[发明专利]使用带多个次级绕组的变压器用于动态电力流控制的电压或阻抗注入方法

说明书

本专利公开了一种用于高压(HV)传输线路的动态线路平衡的有源阻抗注入模块。阻抗注入模块包括多个变压器，其各自具有与HV传输线路串联的初级绕组。各个变压器还具有次级绕组，其各自连接至单独的电子转换器上。多个次级绕组与相关联的初级绕组电隔离，并从HV传输线路中提取电力，用于连接至次级绕组上的转换器以及其它电路的工作。有源阻抗注入模块能够产生待施加于HV传输线路上的受控制的阻抗、电感或电容。空间上分布于HV传输线路上的多个有源阻抗注入模块能够将受控的累积阻抗注入在HV传输线路上，同时将单独转换器的容量限制成用实际电子元件可实现的容量。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2015年12月8日提交的美国临时专利申请No.62/264,744的权益。

发明背景

1．发明领域

本发明涉及使用空间上分布的有源阻抗注入模块进行高压(HV)传输线路的动态线路平衡的系统和方法，所述有源阻抗注入模块与形成HV电力网的HV传输线路直接串联地连接。

2．现有技术

HV电力网典型地在大约50kV至达大约600kV左右的电压下工作。这些HV电力网的要求之一是需要动态分布的有源电力流控制能力，其可根据需要将电感和电容性阻抗注入到HV传输线路上，以实现线路平衡和相位角校正。可快速地对电网上的电力流问题作出反应的系统将大大改进电网工作和电力传送的效率。

拥挤的网络由于使电力的部分在不平衡电路中消耗而引起回路电流及相关联的电力损耗，而限制了系统可靠性并增加了电力输送成本。另外，传输线路上的基本上异相的电压和电流减少了线路将有效电力从发电机传送到配电站的容量。为了消除这种限制，需要使HV电力网具有平衡的传输线路、具有基本按最优方法分配的功率传输、具有合理的电力因数、以及具有在电压和电流之间的可控相位差。这些改进减少了回路电流和相关联的损耗，并可使电网上的有效电力传输达到线路容量。

现今大多数电网控制能力是基于地的，并且被安装在具有可切换的电感和电容性负载的变电站处。这些安装方式需要高压绝缘和高电流切换能力。在变电站处，这些可使用冷却方法，在不考虑装置的重量和尺寸的条件下，冷却方法包括油冷却、冷却剂的强制再循环以及其它选择。这些集总控制需要集中的数据收集和控制设施，以协调横跨电网的工作，并因此在电力网上实施控制功能时具有相关的延迟。

传输线路阻抗的分布式和有源控制如果在高可靠度下得以有效地实施的话将显著地改进系统效率，但需要成本有效的实施方式，该实施方式可在对线路平衡问题的快速识别和快速响应的情况下通过改变横跨线路应用的电流-电压关系的相位角来变更HV传输线路的阻抗，从而控制电力流。

目前，例如在Divan等人的美国专利No.7,835,128(‘128专利)中描述的用于电力网的分布式控制的经证明有效且可靠的解决方案是受限的。图1显示了使用“分布式串联电抗器(DSR)”100的现代分布式线路平衡系统102的表示，“分布式串联电抗器(DSR)”100使用无源阻抗注入模块。

电力从电力源或发电机104被传输至负载或配电站106。空间上分布的无源电感性阻抗注入模块(或DSR100)直接附接至HV传输线路108的电源线上，并因此形成DSR100的初级绕组和具有旁路开关的次级绕组，在断开开关时将电感性阻抗注入到线路上，用于分布式控制。这些DSR100通过仅将电感性阻抗注入至线路上而只提供有限数量的控制。当次级绕组通过旁路开关而被短路时，DSR100处于保护模式，并且将基本为零的阻抗注入到HV线路上。