[发明专利]基于飞轮储能的柔性交流输电系统

说明书

技术领域

本发明属于飞轮储能技术和柔性交流输电技术，具体涉及一种基于飞轮储能的柔性交流输电系统，包括双馈型飞轮储能电机、交流励磁电源和监控装置。

背景技术

在目前的电力系统中，由于没有大容量快速存取电能的器件，电能的生产和消费必须时刻基本保持在机一电功率平衡状态。一旦系统受到扰动引起动态功率失衡，就可能对系统的稳定性构成威胁，严重的机—电功率失衡会导致系统崩溃。

为了解决这个问题，目前常用的方法是使用继电保护和安全稳定控制装置，在系统故障时进行切机、切负荷或系统解列等操作，以尽量缓解系统中由于故障引起的功率不平衡问题。这类控制装置常常根据事先通过大量离线计算得到的事故处理表进行处理，因此不可能能完全符合故障发生时系统的实际情况，当然也不一定能够完全补偿因故障引起的不平衡功率。我们将这种稳定控制措施称为“被动致稳”。

正是因为动态功率平衡这一根本性的问题没有得到很好的解决，所以尽管近年来电力系统的运行技术取得了很大的发展，但是仍然不能避免大电网瓦解事故的发生，尤其是2003年8月以后，世界范围内连续发生了几次大停电，不仅在经济上造成了巨大的损失，而且给人民生活和社会稳定带来了危害，电网安全已关系到国家安全。

现有的电网结构日益复杂，同时运行与调度方面的不协调，会造成电网中的潮流分布不合理，使得输电网在功率输送中常常出现环流功率振荡、功率绕送以及功率倒流等现象，这些问题造成大互联电网中大量电能损耗或被迫降低电网的输送能力，甚至造成电力系统的灾变，使整个系统的运行和调度受到很大的影响，不能满足超大规模输配电和电网安全保障的要求。

为从功率平衡这一根本上提高电力系统运行的可靠性和稳定性，华中科技大学已经提出了一种储能调相电机(公开号为CN1595772A，公开日为2005年3月16日)。该装置以电力系统现有的同步调相机为基础，通过对电机结构进行改进，增大转子的转动惯量用以储存电能，同时采用交流励磁技术和微机监控技术，使电机的电能能够快速高效地储存和释放，构成一种具有储能、发电和调相功能的电力柔性调控装置。该储能调相电机解决了功率平衡问题，但并未涉及调控输电线路潮流实现系统潮流的最优分配、抑制线路对地短路后引发的功率振荡、系统节点电压支撑以及保证输电线路输送容量接近热稳定极限等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于飞轮储能的柔性交流输电系统，它具备储能、发电、同步调相、稳定节点电压、改变线路阻抗抑制振荡以及调控线路潮流功能，可主要应用于电力系统潮流控制和动态稳定性控制，能对电力系统快速变化的运行工况和运行参数实施有效的快速调控，确保电力系统在各种工况下的安全、经济、高效、优质运行。

本发明提出了一种基于飞轮储能的柔性交流输电系统，包括双馈型飞轮储能电机、交流励磁电源和监控装置，交流励磁电源包括并联侧变换器、串联侧变换器和电容，并联侧变换器和串联侧变换器均为三相电压源型脉宽调制变换器，并联侧变换器的交流端与双馈型飞轮储能电机的转子绕组连接，并联侧变换器的两直流端和串联侧变换器的两直流端分别与电容两端连接，监控装置用于对并联侧变换器和串联侧变换器实施监控，并监控输电线路电压和潮流，其特征在于：该系统还包括串联变压器和反并联双向晶闸管，串联变压器的原方绕组与串联侧变换器的交流端连接，串联变压器副方绕组的两端与反并联双向晶闸管两端连接，串联变压器的副方绕组的一端与双馈型飞轮储能电机的定子绕组连接，监控装置用于监控反并联双向晶闸管，通过控制反并联双向晶闸管的连通状态实现旁路保护。

并联侧变换器由全控型功率开关元件和电感构成，全控型功率开关元件组成第一三相全桥结构，三相桥臂中点与双馈型飞轮储能电机的转子绕组通过三相电感相连。

串联侧变换器由全控型功率开关元件和电感电容低通滤波器构成，全控型功率开关元件组成第二三相全桥结构，三相桥臂中点与串联变压器的原方绕组通过三相电感电容低通滤波器相连。

作为本发明的优化，串联变压器的原方绕组接成三角形。

本发明除了保留现有的储能调相电机的功能外将具备更加强大的功能，可分别或同时实现串联补偿、并联补偿、移相控制、阻抗模拟和实时控制传输线路潮流等多种不同的功能，从而提高线路传输能力、稳定性及阻尼系统振荡，对电力系统快速变化的运行工况和运行参数实施有效的快速调控，确保电力系统在各种工况下的安全、经济、高效、优质运行。具体而言，本发明可以在如下方面产生明显效果：