[发明专利]一种变频输配电系统

说明书

技术领域

本发明涉及电工领域的能量传输技术，更确切地说是涉及一种用于电力系统的输电和配电技术。

背景技术

当前电力系统存在两种基本的输配电技术，即工频（50赫兹或60赫兹）交流输配电和直流输配电，其中工频交流输配电技术应用最为广泛。尽管直流输电有很多优点，但由于高压大容量直流开关制造困难，难以实现多端输电，所以直流输电目前主要还只是用于点对点输电的场合，是工频交流输配电的重要补充。

从二十世纪九十年代开始，有学者提出了低频交流输电（或分频输电）的思想，即通过降低输电频率来减小输电线路的电抗，最终达到提高线路输送能力的目的。

无论是工频交流输电还是低频交流输电，本质上都是恒频输电。为了保证在较宽的范围能正常安全工作（如防止电压越界等），恒频输电往往需要配备多种附加装置，如并联电抗器。即使这样，当线路负荷水平变化时，恒频输配电系统的效率和运行性能依然会恶化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种变频输配电系统，该系统通过实时改变输电频率，提高系统的运行效率和改善系统运行性能。

本发明提供的一种变频输配电系统，其特征在于，该系统包括通过输电线路连接的送端变频变压器和受端变频变压器，送端变频变压器与送端系统联接，受端变频变压器与受端系统联接。

送端变频变压器在当输电线路负荷变化时将送端系统来的电能的频率和电压转换成优化后的频率和电压，经由输电线路输送至受端变频变压器；

受端变频变压器将接收的电能的频率和电压转换为受端系统所需的频率和电压，再送入受端系统。

本发明具有如下技术特点：

（1）可以实现常规输配电运行方式，如工频交流输配电、直流输配电等。

（2）与之相联接的送端系统的电能的频率（f1）可以是变化的，如：若接太阳能光伏发电系统，电能频率为0赫兹（直流）；若接工频电网，电能频率为50赫兹或60赫兹。

（3）如果送端系统是抽水蓄能机组或风电机组，为实现最高效水能/风能向电能转换，发电机组可以根据水头和风力变化，发出变频电能。

（4）与之相联接的受端系统的工作频率（f3）也可以是变化的，如直流、工频50赫兹或60赫兹、等等。

（5）输电频率（f2）是变化的，以提高输送效率或运行性能，例如，根据需要输送的功率大小不同，通过改变频率，可以实现线路损耗最小化运行，以及保证沿线电压分布。

（6）在运行过程中，输电频率（f2）既可能低于两端系统（送端系统和受端系统）的频率，也可能高于两端系统的频率。

附图说明

图1是变频输配电系统的原理图。

图2是变频变压器的一种实施方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，变频输配电系统是由送端变频变压器1、输电线路2、受端变频变压器3组成，用于联接送端系统4和受端系统5。

当输电线路负荷变化时，送端变频变压器1将送端系统4来的电能的频率f1和电压U1按照优化计算结果转换成频率为f2、电压为U2的电能，经由输电线路2输送至受端变频变压器3，根据受端系统5的需要，受端变频变压器3再将接收的电能转换为受端系统5所需要的频率f3和电压U3，进入受端系统5。反之亦然。

送端变频变压器1调整所依据的优化计算结果（包括频率f2、电压U2），根据系统所追求的目标不同，通常可以从以下方法获得：（1）以网损最小为目标的优化潮流计算；（2）以节点电压分布最均匀为目标的优化潮流计算；（3）以附加设备（如并联补偿电抗）投入最小为目标的优化潮流计算；（4）以提高系统稳定裕度为目标的优化潮流计算；等等。

送端系统4的电能的频率可以是恒定的，也可以是变化的。受端系统5的工作频率可以是恒定的，也可以是变化的。当送端系统4的频率是变化的时，送端变频变压器1既要根据优化计算结果改变输电线路2的频率，也要实时跟踪送端系统4的频率。当受端系统5的频率是变化的时，受端变频变压器3需要实时追踪受端系统5的频率，从而提供相应的频率转换。

送端和受端的变频变压器有多种实现方法，其中最典型的是采用最近十几年来迅速发展起来的电子电力变压器（也称电力电子变压器或固态变压器）实现。

如图2所示，送端变频变压器1和受端变频变压器3可以采用电子电力变压器实现，它由依次串接的原方变换器6、高频隔离环节7和副方变换器8组成，可以灵活地实现电压等级和频率变换。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。