[发明专利]一种馈线互联变流器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多馈线互联的变流器装置。

背景技术

随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。面对能源紧张的严峻形势，目前世界能源产业面临亟待解决的几个问题是：合理调整能源结构，进一步提高能源利用效率，改善能源产业的安全性，解决环境污染问题。对电力工业来说，单一的集中发电、远距离输电的大型互联网络系统解决上述问题存在困难，加之各国对环境保护的重视以及现行电力系统的一些弊端，一些发达国家(如美国、日本、德国)和一些发展中国家开始研究并应用一次新能源结合高效、经济的新型电力技术——分布式发电技术DG(Distributed Generation)。分布式发电在提高供电安全性、改善能源利用效率、解决环境污染等方面可以做出突出贡献，因此，公共电网与分布式发电技术合理结合，被全球能源和电力专家认为是投资少、能耗低、可靠性高的能量供应系统，将成为21世纪电力工业发展的方向。

随着分布式发电技术的迅速发展，当大量的分布式电源接入配电网后，传统辐射状无源配电网络将变为一个遍布中小型电源和负荷的有源网络，潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷。配电网根本性的变化将使公共电网各种保护定值与机理发生深刻变化，同时分布式电源的并网运行可能会引起电网电压和频率偏移、电压波动和闪变等电能质量问题，给电网的安全可靠运行带来很大的威胁。含分布式发电的配电网面临着双重挑战，分布式发电的大量接入与电动汽车需求的快速增加。这两种变化导致馈线和变压器上峰值电流增加、配电网电压质量下降。由于分布式发电和负荷的增加，特别是同一条馈线负荷发生巨大变化，分布式发电输出尖峰也快速连续变化时，用传统方法缓解这些问题变得更加困难。可再生能源总体出力的波动特性导致其发电具有不可预测性，这对发电与输配电协调来说是一个问题。尤其是含有风能和光伏发电的能源输出随时间尺度和地理范围的变化率相对较高，其发电的消纳成为一个问题。为了减轻可再生能源输出波动，一个解决方案是利用某种形式的能量存储就近安装在分布式发电机旁边，这将减小输出功率变化对外部供电的影响。但是分布式发电需要考虑投资的问题，多用途馈线互联变流器可以是储能解决方案之一。

随着电网结构和电力负荷成分的日益复杂，几种电能质量问题在同一配电系统中或在同一用电负荷中同时出现的情况越来越多。例如，对于同一配电母线上既有电压敏感负荷，又有非线性负荷，还有冲击负荷的情况下，就需要同时安装电压补偿装置和电流补偿装置。若针对每一种电能质量问题都分别采取一种类型的调节装置，这样多种装置同时使用将会大大增加治理措施的成本，还会增加装置运行维护的复杂程度，并且各装置之间还存在着协调配合问题，影响联合运行的可靠性，既不经济，也不现实。于是，综合型电能质量调节装置的研究便由此产生。日本学者赤木泰文在1996年首次提出了统一电能质量调节器(UPQC—unified power quality conditioner)的概念。在这种系统中，一个并联变流器和一个串联变流器通过公共的直流母线组合到一起，既能补偿负载引起的谐波、无功电流等问题，又能补偿电源电压骤升、骤降、不对称、闪变、波动等电能质量问题，是一种具有综合功能的电能质量调节器，是用户电力技术发展的最新趋势。如图1所示，UPQC的一种结构为并联侧位于负荷侧，串联侧位于系统侧，另一种结构为并联侧位于系统侧，串联侧位于负荷侧。这两种结构各有优缺点，如并联侧位于负荷侧，则串联侧逆变器中不会有谐波电流存在，而并联有源滤波器部分的三相电压为基波正序，有利于进行谐波分析计算，但缺点是串联部分的容量较大，要承担并联部分的容量。而如果采用并联侧位于系统侧的结构，则串联侧逆变器中会有谐波电流，而系统电压有谐波时并联有源滤波器检测谐波困难一些，但串联部分无需承担并联部分的容量，所以串联部分的容量可以小一些。实际中可以根据需要选择不同的结构。

中国专利CN102097793B提出一种配电系统中多换流器式统一电能质量调节装置，具有故障限流、动态电压恢复、有源滤波等功能，能综合调节两条配电线路的电能质量，但其未考虑分布式发电或储能的作用，也未考虑能量在多介质中的转移控制方法。加拿大专利W02004/042889提出一种混合功率流控制器和方法，实现有功功率和无功功率在两个电力区之间的转移和控制，但其未考虑分布式发电或储能的作用，其实现的功能也较为单一。

发明内容