直流智能电网专利检索-电力机车机车机车车辆专利检索查询-专利查询网

直流智能电网

阅读：232发布：2023-03-04

专利汇可以提供直流智能电网专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且因风力发电引出的电网变革。由于风力的随机和波动，风电设备造价高昂，交流电网的复杂，负荷的不受控，造成风电事业空前的困难。称风电需火电来稀释，显然风电似毒药。仅从风电设备角度研究问题是没有出路的，要从包括电网、负荷的整个系统来分析。风电设备要尽可能简单，通过并联进而数个风电场连接起来，互相补充来抑制波动，能量汇总后(约并联设备容量10％)再进行变换入网，可大大降低造价。如果不入交流网将变换资源移至用户变频器，一举两得，此时使用了直流到用户的直流电网。相同资源直流通过的功率是交流的二至四倍，并且交流变电成本低的观点也要改写。直流电网经多端控制可连接数个不同步的交流电网，电气化机车牵引电网采用直流可实现贯通供电，机车变流器也变得简单。负荷检测输入电压，电压较高时增加取电。，下面是直流智能电网专利的具体信息内容。

权利要求

1.直流智能电网，其特征在于：由电源、输电线、变换器、负荷、电网控制器等组成，电源从动力资源划分为可控资源和不可控资源，可控资源为火力、核能、水力、潮汐能、生物质能等，本发明中还包括从其它电网输入的电力，不可控资源为风力、太阳能等，本发明中还包括从其它电网因经济、安全的原因随机输入的电力，电源从形态上分为交流电源和直流电源，除光伏发电等为直流电源外，多数电源为交流电源，交流电源要经过整流接入直流智能电网，直流电源可直接接入直流智能电网，也可为了适应波动经整流器接入直流智能电网，直流智能电网尽可能多地接受电源，并且供需双方在电量交易系统博弈下优化分配可控资源和不可控资源，输电线采用单极性或双极性的直流电缆或直流架空输电线，变换器为直/ 直变换器、直/ 交变换器和交/ 直变换器，从电源、输电线到负荷要经过数级变换器，在直流智能电网中尽可能减少级数，负荷分为传统负荷和智能负荷，智能负荷可汲取随机和波动部分的电能，直流智能电网尽可能多地接受负荷特别是智能负荷，电网控制器由主机、气象数据接口、电量交易系统数据接口、电网调节执行通讯接口、数据记录器等组成。
2.根据权利要求1 所述的直流智能电网，其特征在于：所述风力发电机由数个交流发电机单元组成，交流发电机单元为独立的无刷励磁( 包括但不限于旋转整流器、永磁、或副定子直流经副转子“旋转变压器”感应) 或有刷励磁的多极、多相、多绕组、多重化移相交流发电机，所述多极、多相、多绕组、多重化移相交流发电机：“多极”用于提高发电机输出频率；“多相”用于大功率发电机分散电流压力提高力矩平衡灵活性并增加冗余可靠性；“多绕组”用于方便多重化移相和化解串联高压整流器反向截止均压难题并增加冗余可靠性；
“多重化移相”用于减小电机电流谐波和降低直流电压波动，且为发电机提供稳定的阻力矩，所述“多极”当动力机械设有增速器时可降低极数，所述“多相”当发电机设计力求简单时可降低相数如三相，所述“多绕组”当发电机设计力求简单时可降低绕组数或不分组，所述“多重化”当发电机绕组空间位置可代替时可不设多重化，各交流发电机单元轴向排列，经绝缘法兰盘或绝缘子分别将转子和定子连接固定，成为各转子相互绝缘并且同轴固定、各定子相互绝缘固定且错开一个机械角度的发电机组，多单元用于提高输出电压，改善气动特性，各定子错开角度强化了减小电机电流谐波和降低直流电压波动的效果，多单元、多极、多相、多绕组、多重化移相的综合效果要求各输出绕组间隔电角度一致，输出幅值相等，相邻绕组间耐压一致、排列不交错，提高机组输出电压，各整流桥交流侧接风力发电机组的多个单元、以及多极、多相、多绕组、多重化移相绕组输出，直流侧同极性顺序串联成直流高压连接直流输电线，整流桥直流侧也可提供交流发电机单元励磁；整流桥就近绕组安装，与定子结构配合，连线简洁。
3.根据权利要求1 所述的直流智能电网，其特征在于：所述直/ 直变换器其变换方法采取以下步骤：a、将输入的高电压直流电变换为M譔路，彼此相互独立的中间交流电，其中M 为各输入首尾相连在高电压直流侧的变换单元个数；N 为每个单元输出路数，b、对各路中间交流电进行整流，形成相同路数的中间直流电，c、M 个变换单元的对应中间直流进行并联，在负荷电流作用下形成负反馈以保持各变__换单元输入的均压；亦可根据检测输入电压调整频率和占空比，保持各变换单元输入的均压，d、因保持各变换单元输入的均压，保证了变换单元工作的稳定，e、对各路中间直流电进行串并组合，并保持同一极性，实现直/ 直变换，执行直/ 直变换器变换方法的直/ 直变换器装置为：a、变换单元由支撑电容、可关断电力电子元件、脉冲变压器、整流器、控制器组成，可关断电力电子元件组成H 桥逆变器，变换单元输入并联支撑电容及逆变器输入，逆变器输出接脉冲变压器原边，脉冲变压器副边接整流器，整流器输出接变换单元输出，控制器检测电信号并触发可关断电力电子元件，b、M 个变换单元输入串联，连接于高电压直流输入，M 的取值为“高电压直流电压/ 变换单元耐压”c、变换单元逆变器频率及占空比固定，各变换单元输出并联，当输入电压扰动升高时输出电压升高，导致这支电流高过并联的其它分支，导致变换单元输入阻抗下降，导致串联的变换单元输入电压下降，产生各变换单元输入的均压效果；同理，当输入电压扰动降低时输出电压降低，导致这支电流低于并联的其它分支，导致变换单元输入阻抗增高，导致串联的变换单元输入电压上升，产生各变换单元输入的均压效果；或各变换单元输入接传感器，根据电压调整逆变器频率或占空比，产生各变换单元输入的均压效果，d、变换单元脉冲变压器有N 个副边，分别整流形成对应输出，各变换单元各对应输出全并联或部分并联或重叠并联，产生各变换单元输入的均压效果，N 的取值参考整流器耐压，e、各变换单元各对应输出经并联及串联，并保持同一极性，产生所需的直流电压，完成直/ 直变换，f、通过调整逆变器频率或占空比调整输出电压。
4.根据权利要求1 所述的直流智能电网，其特征在于：所述直/ 交变换器包含但不限于由直/ 直变换器、钳位整流器组、可关断电力电子元件及多电平控制器组成，直/ 直变换器各变换单元输入提供均压电位，直/ 直变换器输出提供辅助电源，钳位整流器组输入接各变换单元输入，钳位整流器组输出接串联可关断电力电子元件的节点上，使可关断电力电子元件保持均压，可关断电力电子元件组成单相或三相多电平桥臂，在多电平控制器控制下输出单相或三相交流电，并改变频率和电压，此变换方法构建无变压器结构高电压变频器，当交流电源输入时，经整流再进行直/ 交变换。
5.根据权利要求1、权利要求4 所述直流智能电网，其特征在于：所述钳位整流器组由整流器元件、散热器、导线排、结构固定件组成，本发明将散热器、导线排、结构固定件三合为一；所述可关断电力电子元件需散热器散热，需导线排、结构固定件，本发明将散热器、导线排、结构固定件三合为一，并与钳位整流器组相互连接成整体，经过弯角设计形成风道筒形，利于通风。
6.根据权利要求1、权利要求5 所述直流智能电网，其特征在于：所述直/ 交变换器包含“直流/ 多交流变换器”( 用于电力机车及轧钢机) 由直/ 直变换器、数个低电压逆变器组成，直/ 直变换器各变换单元输入提供均压电位，直/ 直变换器输出提供辅助电源，每段电位安置一台低压逆变器，拖动一台电机，可通过调节某台低压逆变器频率改变电流帮助保持均压，亦可调节某台低压逆变器桥臂短暂贯通强制保持均压。
7.根据权利要求1 所述直流智能电网，其特征在于：所述交/ 直变换器由多副边、多重化移相变压器各输出接整流桥交流侧，各整流桥直流侧同极性顺序串联成高压直流，其中一个整流桥改为可控整流桥，其余整流桥用开关通断变压器绕组，可实现连续调节输出电压。
8.根据权利要求1 所述直流智能电网，其特征在于：所述负荷从接受电压角度分为四类：1 类，仅接受标准电压；2 类，可接受高过标准电压15％左右，但功率不变，如灯具、印刷机等负荷；3 类，可接受高过标准电压15％左右，功率可相应提高，但无储能功能，如风扇、提水设备等负荷；4 类，可接受高过标准电压15％左右，功率可相应提高，且有储能功能，如空调、电冰箱、储能电热器、制冷制热中心等负荷，从接受时间角度分为二类：A 类，连续接受制；B 类，间歇接受制，1A、1B 为传统负荷；3A、4A、2B、3B、4B 为智能负荷，智能负荷输入端增加电压检测器或电压比较器，电压较高时进入增加负荷和储能运行。
9.根据权利要求1 所述直流智能电网，其特征在于：所述气象数据为权威机构发布的与直流智能电网相关区域的风力、风向、温度、湿度、雨、雪、霜、雾等关乎直流智能电网电源和负荷的时段数据，所述电量交易系统将不同归属的电力生产者、使用者、相关专业人士、投资人凝聚在追求清洁能源及使用效率的平台上，通过集合竞价合理供应和使用各时段的电力资源，风电企业通过购买某时段电能期货，来提高风电供应质量；也可通过强大的竞争实力把可控电能推到风力薄弱区段，所述电网调节执行机构根据电网控制器的指令，对电网进行调节，完成电量交易形成的供求关系，所述数据记录器将长期记录各种历史数据，不断增加的样本帮助进行数学模型完善，电网控制器主机根据历史数据、不断完善的系统模型、最新气象数据、不断更新的交易系统数据、最新的电源和负荷情况，形成调节指令发往电网调节执行通讯接口，电网控制器主机要向电量交易系统提供未来一段时间的电能产生参考曲线和电能负荷参考曲线，不断更新。
10.根据权利要求1 所述直流智能电网，其特征在于：在我国北纬40 度至42 度建设直流智能电网高压走廊(+800KV/-800KV)，并与外国直流电网相连，利用经度变化平衡负荷；
在我国沿黄海、渤海、东海、南海建设连贯的近海直供直流智能电网(+7、5KV/-7、5KV)，就近建设制冷制热中心，由沿海向内陆纵深采用直流电缆加快建设城市直流网，采用格网( 二维网) 降低线路损耗，提高可靠性，减少增容作业。

说明书全文

直流智能电网

技术领域

[0001] 本发明涉及直流智能电网及风力发电领域。

背景技术

[0002] 因风力发电引出的电网变革。

[0003] 风电场经常处于数分钟、数十分钟、数小时风力不足以产生有效电力的状态，何时有风何时无风无法预测。风来了火电厂减发，当减发至85％时，将难以稳定频率，被迫停机退出电网。稍顷风又没了，火电厂又要启动，熟悉火电厂运行的人知道，这是极高代价的事情。因无解决办法，只好规定：风电容量要低于电网容量15％。或称风电需火电来稀释，显然风电似毒药。例如陆上三峡遭遇瓶颈，千万级风电场须六、七千万火电来稀释。

[0004] 风能均为几秒至几十秒的脉动能量，入网后使得电网电压脉动升高。造成电网质量恶劣下降。破坏电网和用电器的绝缘，引起放电并导致设备损坏。并严重影响用电器的工作状态。必须要增加投资进行波动性治理，因波动周期不固定，治理投资很大。

[0005] 无功、负序、谐波此三项电网污染是交流系统的传统难题，治理成本较高。

[0006] 因随机性、波动性、季节、昼夜、并网等多种原因，风电设备有效运行时间很短，仅20％左右。即比起24 小时不间断工作设备相差5 倍。仅此一项按照电量计算的建设造价就增5 倍之多。

[0007] 因高压变频器技术难度高，风电多采用690 伏低电压变频器。受此限制，电机电流较大，大电流变频器所用元件要进行并联。5MW 变频器电流4184 安培，是挑战性的技术难题。电机造价较高、损耗较大；变频器损耗比高压变频器高许多倍；此状态下无功、负序、谐波更难处理。风电单机容量受限于大电流变频器技术水平。另外，需接升压变压器，增加变压器铜损和铁损及绝缘材料等不环保因素。

[0008] 永磁直驱方式：含永磁直驱发电机、全功率变流器、升压变压器。永磁直驱发电机国外机构握有知识产权且价格昂贵。

[0009] 双馈方案：含增速器、双馈发电机、1/3 功率变流器、升压变压器。增速器故障率和造价偏高。

[0010] 由风电场至电网接口节点采用交流线路输送造价较高；线路自耦和地电位耦合使电压降落较大。交流制式并联、调速、同步、低压穿越困难。因在交流波形的各点位置要保持一致，且不具单向导电性，造成控制困难。特别是整个风电场个别单机的局部故障，会演进为越来越严重的全电场故障。因设备复杂和地处偏僻，原本认为风电不需燃料成本，运行费极低。事实上源源不断的维修费和配件费已很惊人，维修人员背负备件攀爬塔架成为风电场常景。

[0011] 负荷不配合。目前风电场在西部，输送损失大；负荷中心在沿海，近海风能输送困难；负荷利用随机能量的能力差；无法与风电设备组成拓扑联合体简化结构降低造价；储能设备昂贵。

[0012] 我国蕴含巨大的风能资源，我国已经形成大量的风电投资和塔架、风叶产能。人们希望看即能吸收更多地新能源，又能降低传输的损耗，负荷能够充分汲取利用，对现有电力系统支持帮助的新电网。

发明内容

[0013] 本发明的直流智能电网通过电源、输电线、变换器、负荷、电网控制器各环节的创新，电源与负荷共同承担平抑波动、高效运行的任务。

[0014] 为了实现上述目的，本发明的直流智能电网采用了以下技术方案。

[0015] 由电源、输电线、变换器、负荷、电网控制器等组成。

[0016] 电源从动力资源划分为可控资源和不可控资源。可控资源为火力、核能、水力、潮汐能、生物质能等，本发明中还包括从其它电网输入的电力。不可控资源为风力、太阳能等，本发明中还包括从其它电网因经济、安全的原因随机输入的电力。电源从形态上分为交流电源和直流电源，除光伏发电等为直流电源外，多数电源为交流电源。交流电源要经过整流接入直流智能电网，直流电源可直接接入直流智能电网，也可为了适应波动经整流器接入直流智能电网。直流智能电网尽可能多地接受电源，并且供需双方在电量交易系统博弈下优化分配可控资源和不可控资源。

[0017] 输电线采用单极性或双极性的直流电缆或直流架空输电线。

[0018] 变换器为直/ 直变换器、直/ 交变换器和交/ 直变换器。从电源、输电线到负荷要经过数级变换器，在直流智能电网中尽可能减少级数。

[0019] 负荷分为传统负荷和智能负荷，智能负荷可汲取随机和波动部分的电能。直流智能电网尽可能多地接受负荷特别是智能负荷。

[0020] 电网控制器由主机、气象数据接口、电量交易系统数据接口、电网调节执行通讯接口、数据记录器等组成。

[0021] 所述风力发电机由数个交流发电机单元组成，交流发电机单元为独立的无刷励磁( 包括但不限于旋转整流器、永磁、或副定子直流经副转子“旋转变压器”感应) 或有刷励磁的多极、多相、多绕组、多重化移相交流发电机。所述多极、多相、多绕组、多重化移相交流发电机：“多极”用于提高发电机输出频率；“多相”用于大功率发电机分散电流压力提高力矩平衡灵活性并增加冗余可靠性；“多绕组”用于方便多重化移相和化解串联高压整流器反向截止均压难题并增加冗余可靠性；“多重化移相”用于减小电机电流谐波和降低直流电压波动，且为发电机提供稳定的阻力矩。所述“多极”当动力机械设有增速器时可降低极数。所述“多相”当发电机设计力求简单时可降低相数如三相。所述“多绕组”当发电机设计力求简单时可降低绕组数或不分组。所述“多重化”当发电机绕组空间位置可代替时可不设多重化。各交流发电机单元轴向排列，经绝缘法兰盘或绝缘子分别将转子和定子连接固定，成为各转子相互绝缘并且同轴固定、各定子相互绝缘固定且错开一个机械角度的发电机组。多单元用于提高输出电压，改善气动特性，各定子错开角度强化了减小电机电流谐波和降低直流电压波动的效果。多单元、多极、多相、多绕组、多重化移相的综合效果要求各输出绕组间隔电角度一致，输出幅值相等，相邻绕组间耐压一致、排列不交错，提高机组输出电压。各整流桥交流侧接风力发电机组的多个单元、以及多极、多相、多绕组、多重化移相绕组输出，直流侧同极性顺序串联成直流高压连接直流输电线。整流桥直流侧也可提供交流发电机单元励磁；整流桥就近绕组安装，与定子结构配合，连线简洁。

[0022] 所述直/ 直变换器其变换方法采取以下步骤：a、将输入的高电压直流电变换为M×N 路，彼此相互独立的中间交流电。其中M 为各输入首尾相连在高电压直流侧的变换单元个数；N 为每个单元输出路数。

[0023] b、对各路中间交流电进行整流，形成相同路数的中间直流电。

[0024] c、M 个变换单元的对应中间直流进行并联，在负荷电流作用下形成负反馈以保持各变换单元输入的均压；亦可根据检测输入电压调整频率和占空比，保持各变换单元输入的均压。

[0025] d、因保持各变换单元输入的均压，保证了变换单元工作的稳定。

[0026] e、对各路中间直流电进行串并组合，并保持同一极性，实现直/ 直变换。

[0027] 执行直/ 直变换器变换方法的直/ 直变换器装置为：a、变换单元由支撑电容、可关断电力电子元件、脉冲变压器、整流器、控制器组成。可关断电力电子元件组成H 桥逆变器，变换单元输入并联支撑电容及逆变器输入，逆变器输出接脉冲变压器原边，脉冲变压器副边接整流器，整流器输出接变换单元输出，控制器检测电信号并触发可关断电力电子元件。

[0028] b、M 个变换单元输入串联，连接于高电压直流输入。M 的取值为“高电压直流电压/ 变换单元耐压”c、变换单元逆变器频率及占空比固定，各变换单元输出并联。当输入电压扰动升高时输出电压升高，导致这支电流高过并联的其它分支，导致变换单元输入阻抗下降，导致串联的变换单元输入电压下降，产生各变换单元输入的均压效果；同理，当输入电压扰动降低时输出电压降低，导致这支电流低于并联的其它分支，导致变换单元输入阻抗增高，导致串联的变换单元输入电压上升，产生各变换单元输入的均压效果；或各变换单元输入接传感器，根据电压调整逆变器频率或占空比，产生各变换单元输入的均压效果。

[0029] d、变换单元脉冲变压器有N 个副边，分别整流形成对应输出，各变换单元各对应输出全并联或部分并联或重叠并联，产生各变换单元输入的均压效果。N 的取值参考整流器耐压。

[0030] e、各变换单元各对应输出经并联及串联，并保持同一极性，产生所需的直流电压，完成直/ 直变换。

[0031] f、通过调整逆变器频率或占空比调整输出电压。

[0032] 所述直/ 交变换器包含但不限于由直/ 直变换器、钳位整流器组、可关断电力电子元件及多电平控制器组成。直/ 直变换器各变换单元输入提供均压电位，直/ 直变换器输出提供辅助电源，钳位整流器组输入接各变换单元输入，钳位整流器组输出接串联可关断电力电子元件的节点上，使可关断电力电子元件保持均压。可关断电力电子元件组成单相或三相多电平桥臂，在多电平控制器控制下输出单相或三相交流电，并改变频率和电压。此变换方法构建无变压器结构高电压变频器，当交流电源输入时，经整流再进行直/ 交变换。

[0033] 所述钳位整流器组由整流器元件、散热器、导线排、结构固定件组成。本发明将散热器、导线排、结构固定件三合为一；所述可关断电力电子元件需散热器散热，需导线排、结构固定件，本发明将散热器、导线排、结构固定件三合为一，并与钳位整流器组相互连接成整体。经过弯角设计形成风道筒形，利于通风。

[0034] 所述直/ 交变换器包含“直流/ 多交流变换器”( 用于电力机车及轧钢机) 由直/__直变换器、数个低电压逆变器组成。直/ 直变换器各变换单元输入提供均压电位，直/ 直变换器输出提供辅助电源，每段电位安置一台低压逆变器，拖动一台电机。可通过调节某台低压逆变器频率改变电流帮助保持均压，亦可调节某台低压逆变器桥臂短暂贯通强制保持均压。

[0035] 所述交/ 直变换器由多副边、多重化移相变压器各输出接整流桥交流侧，各整流桥直流侧同极性顺序串联成高压直流。其中一个整流桥改为可控整流桥，其余整流桥用开关通断变压器绕组，可实现连续调节输出电压。

[0036] 所述负荷从接受电压角度分为四类：1 类，仅接受标准电压；2 类，可接受高过标准电压15％左右，但功率不变，如灯具、印刷机等负荷；3 类，可接受高过标准电压15％左右，功率可相应提高，但无储能功能，如风扇、提水设备等负荷；4 类，可接受高过标准电压15％左右，功率可相应提高，且有储能功能，如空调、电冰箱、储能电热器、制冷制热中心等负荷。从接受时间角度分为二类：A 类，连续接受制；B 类，间歇接受制。1A、1B 为传统负荷；
3A、4A、2B、3B、4B 为智能负荷。智能负荷输入端增加电压检测器或电压比较器，电压较高时进入增加负荷和储能运行。

[0037] 所述气象数据为权威机构发布的与直流智能电网相关区域的风力、风向、温度、湿度、雨、雪、霜、雾等关乎直流智能电网电源和负荷的时段数据。

[0038] 所述电量交易系统将不同归属的电力生产者、使用者、相关专业人士、投资人凝聚在追求清洁能源及使用效率的平台上。通过集合竞价合理供应和使用各时段的电力资源。风电企业通过购买某时段电能期货，来提高风电供应质量；也可通过强大的竞争实力把可控电能推到风力薄弱区段。

[0039] 所述电网调节执行机构根据电网控制器的指令，对电网进行调节，完成电量交易形成的供求关系。

[0040] 所述数据记录器将长期记录各种历史数据，不断增加的样本帮助进行数学模型完善。

[0041] 电网控制器主机根据历史数据、不断完善的系统模型、最新气象数据、不断更新的交易系统数据、最新的电源和负荷情况，形成调节指令发往电网调节执行通讯接口。电网控制器主机要向电量交易系统提供未来一段时间的电能产生参考曲线和电能负荷参考曲线，不断更新。

[0042] 在我国北纬40 度至42 度建设直流智能电网高压走廊(+800KV/-800KV)，并与外国直流电网相连，利用经度变化平衡负荷；在我国沿黄海、渤海、东海、南海建设连贯的近海直供直流智能电网(+7、5KV/-7、5KV)，就近建设制冷制热中心，由沿海向内陆纵深采用直流电缆加快建设城市直流网，采用格网( 二维网) 降低线路损耗，提高可靠性，减少增容作业。

[0043] 本发明原理清晰，结构完善，造价低廉，安全可靠，对严峻的节能减排形势具现实意义，对现有电力系统有改善效果。附图说明

[0044] 图1 是本发明直流智能电网实施例的主系统图图2 是本发明交流发电机单元各绕组接整流器串联的示意图
图3 是本发明五个交流发电机单元整流器串联示意图
图4 是本发明直/ 直变换器中单输出变换单元示意图
图5 是本发明两个变换单元输入串联输出并联示意图
图6 是本发明直/ 直变换器中双输出变换单元示意图
图7 是本发明三个变换单元输入串联输出重叠并联示意图
图8 是本发明直/ 交变换器示意图
图9 是本发明直/ 交变换器钳位整流器组示意图
图10 是本发明散热器、导线排、结构固定件组合示意图
图11 是本发明钳位整流器组平板型和风道型示意图
图12 是本发明直流/ 多交流变换器单元示意图
图13 是本发明六单元直流/ 多交流变换器示意图。

具体实施方式

[0045] 以下结合附图具体说明本发明直流智能电网的实施例，但本发明不限于以下各实施例。

[0046] 图1 是本发明直流智能电网实施例的主系统图。1 交/ 直变换器，2 为风力发电机组，3A 为直流电源，3B 为直流负荷，4 为直/ 直变换器，5 为直/ 交变换器，6 为直流输电线。

[0047] 图2 是本发明交流发电机单元各绕组接整流器串联的示意图。7 为交流发电机单元加整流器组。

[0048] 图3 是本发明五个交流发电机单元整流器串联示意图。7 为交流发电机单元加整流器组。

[0049] 图4 是本发明直/ 直变换器中单输出变换单元示意图。8 为单输出变换单元。

[0050] 图5 是本发明直/ 直变换器中两个变换单元输入串联输出并联示意图。8 为单输出变换单元。

[0051] 图6 是本发明直/ 直变换器中双输出变换单元示意图。9 为双输出变换单元。

[0052] 图7 是本发明直/ 直变换器中三个变换单元输入串联输出重叠并联示意图。9 为双输出变换单元。

[0053] 图8 是本发明直/ 交变换器示意图。本图中只画出一个钳位整流器组，8 为直/ 直变换单元。

[0054] 图9 是本发明直/ 交变换器钳位整流器组示意图。表明钳位整流器组输入输出关系。

[0055] 图10 是本发明散热器、导线排、结构固定件组合示意图。图中短线为钳位整流器电流通路。图中已将可关断电力电子元件、整流器、散热器、导线排、结构固定件连接为刚性整体。

[0056] 图11 是本发明钳位整流器组平板型和风道型示意图。可观察元件、散热器、导线排、结构固定件组合体的断面。

[0057] 图12 是本发明直流/ 多交流变换器单元示意图。8 为直/ 直变换单元，10 为直流/ 多交流变换器单元。

[0058] 图13 是本发明六单元直流/ 多交流变换器拖动六电机示意图。10 为直流/ 多交流变换器单元，11 为牵引电机。下面结合附图1-13 说明本发明直流智能电网的工作过程。

[0059] 直流智能电网( 参见图1) 直流输电线6 通过交/ 直变换器连接其他交流电网输入电能；连接风力发电机组加整流器组2 输入电能；通过整流器连接直流电源3A 输入电能；通过整流器连接直流负荷3B 输出电能；通过直/ 直变换器4 连接电压等级不同的直流负荷和直流母线输出电能；通过直/ 交变换器5 连接交流负荷和其他交流电网输出电能。

[0060] 本发明风力发电机组( 参见图2、图3) 通过绕组的隔离，铁心的隔离、提高了输出电压，又改善了气动特性。因多副边减轻了整流桥耐压负担，又因空间角度和多重化移相设计降低了绕组谐波。

[0061] 因直流传输，适合近海风电。因单向导电性，不必考虑低压穿越，适于多电机并联以峰补谷。风机叶轮具较大直径和质量，其转动惯量具有短暂储能平抑波动性的作用。风电机不含增速齿轮、变频器、变压器，整流器造价低廉、稳定可靠、维护工作量极低。

[0062] 本发明直/ 直变换器( 参见图4、图5、图6、图7) 当输入电压扰动升高时输出电压升高，导致这支电流高过并联的其它分支，导致变换单元输入阻抗下降，导致串联的变换单元输入电压下降，产生各变换单元输入的均压效果；同理，当输入电压扰动降低时输出电压降低，导致这支电流低于并联的其它分支，导致变换单元输入阻抗增高，导致串联的变换单元输入电压上升，产生各变换单元输入的均压效果。变换单元脉冲变压器有2 个副边时，分别整流形成对应输出，各变换单元各对应输出重叠并联，产生各变换单元输入的均压效果。

[0063] 直/ 直变换器又称直流变压器，将与交流变压器展开竞争。随着最大用电量负荷——电机负荷广泛采用变频器，最大数量负荷——家用电器广泛采用开关电源，直流系统成本已远远低于交流系统成本。且交流变压器铁芯、铜线、绝缘材料的高排放物制备、空载损耗、散热量不易利用、无法软启动、型制复杂等越来越面临不利局面；直流变压器由于高压实现、简规单元灵活组合、较低排放制备、冗余无损耗备机，告别无功、负序、谐波等交流系统特质，软启动运行，直流变压器单位制造成本低于交流变压器等前景光明。此消彼长，交流变压器退出速度决定于直流系统的新建成本与现存交流变压器的折旧经济性。

[0064] 本发明直/ 交变换器( 参见图8) 由直/ 直变换器8、钳位整流器组、可关断电力电子元件及多电平控制器组成( 多电平控制器及连线图中省略)。直/ 直变换器各变换单元输入为可关断电力电子元件提供均压电位，直/ 直变换器各变换单元输出并联后提供辅助电源。钳位整流器组输入接各变换单元输入，钳位整流器组输出接串联可关断电力电子元件的节点上，使可关断电力电子元件保持均压。可关断电力电子元件组成单相或三相多电平桥臂，在多电平控制器控制下输出单相或三相交流电，并改变频率和电压。

[0065] 此变换方法构建无变压器结构高电压变频器，当交流电源输入时，经整流再进行直/ 交变换。因变压器铁芯、铜线、绝缘材料的高排放物制备，无变压器结构高电压变频器可降低造价50％。

[0066] 多电平高压变频器的困难在于各电平电压不稳定，和随电平数升高迅速增加的钳位整流器、散热器、导线排、结构固定件，特别是后者形如乱麻令人望而生畏。另外，因结构复杂，通风散热不知如何是好。本发明直/ 交变换器钳位整流器组( 参见图9) 输入接各变换单元输入，钳位整流器组输出接串联可关断电力电子元件的节点上，使可关断电力电子元件保持均压。

[0067] 本发明将可关断电力电子元件、整流器、散热器、导线排、结构固定件连接为刚性整体( 参见图10)。本发明将钳位整流器组连接成整体( 参见图11)。经过弯角设计形成风道筒形，利于通风。

[0068] 本发明直流/ 多交流变换器( 参见图12、图13)，8 为直/ 直变换单元，10 为直流/ 多交流变换器单元，11 为牵引电机。直/ 直变换器各变换单元输入提供均压电位，直/ 直变换器输出提供辅助电源，每段电位安置一台低压逆变器，拖动一台电机。可通过调节某台低压逆变器频率改变电流帮助保持均压，亦可调节某台低压逆变器桥臂短暂贯通强制保持均压。

[0069] 此变换方法使机车制动极为简单，不需回馈系统，可实现贯通供电，无变压器和平波电抗器，牵引变电所改造简单，可吸收新能源，可将交流系统负面电量中和利用。可由本发明直流智能电网兼任牵引供电网，适合高速动车和重载牵引。

[0070] 我们看到，电机广泛采用变频器；家用电器广泛采用开关电源；直流变换成本低于交流变换；直流设备相对交流设备价格大幅下降；交流系统将失去立足之地。直流风电的低成本( 投资低于火电)、无排放与国际减排巨大压力的多重“挟持”，火电和交流系统将加速退出。与交流系统特质相关的无功、谐波、负序等不再困扰我们，架空线除冰变得容易，工业与家用电器标准要做出一些改变，全世界风电场将环网化或二维网化连接起来，智能电网概念将清晰为直流智能电网。

标题	发布/更新时间	阅读量
电力机车用供风系统及电力机车	2020-05-11	834
一种电力机车操作设备	2020-05-12	681
电力机车及真空断路器	2020-05-12	456
电力机车的布线方法	2020-05-13	586
电力机车及受电弓	2020-05-11	640
电力机车气动柜和电力机车	2020-05-11	882
电力机车蓄电池剩余容量的检测装置	2020-05-13	919
电力机车用司机室后墙及电力机车	2020-05-11	787
电力机车备用电源系统	2020-05-12	669
一种电力机车主电路及电力机车	2020-05-11	315

直流智能电网

直流智能电网

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：