高壓輸電線路輸送電能的裝置及方法
2023-12-11 10:58:57
專利名稱：高壓輸電線路輸送電能的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及電力系統送變電領域，特別涉及一種用於10kV及以上電壓等級的高壓輸電線
路輸送電能的裝置及方法。
背景技術：
由於電能具有轉換容易、輸送方便、控制靈活以及潔淨、經濟等優點，己經成為工業、 農業、國防、交通等部門不可缺少的動力，成為改善和提高人們物質文化生活的重要因素。 發電廠一般都在偏遠地區，遠離城市，遠離電力用戶。發電機發出的電能需要通過輸電線路 輸送到用戶。輸電線路的主要作用是遠距離傳輸電能。由於交流電容易升壓與降壓，容易驅
動電動機，當前，電能主要以50赫茲或60赫茲的交流電的方式存在。輸電線路也就需要傳 輸50赫茲或60赫茲的交流電。交流電在輸電線路中傳輸時，會有電阻和電抗。電阻與電抗 相比較，電阻較小，電抗較大。近似分析時，輸電線路的電阻可忽略不計。輸電線路輸送交 流電流時，交流電流在電抗上產生壓降，電流越大，壓降也越大。由於受電端需要通過減壓 變壓器把高電壓降為低電壓後供用戶使用，減壓變壓器變比是固定的，交流電流在輸電線路 電抗上產生壓降，就使得輕負荷時，用戶端電壓很高；重負荷時，用戶端電壓很低；電力部 門對電壓的變化範圍有明確規定。因此，對於10kV與35kV電力系統，輸電線路的壓降是限 制輸電線路輸送功率的主要因數。要增加輸送功率，就要新增輸電線路，投資很大。110kV 以上電壓等級的電力系統，輸電線路具有分布電容，可補償輸電線路的壓降，輸電線路的壓 降不是限制110Kv以上電壓等級線路輸送功率的主要因數。110kV以上電壓等級輸電線路的 電抗使輸電線路兩側電勢具有夾角。電抗越大，夾角越大；夾角越大，電力系統越不穩定。 110kV以上電壓等級的電力系統，電力系統穩定性是限制輸電線路輸送功率的主要因數。要 增加輸送功率，就要新增輸電線路，投資很大。
為了不影響電力系統穩定性，又能提高輸送容量，最近，世界正在發展高壓直流輸電； 直流電流在輸電線路中流動時，只有電阻，沒有電抗；因此，高壓直流輸電效果優於交流輸 電。但是，高壓直流輸電需要在送電端通過整流模塊把交流電整流成直流電，再通過輸電線 路輸送至受電端，受電端通過換流器(逆變器)把直流電變為交流電，供給用戶。直流電變 交流電的換流設備很複雜，需要許多大功率閥換流器；觸發大功率閥換流器在不同時刻導通 的控制設備和控制技術很複雜；換流器在換流過程輸出有大量高次諧波，高壓直流輸電需要 技術複雜的大功率濾波器；上述設備的安裝需要佔用較大的場地，直流電變交流電的工作場
地也稱為換流站；換流站建設費用很高，運行管理困難；這些缺點限制了高壓直流輸電技術 的推廣應用。另外，高壓直流輸電技術只能用於單方向送電，當受電側電量過剩，送電側電 量不足時，不能實現受電側向送電側反送電，減低了電網調度的靈活性。
發明內容
本發明的目的就是為了解決現有高壓直流輸電技術設備複雜，成本髙，僅能單方向送電， 靈活性差等問題，提供一種具有結構簡單，成本低廉，能夠實現雙向送電，靈活性高等優點 的高壓輸電線路輸送電能的裝置及方法。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種高壓輸電線路輸送電能的裝置，它包括至少一對對外絕緣的輸電線，在其中一條對 外絕緣的輸電線上設有至少一個正向整流模塊，在另一條對外絕緣的輸電線上設有至少一個 反向整流模塊；兩條對外絕緣的輸電線並聯後一端與交流電源連接，另一端與受電端子連接。 所述正向整流模塊和反向整流模塊分別等效為一隻整流二極體。 所述正向整流模塊和反向整流模塊分別由一個耐高壓整流二極體組成。 所述正向整流模塊和反向整流模塊分別由至少兩個並聯的耐高壓整流二極體組成。 所述正向整流模塊和反向整流模塊分別由多個耐高壓整流二極體正向串聯而成。 所述正向整流模塊和反向整流模塊分別由至少兩組串聯的耐高壓整流二極體並聯組成， 每組串聯的耐高壓整流二極體由至少兩個耐高壓整流二極體正向串聯而成。 一種高壓輸電線路輸送電能裝置的輸電方法，它的方法為
交流電源通過串聯接入一組正向整流模塊的一條輸電線向受電設備輸送正向直流脈動電 壓或電流；
交流電源通過串聯接入一組反向整流模塊的另一條輸電線向受電設備輸送反向直流脈動 電壓或電流；
受電設備端子獲得正向電壓或電流，也同時獲得反向電壓或電流；從而使受電設備端子 獲得完整的交流電壓或電流。
所述交流電壓正半波時，正向整流模塊導通，串聯接入正方向整流模塊的輸電線向受電 端輸送正方向直流脈動電壓或電流；
交流電壓負半波時，反向整流模塊導通，串聯接入反方向整流模塊的輸電線向受電端輸 送反方向直流脈動電壓或電流；受電設備端子得到的是有正向波形又有反向波形的波形完整 的交流電壓或電流。
本發明提供了一種不必像高壓直流輸電技術那樣在受電端需要直流電變交流電的換流設 備、又能減小高壓交流輸電線路兩側電勢夾角的高壓輸電線路輸送電能的裝置和方法。
本發明高壓輸電線路輸送電能的方法由兩條對外絕緣的輸電線、兩組整流模塊組成。整 流模塊的外特性等效一隻整流二極體。
輸送電能的方法在於交流電源通過串聯接入一組正方向整流模塊的一條輸電線向受電設 備輸送正向直流脈動電壓(電流)，交流電源通過串聯接入一組反方向整流模塊的另一條輸電 線向受電設備輸送反向直流脈動電壓(電流)；受電設備端子獲得正向電壓(電流)，也獲得 反向電壓(電流)；受電設備端子獲得完整的交流電壓(電流)。
根據上述方法， 一組整流模塊正方向串聯接入其中一條輸電線；另一組整流模塊反方向 串聯接入另一條輸電線；兩條電路的一端並聯接入送電端子，兩條電路的另一端並聯接入受 電端子。當送電端子接入交流電源時，串聯接入一組正方向整流模塊的一條輸電線向受電設 備輸送正向直流脈動電壓(電流)，串聯接入一組反方向整流模塊的另一條輸電線向受電設備 輸送反向直流脈動電壓(電流)；送電端子輸出的是有正向波形又有反向波形的交流電，受電 端子得到的也是有正向波形又有反向波形的波形完整的交流電。
本發明的有益效果是結構簡單，成本低廉，靈活性好。
圖1表示輸電線與整流模塊接入電力系統的連接方式； 圖2表示送電端子輸出交流電的波形；
圖3表示整流模塊正方向串聯接入的輸電線向受電端輸送正方向直流脈動電流的波形； 圖4表示整流模塊反方向串聯接入的輸電線向受電端輸送反方向直流脈動電流的波形； 圖5表示受電端子得到的交流電的波形。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。
本發明不是交流輸電技術，在輸電線路中流動的是交流電流；也不是直流輸電技術，在 輸電線路中流動的是基本平穩的直流電流。本發明的輸電技術，在輸電線路中流動的是直流 脈動電流。其中，Dl為正向整流模塊，D2為反向整流模塊，Ll、 L2為輸電線，M表示送電端 子，N表示受電端子，AC表示交流電源，R表示交流負載。 '
圖1示出正向整流模塊Dl正方向串聯接入其中輸電線Ll;皮向整流模塊D2反方向串聯 接入輸電線L2。兩條電路的一端並聯接入送電端子M，兩條電路的另一端並聯接入受電端子
當送電端子M接入交流電源AC時，送電端子M輸出的是有正向波形又有反向波形的波形 完整的交流電壓(電流)，如圖2所示。交流電壓正半波時，正向整流模塊D1導通，串聯接 入正方向整流模塊的輸電線L1向受電端子N輸送正方向直流脈動電壓(電流)，正方向直流
脈動電壓(電流)的波形如圖3所示。交流電壓負半波時，反向整流模塊D2導通，串聯接入 反方向整流模塊的輸電線L2向受電端子N輸送反方向直流脈動電壓(電流)，反方向直流脈 動電壓(電流)的波形如圖4所示。受電端子N得到的是有正向波形又有反向波形的波形完 整的交流電壓(電流)，如圖5所示。
由於受電端子N得到有正向波形又有反向波形的波形完整的交流電，可直接用於交流用 電設備。不需要安裝直流電變交流電的換流設備。減少了土地佔用，減低了設備投資，減少 了運行管理難度。
由於任意一條輸電線中流動的是脈動的直流電，脈動的直流電在輸電線中遇到的電抗小 於交流電；由此可減小輸電線路兩側電勢夾角，提高電力系統穩定性。在同等穩定性條件下， 輸電線路可提高輸送功率。
本發明提出的方法，不但M側可向N側送電，如果N側有電源，N側也可向M側送電。 具有交流電網靈活調度的優越性。克服了高壓直流輸電電網調度不靈活性的缺點。
本發明的兩組整流模塊D1、 D2，可以採用高壓直流輸電中電源端交流電變直流電的相關 技術，取橋式整流電路中的其中一路分支作為本發明的整流模塊。
整流模塊可以由一隻或多隻整流二極體組成。多隻整流二極體正方向串聯以提高整流模 塊的反方向耐壓；整流二極體正方向串聯時，每隻整流二極體應並聯一隻均壓電容器，以平 均每隻整流二極體上的電壓。數支串聯了同等數量的整流二極體串可以同方向並聯，以提高 整流模塊允許電流值，提高輸電電流；整流二極體串並聯時，整流二極體串中應串聯一隻均 流電抗器，以平均每串整流二極體上的電流。整流二極體的正向壓降很低，不到l伏；加於 整流模塊的反向電壓是整k二極體的正向壓降加上輸電線路兩端的壓降；輸電線路兩端的壓 降是流過輸電線路電流與線路電抗的乘積；流過輸電線路電流很小時，輸電線路兩端的壓降 很小；流過輸電線路電流增大時，輸電線路兩端的壓降增大；本發明的目的之一就是在同等 電流條件下減小高壓輸電線路兩側電勢夾角，即減小輸電線路兩端的電壓；可見，整流模塊 反向電壓比系統電壓小很多，整流模塊能實施。
整流模塊可以由一隻或多隻整流子模塊正方向串聯組成；整流子模塊外特性等效為一隻 整流二極體。整流子模塊可以由一隻或多隻整流二極體正方向串聯組成，多隻整流二極體正 方向串聯以提高整流組件單元的反方向耐壓；整流二極體正方向串聯時，每隻整流二極體可 並聯一隻均壓電容器，以平均每隻整流二極體上的電壓；整流子模塊可串聯一隻電抗器，以 平均每串整流二極體上的電流、限制整流二極體衝擊電壓、與均壓電容器配合使電壓線性分 布；串聯有電抗器的整流子模塊可並聯一隻均壓電容器，以平均每隻整流子模塊上的電壓。 數支串聯了同等數量的整流子模塊串可以同方向並聯，以提高整流模塊允許電流值，提高輸
電電流；整流子模塊串並聯時，整流子模塊串中可串聯一隻均流電抗器，以平均每串整流二 極管上的電流。
整流模塊可並聯一隻非線性電阻，電阻兩端電壓小於整流模塊反向耐壓時電阻值很大、 接近無窮大，電阻兩端電壓大於整流模塊反向耐壓時電阻值很小、接近零，並聯非線性電阻 以防止整流模塊過電壓。
整流模塊可並聯一隻放電間隙，放電間隙兩端電壓小於整流模塊反向耐壓時放電間隙不 放電，放電間隙兩端電壓大於整流模塊反向耐壓時放電間隙放電，放電間隙防止整流模塊過 電壓。
由於輸電線L1、 L2所在的電路並聯接於同一電壓等級的電源，輸電線對地電壓很高；但 輸電線L1與L2之間的電壓很小。輸電線L1、 L2可以近距離安裝。現在，輸電線路的二分裂 輸電線、三分裂輸電線、四分裂輸電線的製造技術和架設技術已很成熟。可利用成熟的分裂 輸電線技術，把分裂輸電線中的不絕緣支架改為絕緣支架，即可實施本發明所述輸電線技術。
本發明完全具備實施條件，有廣闊的應用前景。
當前高壓電力系統大多數是交流電，交流電一般都釆用A、 B、 C三相對稱電壓。在A、 B、 C三相對稱電壓的電力系統實施本發明輸電，可採用三套結構一樣的本發明的方法輸電。一 組送電端電源連接送電端A相，受電端子連接受電端A相；另一組送電端電源連接送電端B 相，受電端子連接受電端B相；再一組送電端電源連接送電端C相，受電端子連接受電端C 相。
權利要求
1. 一種高壓輸電線路輸送電能的裝置，其特徵是，它包括至少一對對外絕緣的輸電線，在其中一條對外絕緣的輸電線上設有至少一個正向整流模塊，在另一條對外絕緣的輸電線上設有至少一個反向整流模塊；兩條對外絕緣的輸電線並聯後一端與交流電源連接，另一端與受電端子連接。
2. 如權利要求1所述的高壓輸電線路輸送電能的裝置，其特徵是，所述正向整流模塊和 反向整流模塊分別等效為一隻整流二極體。
3. 如權利要求1或2所述的高壓輸電線路輸送電能的裝置，其特徵是，所述正向整流模 塊和反向整流模塊分別由一個耐高壓整流二極體組成。
4. 如權利要求1或2所述的高壓輸電線路輸送電能的裝置，其特徵是，所述正向整流模 塊和反向整流模塊分別由至少兩個並聯的耐高壓整流二極體組成。
5. 如權利要求1或2所述的高壓輸電線路輸送電能的裝置，其特徵是，所述正向整流模 塊和反向整流模塊分別由多個耐高壓整流二極體正向串聯而成。
6. 如權利要求1或2所述的高壓輸電線路輸送電能的裝置，其特徵是，所述正向整流模 塊和反向整流模塊分別由至少兩組串聯的耐高壓整流二極體並聯組成，每組串聯的耐高壓整 流二極體由至少兩個耐高壓整流二極體正向串聯而成。
7. —種採用權利要求1所述的高壓輸電線路輸送電能裝置的輸電方法，其特徵是，它的 方法為交流電源通過串聯接入一組正向整流模塊的一條輸電線向受電設備輸送正向直流脈動電 壓或電流；交流電源通過串聯接入一組反向整流模塊的另一條輸電線向受電設備輸送反向直流脈動 電壓或電流；受電設備端子獲得正向電壓或電流，也同時獲得反向電壓或電流；從而使受電設備端子 獲得完整的交流電壓或電流。
8. 如權利要求7所述的高壓輸電線路輸送電能裝置的輸電方法，其特徵是，所述交流電 壓正半波時，正向整流模塊導通，串聯接入正方向整流模塊的輸電線向受電端輸送正方向直 流脈動電壓或電流；交流電壓負半波時，反向整流模塊導通，串聯接入反方向整流模塊的輸電線向受電端輸 送反方向直流脈動電壓或電流；受電設備端子得到的是有正向波形又有反向波形的波形完整 的交流電壓或電流。
全文摘要
本發明公開了一種高壓輸電線路輸送電能的裝置及方法。它解決了現有高壓直流輸電技術設備複雜，成本高，僅能單方向送電，靈活性差等問題，具有結構簡單，成本低廉，能夠實現雙向送電，靈活性高等優點。其結構為它包括至少一對對外絕緣的輸電線，在其中一條對外絕緣的輸電線上設有至少一個正向整流模塊，在另一條對外絕緣的輸電線上設有至少一個反向整流模塊；兩條對外絕緣的輸電線並聯後一端與交流電源連接，另一端與受電端子連接。
文檔編號H02J3/00GK101383510SQ200810157889
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月28日 優先權日2008年10月28日
發明者李曉明 申請人:李曉明