本發(fā)明涉及輸電線路電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能負(fù)載裝置及輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)能源供應(yīng)日益緊張，用戶用電需求不斷提高，在電源側(cè)，分布式發(fā)電開始接入電網(wǎng)，太陽能，風(fēng)能等間斷性新能源在電網(wǎng)中的滲透率不斷增加；在負(fù)荷側(cè)，大量電力電子器件以及大功率非線性負(fù)載的使用，如電弧爐以及冷軋鋼機(jī)，還有大容量的單相負(fù)荷，使得低壓配電網(wǎng)的電壓不穩(wěn)定，供電質(zhì)量參差不齊。為改善電壓的波動(dòng)，在電力系統(tǒng)中，常采用集中或者就地補(bǔ)償?shù)臒o功功率補(bǔ)償方式，主要包括靜止無功補(bǔ)償器(SVC)與靜止無功發(fā)生器(SVG)，有源電力濾波器(APF)以及靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)等，從利用簡單機(jī)械式的電容器與電感器組階梯式控制到利用動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制的跟蹤補(bǔ)償技術(shù)，負(fù)載端無功的控制可以得到很大改善，但是自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置成本高，設(shè)備體積大，一般兼容諧波處理功能；另一方面，大量新能源電源并網(wǎng)給電力的瞬時(shí)供需平衡帶來影響，目前最有前景的方式是采用新型儲(chǔ)能技術(shù)，包括蓄電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能以及超級(jí)電容等，但儲(chǔ)能技術(shù)的成本很高，大規(guī)模應(yīng)用有待技術(shù)上的突破。

現(xiàn)有技術(shù)通過電力儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)電力的供需平衡，其經(jīng)濟(jì)成本和功能瓶頸目前限制其規(guī)模化發(fā)展，在實(shí)際電力系統(tǒng)應(yīng)用方面暫時(shí)并不具有不可替代性；通過無功補(bǔ)償器來實(shí)現(xiàn)無功平衡以穩(wěn)定電壓，但無功器件在運(yùn)行時(shí)損耗嚴(yán)重，無功補(bǔ)償不能連續(xù)可調(diào)，會(huì)產(chǎn)生過補(bǔ)或者欠補(bǔ)以及較多高次諧波，裝置體積較大，成本較高，另外自動(dòng)控制無功補(bǔ)償器對(duì)器件和控制系統(tǒng)的要求較高，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種智能負(fù)載裝置及輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中通過電力儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)電力的供需平衡時(shí)，電力儲(chǔ)能規(guī)模化發(fā)展受經(jīng)濟(jì)成本和功能瓶頸限制，及采用無功補(bǔ)償器時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多高次諧波，裝置體積較大，成本較高的技術(shù)問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能負(fù)載裝置，包括：

儲(chǔ)能電源、雙向DC/DC變換器及雙向AC/DC變換器；

儲(chǔ)能電源與雙向DC/DC變換器連接；

雙向DC/DC變換器與雙向AC/DC變換器連接；

雙向AC/DC變換器與電網(wǎng)中負(fù)載連接；

雙向DC/DC變換器還連接有雙向DC/DC控制模塊；

雙向AC/DC變換器還連接有雙向AC/DC控制模塊。

可選地，雙向DC/DC變換器與雙向AC/DC變換器間并聯(lián)有電容。

可選地，雙向DC/DC控制模塊連接有控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

可選地，雙向AC/DC控制模塊連接有控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

可選地，雙向AC/DC變換器通過LC濾波電路與電網(wǎng)中負(fù)載連接。

可選地，智能負(fù)載裝置與電網(wǎng)中非敏感負(fù)載串聯(lián)連接構(gòu)成智能負(fù)載；

智能負(fù)載與電網(wǎng)中敏感負(fù)載并聯(lián)連接。

可選地，控制系統(tǒng)包括PI控制器，用于獲得智能負(fù)載裝置安裝地點(diǎn)的基準(zhǔn)控制電壓。

可選地，PI控制器引入新的基準(zhǔn)電壓v_{mx_ref}，基準(zhǔn)電壓可由公式一求得，公式一具體為：

其中，v_{mx_ref}為基準(zhǔn)電壓，V_s^*為母線額定電壓，M為與距離相關(guān)的變量，K為電壓下降速度常數(shù)。

可選地，儲(chǔ)能電源為直流儲(chǔ)能電源，用于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率與有功功率及作為分布式儲(chǔ)能設(shè)備緩沖電能。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，包括：

至少一個(gè)權(quán)利要求1～權(quán)利要求9的智能負(fù)載裝置、輸電線路及輸電線路電源；

至少一個(gè)智能負(fù)載裝置安裝連接于輸電線路的不同位置。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)，包括：

至少一個(gè)智能負(fù)載裝置、輸電線路及輸電線路電源；

至少一個(gè)智能負(fù)載裝置安裝連接于輸電線路的不同位置。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

智能負(fù)載裝置的電路結(jié)構(gòu)中采用了直流儲(chǔ)能電池，使得智能負(fù)載裝置可工作在多種模式，實(shí)現(xiàn)了在補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率與有功功率的同時(shí)，也可以作為分布式儲(chǔ)能設(shè)備緩沖電能；

可通過控制與交流側(cè)電容上的電壓來控制智能負(fù)載裝置輸出的無功功率，通過控制交流側(cè)電感上的電壓來控制智能負(fù)載裝置輸出的有功功率；

采用了雙向AC/DC變換器及雙向DC/DC變換器，實(shí)現(xiàn)了智能負(fù)載裝置儲(chǔ)能電池與電網(wǎng)之間有功功率、無功功率的交換；

智能負(fù)載裝置基本電路采用了LC低通無源濾波電路，可濾除低次諧波的干擾；

采用了PI控制器，可自動(dòng)獲得線路基準(zhǔn)控制電壓，使同一線路上多個(gè)控制器可協(xié)調(diào)合作，優(yōu)化智能負(fù)載裝置容量資源配置，減少成本，對(duì)智能負(fù)載裝置在電網(wǎng)中的大規(guī)模分布式應(yīng)用提供了協(xié)調(diào)控制的方法；

智能負(fù)載裝置的自動(dòng)基準(zhǔn)電壓協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制，可以使與各智能負(fù)載裝置并聯(lián)的非敏感負(fù)載可較均勻地承擔(dān)多余的荷載量或者較均勻的減載，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全平穩(wěn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能負(fù)載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能負(fù)載裝置在電網(wǎng)中的具體位置關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的線路電壓與距離之間的關(guān)系示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的傳統(tǒng)的智能負(fù)載裝置輸出的無功功率與其輸出端電容上的電壓關(guān)系示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的智能負(fù)載裝置穩(wěn)壓控制器框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種智能負(fù)載裝置及輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中通過電力儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)電力的供需平衡時(shí)，電力儲(chǔ)能規(guī)?；l(fā)展受經(jīng)濟(jì)成本和功能瓶頸限制，及采用無功補(bǔ)償器時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多高次諧波，裝置體積較大，成本較高的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能負(fù)載裝置，包括：

儲(chǔ)能電源、雙向DC/DC變換器及雙向AC/DC變換器；

儲(chǔ)能電源與雙向DC/DC變換器連接；

雙向DC/DC變換器與雙向AC/DC變換器連接；

雙向AC/DC變換器與電網(wǎng)中負(fù)載連接；

雙向DC/DC變換器還連接有雙向DC/DC控制模塊；

雙向AC/DC變換器還連接有雙向AC/DC控制模塊。

進(jìn)一步地，雙向DC/DC變換器與雙向AC/DC變換器間并聯(lián)有電容。

進(jìn)一步地，雙向DC/DC控制模塊連接有控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，雙向AC/DC控制模塊連接有控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

進(jìn)一步地，雙向AC/DC變換器通過LC濾波電路與電網(wǎng)中負(fù)載連接。

進(jìn)一步地，智能負(fù)載裝置與電網(wǎng)中非敏感負(fù)載串聯(lián)連接構(gòu)成智能負(fù)載；

智能負(fù)載與電網(wǎng)中敏感負(fù)載并聯(lián)連接。

進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)包括PI控制器，用于獲得智能負(fù)載裝置安裝地點(diǎn)的基準(zhǔn)控制電壓。

進(jìn)一步地，PI控制器引入新的基準(zhǔn)電壓v_{mx_ref}，基準(zhǔn)電壓可由公式一求得，公式一具體為：

v_{mx_ref}＝V_s^*-MK；

其中，v_{mx_ref}為基準(zhǔn)電壓，V_s^*為母線額定電壓，M為與距離相關(guān)的變量，K為電壓下降速度常數(shù)。

進(jìn)一步地，儲(chǔ)能電源為直流儲(chǔ)能電源，用于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率與有功功率及作為分布式儲(chǔ)能設(shè)備緩沖電能。

需要說明的是，在電網(wǎng)中，可以將智能負(fù)載看成是一種分布式的儲(chǔ)能電源與可控負(fù)載，直流端采用儲(chǔ)能直流電源，可使系統(tǒng)工作在多種模式，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)有功與無功功率與和整個(gè)電網(wǎng)的交換。其中，雙向DC/DC變換器為保護(hù)儲(chǔ)能電池而設(shè)計(jì)，充電時(shí)，使得從交流端整流過來的直流電壓滿足給儲(chǔ)能電池充電的電壓條件，使其接收從電網(wǎng)過來的能量；放電時(shí)，使從儲(chǔ)能電源端輸出的電壓滿足雙向AC/DC變換器的逆變條件，再由雙向AC/DC變換器進(jìn)行輸出變換，從而對(duì)電網(wǎng)輸出能量。雙向DC/DC變換器和雙向AC/DC變換器由同一個(gè)控制系統(tǒng)分別控制兩個(gè)子控制模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。該裝置的主要特性是可以將電網(wǎng)電壓Vs穩(wěn)定在給定參考值，而不受外界擾動(dòng)的干擾，同時(shí)直流儲(chǔ)能電源的存在，也可以向電網(wǎng)輸出有功功率。

請參閱圖2，為智能負(fù)載裝置在電網(wǎng)中的具體位置關(guān)系。智能負(fù)載裝置工作在放電狀態(tài)時(shí)，可以給電網(wǎng)提供無功與有功功率，無功功率的提供體現(xiàn)在電容輸出電壓的大小與極性上，而有功功率的輸出則主要體現(xiàn)在對(duì)電感兩端電壓相位的控制上。

以上為對(duì)智能負(fù)載裝置的詳細(xì)描述，以下將詳細(xì)講述同一條線路上對(duì)不同位置安裝的智能負(fù)載裝置的電壓控制，以實(shí)現(xiàn)各裝置的統(tǒng)一控制協(xié)調(diào)運(yùn)行。

請參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種輸電線路智能負(fù)載系統(tǒng)，包括：

至少一個(gè)智能負(fù)載裝置、輸電線路及輸電線路電源；

至少一個(gè)智能負(fù)載裝置安裝連接于輸電線路的不同位置。

智能負(fù)載裝置可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電壓控制，對(duì)遠(yuǎn)距離輸電而言，母線上電壓會(huì)隨著傳輸距離的增加而有一定程度上的下降，如果在一條輸電線路上不同位置安裝多個(gè)智能負(fù)載，如圖2所示，則每個(gè)智能負(fù)載的控制基準(zhǔn)電壓應(yīng)是不相同的(V_g＞V_m1＞V_m2＞V_mx＞V_mn)，因此，對(duì)于傳統(tǒng)的將所有公共節(jié)點(diǎn)的基準(zhǔn)電壓給定為線路額定電壓的方法在大量智能負(fù)載裝置分布式應(yīng)用時(shí)并不適用，需要對(duì)線路每個(gè)不同的安裝點(diǎn)進(jìn)行重新設(shè)定基準(zhǔn)電壓。

請參閱圖4，為線路電壓與距離之間的關(guān)系。由圖可知，在線路上不同的節(jié)點(diǎn)，其實(shí)際電壓與母線的額定電壓是不相同的。因此，在對(duì)智能負(fù)載公共節(jié)點(diǎn)端電壓進(jìn)行控制時(shí)，不能對(duì)所有智能負(fù)載采用同一額定電壓來作為其基準(zhǔn)值。因電壓變化主要是線路阻抗的作用，因此其呈現(xiàn)出一種線性關(guān)系，可由公式二和公式三來表示其數(shù)學(xué)關(guān)系，公式二和公式三具體為：

v_mx^*＝V_s^*-MK 二

e＝v_mx^*-v_mx＝(V_s^*-MK)-v_mx 三

其中K代表的是電壓下降速度的快慢，其與線路阻抗相關(guān)，是一個(gè)常數(shù)；M表示的是一個(gè)與距離相關(guān)的變量，可用來調(diào)節(jié)電壓；在一個(gè)距離x處，用其實(shí)際測量得到的電壓與該處的基準(zhǔn)電壓相減即可以得到控制誤差e。

請參閱圖5，為傳統(tǒng)的智能負(fù)載裝置輸出的無功功率與其輸出端電容上的電壓關(guān)系，呈現(xiàn)出線性關(guān)系。根據(jù)輸出電壓的方向決定無功功率的正負(fù)，即感性無功或者容性無功，當(dāng)智能負(fù)載裝置提供容性無功時(shí)，則向公共節(jié)點(diǎn)提供電壓支持，當(dāng)提供感性無功時(shí)，則拉低公共節(jié)點(diǎn)電壓。而本發(fā)明提供的智能負(fù)載裝置可以動(dòng)態(tài)跟隨系統(tǒng)無功的需求變化，通過調(diào)節(jié)電容上的輸出電壓來控制所需要輸出的無功功率。因此，在無功功率的控制上，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)電容輸出電壓的控制。

在傳統(tǒng)的單一穩(wěn)壓控制器設(shè)計(jì)中，是直接將離電源端X處的電壓Vmx與Vm*，即線路額定電壓，作差來形成誤差e，但是在對(duì)一條線路上的不同位置處多個(gè)穩(wěn)壓控制器同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，此方法并不可取，因?yàn)闀?huì)造成各控制器之間獨(dú)立工作而不相互協(xié)調(diào)配合，功率與負(fù)荷在各控制器上的分配并不均勻，造成資源的浪費(fèi)。比如，在一條線路上，某一個(gè)控制器產(chǎn)生電壓支持，另一個(gè)控制器產(chǎn)生電壓抑制，兩者之間相互獨(dú)立工作，這種情況雖然在智能負(fù)載裝置容量足夠的情況下仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行，但在實(shí)際運(yùn)行中，智能負(fù)載裝置的容量會(huì)因降低成本而受到限制，該工作模式的穩(wěn)定運(yùn)行就會(huì)受到影響。因此，需要協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制各個(gè)控制器，使其相互合作，共同出力來平衡線路上有功與無功，使得各個(gè)裝置的容量都會(huì)得到充分利用，非敏感負(fù)載上的負(fù)荷分配會(huì)更加均勻。

請參閱圖6，為本發(fā)明提供的智能負(fù)載裝置穩(wěn)壓控制器框圖。

本發(fā)明中，在原智能負(fù)載控制器的基礎(chǔ)上，加入了一個(gè)新的基準(zhǔn)電壓Vmx_ref。如圖6所示，該基準(zhǔn)電壓是一個(gè)隨著安裝位置的不同而變化的量，其關(guān)系由公式一表示可得。在該控制器中，Vmx為實(shí)際線路公共節(jié)點(diǎn)的測量電壓，Vm*為線路額定電壓，Vmx_ref為經(jīng)過調(diào)節(jié)的公共節(jié)點(diǎn)基準(zhǔn)電壓，將新得的誤差emx經(jīng)過PI控制環(huán)，得到M，M為對(duì)誤差進(jìn)行比例與積分運(yùn)算之后的結(jié)果，可以看成是脈寬調(diào)制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電壓幅值的調(diào)制系數(shù)，M的正負(fù)極性表示輸出功率的無功特性，該調(diào)制系數(shù)與常數(shù)K相乘后的數(shù)值再與線路額定電壓作差即可得到線路上不同智能負(fù)載安裝位置處新的基準(zhǔn)控制電壓。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。