城市电网多端互联低频四相输电系统技术方案

本发明专利技术公开了城市电网多端互联低频四相输电系统，包括由三相电网构成的三相高压环网，三相高压环网连接多个用于降压的三相工频降压器高压侧，每个三相工频降压器低压侧连接一个三相变四相变流器输入端，多个三相变四相变流器输出端连接环状的低频四相联络线；本发明专利技术低频四相输电系统以一种更加安全、高效的方式实现城区间的互联互济，避免了两城市间多回线的路连结导致的成本和运维工作量增加，提升了电能传输的质量和电能使用的可靠性。了电能传输的质量和电能使用的可靠性。了电能传输的质量和电能使用的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
城市电网多端互联低频四相输电系统


[0001]本专利技术属于电力系统输电
，具体涉及城市电网多端互联低频四相输电系统。

技术介绍

[0002]随着电力系统规模的不断扩张，城市范围的跨度随之上升，城市输电系统的规模也稳步增大，与此同时，伴随着经济的发展和人口的增长，城市供电需求增长与土地资源紧缺的矛盾突出，输送能力成为城市输电技术的基本问题之一，提高城市输电线路的传输容量和传输距离是重要的研究方向；目前主流的特高压直流输电技术不适合用于城市电网的分区互联和多端运行；而在交流输电方面，交流电压发展趋于饱和，同时稳定性难以提高、运维复杂以及规模扩大困难等问题也有碍交流技术的进步。另一方面，随着可关断电力电子器件的逐渐成熟和广泛应用，低频交流输电技术的出现及其带来的更低的线路损耗、更易实现的电压等级变化等优势，对城市的互联和交流线路输送容量的进一步提升和多端互联的大规模实现有不可忽视的贡献。
[0003]所以，一种能够推进城市分区互联且稳定性好，空间占用少，输电容量高，单位走廊利用率高，同时还有着良好经济型的输电技术成为提升城市输电能力的重要方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供城市电网多端互联低频四相输电系统，在兼容现有输电网络的同时最大限度的提高城市交流输电网络的传输容量和传输效率，推进城市电网的互联。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，城市电网多端互联低频四相输电系统，包括由三相电网构成的三相高压环网，三相高压环网连接多个用于降压的三相工频降压器高压侧，每个三相工频降压器低压侧连接一个三相变四相变流器输入端，多个三相变四相变流器输出端连接环状的低频四相联络线。
[0006]本专利技术的特点还在于：
[0007]三相变四相变流器为背靠背型变流器、模块化矩阵型变流器、多变压器级联直接式变流器中的一种。
[0008]三相工频降压器低压侧连接负载。
[0009]三相工频降压器低压侧输出频率为15
‑
20Hz。
[0010]本专利技术有益效果是：
[0011]1)四相输电系统相比于三相输电系统，由于相数为偶数，能够对称的悬挂在架空线路的两侧运行，有良好的对称性且空间磁场分布更均匀；四相输电比三相输电线路走廊宽度更窄，单位走廊宽度的输送能力能更好，在不提高相对地运行电压等级的条件下，相比于三相线路输送容量能够提高33.3％，提升了输电的极限距离；在单相故障或者逐相检修时，四相系统能够切换为三相持续运行，避免了传统三相系统停电检修带来的不便；
[0012]2)低频输电频率通常降为15
‑
20Hz，线路电抗约降低为工频的1/3；理论上可以降
低2/3的充电无功，由此可释放线路容量用于有功传输。
[0013]3)低频四相输电可以实现的更紧凑的输电结构，以及传输效率和容量上的突破，进一步推动了城市电网各个分区的互联、实现供区合环运行和多端组网、解决分区间潮流调控问题、解决电力供应的不平衡，使潮流分布更加均匀；同时增强了分区间的潮流互济能力，不增加系统短路电流，且相比柔性直流输电显著降低了直流变压器和直流断路器的成本。
附图说明
[0014]图1为城市电网多端互联低频四相输电系统模型；
[0015]图2为本专利技术三相变四相变流器的一种拓扑结构示意图；
[0016]图3为本专利技术三相变四相变流器的第二种拓扑结构示意图；
[0017]图4为本专利技术三相变四相变流器的第三种拓扑结构示意图。
[0018]图中，1.三相高压环网，2.三相工频降压器，3.城市供区，4.三相变四相变流器，5.低频四相联络线。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0020]本专利技术城市电网多端互联低频四相输电系统，如图1所示，包括由三相电网构成的三相高压环网1，三相高压环网1连接多个用于降压的三相工频降压器2高压侧，连接节点处电压为u1，每个三相工频降压器2低压侧连接一个三相变四相变流器4输入端，连接节点处电压为u2，多个三相变四相变流器4输出端连接环状的低频四相联络线5，各供区之间由u2低频四相联络线5互联互济，提高城市电网的输电效率和输电容量，推进各个供区的分区互联和共济运行。
[0021]三相变四相变流器4为背靠背型变流器如图2所示、模块化矩阵型变流器如图3所示、多变压器级联直接式变流器如图4所示中的一种。背靠背型变流器具备直流端口，能够为光伏等可再生能源发电和储能的接入提供即插即用型接口，当电压等级变化时，半桥可以采用全桥、中性点钳位三电平、模块化多电平等；模块化矩阵型变流器相比于背靠背型变流器在开关管数量、无源器件等方面的数量都相对减少，劣势在于不能提供直流端口；多变压器级联直接式变流器采用变压器与直接式交交变换器结合的方式，利用积化和差原理实现变流，所用开关管数量和无源器件更少，但无法提供直流端口，且所用变压器数量相较于前两种拓扑有所增加。
[0022]三相工频降压器2低压侧连接负载，作为城市供区3。
[0023]三相工频降压器2低压侧输出频率为15
‑
20Hz，线路电抗约降低为工频的1/3；理论上可以降低2/3的充电无功，由此可释放线路容量用于有功传输。
[0024]本专利技术城市电网多端互联低频四相输电系统工作原理为：
[0025]使用时，三相高压环网1为工频三相电力系统，负责城市电网的配电，采用环网的形式，能够提高供电可靠性；随后通过工频三相降压器2降低电压等级为城市供区3中的用电负荷供电，多个城市供区再经过三相变四相变流器4将工频三相电转换成低频四相电，然后经过低频四相联络线5互联，实现输电容量、距离与供电可靠性的提升。
[0026]随着相数由三相变为四相时，输电容量变为原来的4/3倍，提高输电容量；当输电频率由50Hz变为15Hz时，充电无功降为原来的3/10倍，输电线路释放大量的线路容量用于有功传输，提高输电距离；四相系统能够切换到三相系统运行，通过控制即可实现单相故障的有效电力支撑，并保证相间平衡，提高城市电网供电可靠性。
[0027]本专利技术中三相高压环网1、三相工频降压器2、城市供区3均属于现有工频三相电力系统，三相变四相变流器4的作用是将工频三相变为低频四相，城市供区之间通过低频四相互联，增加输电容量与距离，提高供电可靠性。
[0028]通过上述方式，本专利技术城市电网多端互联低频四相输电系统基于城市低频四相输电技术的应用，不是摒弃现有的系统，而是与其完全兼容，并且由于四相线路与常规线路采用相同的规格，更易于与现有的三相线路进行参数匹配，协调运行，不需要大规模的更改输电网络的架构，在传输成本和灵活性上相比与直流输电更有优势，且更易于实现城市的分区互联与多端组网。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.城市电网多端互联低频四相输电系统，其特征在于，包括由三相电网构成的三相高压环网(1)，所述三相高压环网(1)连接多个用于降压的三相工频降压器(2)高压侧，每个所述三相工频降压器(2)低压侧连接一个三相变四相变流器(4)输入端，多个所述三相变四相变流器(4)输出端连接环状的低频四相联络线(5)。2.根据权利要求1所述城市电网多端互联低频四相输电系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，裴忠晨，郭东波，姜宇，王菁月，朱帝，王锡龙，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：