] 本发明还提供一种直流装置的高电位供能系统，包括高电位送能装置和终端电路；所述高电位送能装置的输出端连接终端电路的输入端，所述终端电路的输出端连接直流装置。 [0015] 所述终端电路包括无源器件组成的电路、变压器、AC/AC变换器、AC/DC变换器、CT磁环中的一种或至少两种。 [0016] 所述终端电路的电气中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合的连接方式连接至高电位。 [0017] 所述直流线路检测装置用于检测直流线路的电流。 [0018] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果： [0019] 1、本发明提供的高电位送能装置主要包括交流电源和能量传输模块；交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接直流装置，最终实现基于电容隔离的直流装置的高电位送能，该高电位送能装置构成简单，易于实现，造价低，技术难度小，在技术和经济上优势明显； [0020] 2、本发明提供的高电位供能系统主要包括交流电源、能量传输模块和终端电路；交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接终端电路的输入端，终端电路的输出端连接直流装置，最终在高电位送能的基础上实现基于电容隔离的直流装置的高电位供能，该高电位供能系统构成简单，易于实现，造价低，技术难度小； [0021] 3、本发明提供的技术方案可有效解决不同直流电位间的能量传输难题，尤其可解决位于高压直流线路上直流装置的送能问题； [0022] 4、本发明提供的高电位供能装系统可以提高直流装置的功率因数，降低无功带来的额外损耗，提高直流装置的能量传输效率； [0023] 4、本发明提供的高电位供能装系统中的电容巧妙实现了高低电位的隔离，如果用隔离变压器的话电压太高会出现技术瓶颈； [0024] 5、本发明提供的高电位供能装系统可应用至不同电压等级直流电网的直流装置及装置供能场合，包含传统特高压直流电网； [0025] 6、本发明提供的高电位供能装系统中，采用终端电路中点经阻抗连接至高电位方式时，由于送能装置所含电容放电需要经过阻抗，因此本发明提供的高电位供能装系统可以有效降低由于直流线路短路故障时引起的直流故障电流。附图说明 [0026] 图1是本发明实施例1中直流装置的高电位供能系统结构图； [0027] 图2是本发明实施例2中直流装置的高电位供能系统结构图； [0028] 图3是本发明实施例3中直流装置的高电位供能系统结构图； [0029] 图4是本发明实施例4中直流装置的高电位送能装置结构图。 具体实施方式[0030] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 [0031] 实施例1 [0032] 本发明实施例1提供的直流装置的高电位供能装置具体结构图如图1所示，其主要包括交流电源、能量传输模块和终端电路；上述的交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接终端电路的输入端，终端电路的输出端连接直流装置。 [0033] 上述的交流电源可以为流电网、变压器或逆变器，上述的逆变器可以为正弦波逆变器、方波逆变器或阶梯波逆变器，且上述逆变器的输出频率可以为工频、低频或高频； [0034] 交流电源若为变压器，该变压器可以为单相变压器，也可以为三相变压器。 [0035] 上述的交流电源输出电压的中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合中的任一一种连接方式连接至低电位。 [0036] 能量传输模块包括多条相同的能量传输路径，每条能量传输路径包括电容组，电容组又包括电容，这样就可以实现电容隔离层次上的供能。 [0037] 上述的终端电路可以包括无源器件组成的电路、变压器、AC/AC变换器、AC/DC变换器、CT磁环中的一种或至少两种。 [0038] 本实施例1采用的终端电路的电气中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合中的任一一种连接方式连接至高电位(即连接至直流装置)。 [0039] 本发明实施例1提供的高电位供能系统工作过程如下： [0040] 1)交流电电源作用于能量传输路径和终端电路形成交流电流，流经能量传输路径和终端电路，位于高电位的终端电路将电能转化为直流装置需要的电能形式； [0041] 2)为了提高送能的功率因数，减少无功带来的损耗，可在终端电路匹配感抗，抵消由于电容在电路中产生的无功功率，以提高功率因数。 [0042] 3)采用闭环控制时，可调节量包括交流电源幅值和频率，或者终端电路的等效阻抗； [0043] 4)如果交流电源和负载处于2个不同的直流电位平台，则两者中点连接于各自的2个直流电位，2者间的直流电压主要由包含电容的传输路径耐受，可以平衡各条传输路径的电压和电流。 [0044] 实施例2 [0045] 本发明实施例2提供的直流装置的高电位供能系统具体结构图如图2所示，其主要包括交流电源、能量传输模块和终端电路，该终端电路为单相变压器。上述的交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接终端电路的输入端，终端电路的输出端连接直流装置。 [0046] 上述的交流电源可以为流电网、变压器或逆变器，上述的逆变器可以为正弦波逆变器、方波逆变器或阶梯波逆变器，且上述逆变器的输出频率可以为工频、低频或高频； [0047] 交流电源若为变压器，该变压器可以为单相变压器，也可以为三相变压器。 [0048] 上述的交流电源输出电压的中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合中的任一一种连接方式连接至低电位。 [0049] 能量传输模块包括两条相同的能量传输路径，每条能量传输路径包括电容组，电容组又包括电容，这样就可以实现电容隔离层次上的供能。 [0050] 本实施例2采用的终端电路为单相变压器，且终端电路的电气中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合中的任一一种连接方式连接至高电位(即连接至直流装置)。 [0051] 本发明实施例2提供的高电位供能系统的输出电流如下式： [0052] i＝UAC/2ZC+Zload [0053] 其中，i表示高电位供能系统的输出电流，UAC表示交流电源提供的电压，ZC表示单条能量传输路径的阻抗，Zload表示终端电路与负载的等效阻抗。 [0054] 本发明实施例2提供的高电位供能系统工作过程如下： [0055] 1)交流电电源作用于能量传输路径和终端电路形成交流电流，流经能量传输路径和终端电路，位于高电位的终端电路将电能转化为直流装置需要的电能形式； [0056] 2)为了提高送能的功率因数，减少无功带来的损耗，可在终端电路匹配感抗，抵消由于电容在电路中产生的无功功率，以提高功率因数。 [0057] 3)采用闭环控制时，可调节量包括交流电源幅值和频率，或者终端电路的等效阻抗； [0058] 4)如果交流电源和负载处于2个不同的直流电位平台，则两者中点连接于各自的2个直流电位，2者间的直流电压主要由包含电容的传输路径耐受，可以平衡各条传输路径的电压和电流。 [0059] 实施例3 [0060] 本发明实施例3提供的直流装置的高电位供能系统具体结构图如图3所示，其主要包括交流电源、能量传输模块和终端电路，该终端电路为三相变压器。 [0061] 交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接终端电路的输入端，终端电路的输出端连接直流装置。 [0062] 上述的交流电源可以为流电网、变压器或逆变器，上述的逆变器可以为正弦波逆变器、方波逆变器或阶梯波逆变器，且上述逆变器的输出频率可以为工频、低频或高频； [0063] 交流电源若为变压器，该变压器可以为单相变压器，也可以为三相变压器。 [0064] 交流电源输出电压的中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合中的任一一种连接方式连接至低电位。 [0065] 能量传输模块包括三条相同的能量传输路径，每条能量传输路径包括电容组，电容组又包括电容，这样就可以实现电容隔离层次上的供能。 [0066] 终端电路的电气中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合的连接方式连接至高电位(即连接至直流装置)。 [0067] 本发明实施例3提供的高电位供能系统工作过程如下： [0068] 1)交流电电源作用于能量传输路径和终端电路形成交流电流，流经能量传输路径和终端电路，位于高电位的终端电路将电能转化为直流装置需要的电能形式； [0069] 2)为了提高送能的功率因数，减少无功带来的损耗，可在终端电路匹配感抗，抵消由于电容在电路中产生的无功功率，以提高功率因数。 [0070] 3)采用闭环控制时，可调节量包括交流电源幅值和频率，或者终端电路的等效阻抗； [0071] 4)如果交流电源和负载处于2个不同的直流电位平台，则两者中点连接于各自的2个直流电位，2者间的直流电压主要由包含电容的传输路径耐受，可以平衡各条传输路径的电压和电流。 [0072] 实施例4 [0073] 本发明实施例4还提供另一种直流装置的高电位送能装置，具体结构图如图4所示，主要包括交流电源和能量传输模块；其中的交流电源的输出端连接能量传输模块的输入端，能量传输模块的输出端连接直流装置。 [0074] 上述的交流电源可以为流电网、变压器或逆变器，上述的逆变器可以为正弦波逆变器、方波逆变器或阶梯波逆变器，且上述逆变器的输出频率可以为工频、低频或高频； [0075] 交流电源若为变压器，该变压器可以为单相变压器，也可以为三相变压器。 [0076] 交流电源输出电压的中点通过直接连接、经电阻连接、经电感连接或经电阻与电感组合的连接方式连接至低电位。 [0077] 能量传输模块包括至少两条相同的能量传输路径，每条能量传输路径包括电容组，电容组又包括电容，这样就可以实现电容隔离层次上的供能。 |
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