CN215267650U - 一种基于接地结构的低频输电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于接地结构的低频输电***，包括：交流电网，AC/AC换流器、第一换流变压器、接地装置、第二换流变压器、低频电网。其中，接地装置分别与第一换流变压器的二次侧绕组和AC/AC换流器的输入端连接，且与二次侧绕组构成接地结构。本实用新型通过接地装置中的不同接地结构可以作为第一换流变压器的二次侧绕组的中性节点，以免输电线路的对地电位过高，确保低频输电线路能够安全、稳定可靠运行。

Description

一种基于接地结构的低频输电***

技术领域

本实用新型涉及低频电网输电技术领域，具体涉及一种基于接地结构的低频输电***。

背景技术

随着国民经济的发展与电网技术的与时俱进，广大居民或许多用电场所对电能的需求也不断增大，对电网的电能输送能力的要求也越来越高。

例如：近几年，越来越多的岛屿资源被开发，旅游行业发展迅速，岛上用电负荷不断加大，岛屿供电及岛间联网的需求也随之增加，各个岛屿之间的距离较远，当使用工频输电时，输出电能末端电压的波动较大，导致海上供电电压不稳定，无法满足海岛上居民用电使用的要求。因此，需要通过大容量远距离低频输电来实现资源的优化配置。

目前，现有技术中，对于低频输电***而言，由于在AC/AC换流器的换流阀侧的对地电位较高，容易造成低频输电***的输出电压不稳定，最终导致低频输电***无法安全可靠稳定运行。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的AC/AC换流器的换流阀侧的对地电位较高，容易造成低频输电***的输出电压不稳定和不安全可靠的缺陷，从而提供一种基于接地结构的低频输电***。

根据第一方面，本实用新型实施例提供一种基于接地结构的低频输电***，包括：交流电网(11)，用于输出交流电能；AC/AC换流器(12)，用于传输所述交流电能，且将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，所述第一频率大于所述第二频率；低频电网(13)，用于输出经过所述AC/AC换流器(12)进行频率变换的低频电能；第一换流变压器(14)，包括：位于所述交流电网(11)所在侧端的一次侧绕组和位于所述AC/AC换流器(12)所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与所述交流电网(11)连接，其二次侧绕组与所述AC/AC换流器(12)连接；第二换流变压器(16)，包括：位于所述低频电网(13)所在侧端的一次侧绕组和位于所述AC/AC换流器(12)所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与所述低频电网(13)连接，其二次侧绕组与所述AC/AC换流器(12)的输出端连接；接地装置(15)，分别与所述第一换流变压器(14)的所述二次侧绕组和所述AC/AC换流器(12)的输入端连接，且与所述第一换流变压器(14)的所述二次侧绕组构成接地结构；或，所述第二换流变压器(16)的所述二次侧绕组和所述AC/AC换流器(12)的输出端连接，且与所述第二换流变压器(16)的二次侧绕组构成接地结构。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的基于接地结构的低频输电***，所述接地装置(15)包括：Z型变压器(151)，其包括一次侧绕组和二次侧绕组，其一次侧绕组与所述第一换流变压器(14)的二次侧绕组与所述AC/AC换流器(12)的输入端连接；避雷器(153)，其分别与所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点连接；第一电阻器(152)，其与所述避雷器(153)并联连接，且其一端还接地。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组构成第一星型连接结构。

一种实施方式中，本实用新型实施例中所述的基于接地结构的低频输电***，所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点为所述第一星型连接结构的中性节点。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组均为三相绕组。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，所述接地装置(15)还包括：三个互相连接的电抗器(155)和第二电阻器(154)，所述第二电阻器(154)的第一端与所述三个互相连接的电抗器(155)的连接节点连接，所述第二电阻器(154)的第二端接地。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，所述三个互相连接的电抗器(155)的构成第二星型连接结构。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，所述三个互相连接的电抗器(155)的连接节点为所述第二星型连接结构的中性节点。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，所述三个互相连接的电抗器(155)分别与所述第一换流变压器(14)的二次侧绕组和所述AC/AC换流器(12)的输入端连接。

一种实施方式中，本实用新型实施例中的所述的基于接地结构的低频输电***，还包括：第一开关器件(17)，其分别与所述交流电网(11)和所述第一换流变压器(14)的一次侧绕组连接；第二开关器件(18)，其分别与所述低频电网(13)和所述第二换流变压器(16)的一次侧绕组连接。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型公开一种基于接地结构的低频输电***，包括：交流电网，用于输出交流电能；AC/AC换流器，用于传输交流电能，且将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，第一频率大于第二频率；低频电网，用于输出经过AC/AC换流器进行频率变换的低频电能；第一换流变压器，包括：位于交流电网所在侧端的一次侧绕组和位于AC/AC换流器所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与交流电网连接，其二次侧绕组与AC/AC换流器连接；接地装置，分别与第一换流变压器的二次侧绕组和AC/AC换流器的输入端连接，且与二次侧绕组构成接地结构；第二换流变压器，包括：位于低频电网所在侧端的一次侧绕组和位于AC/AC换流器所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与低频电网连接，其二次侧绕组与AC/AC换流器的输出端连接。本实用新型通过接地装置中的不同接地结构可以作为第一换流变压器的二次侧绕组的中性节点，以免输电线路对地电位过高，确保低频输电线路能够安全、稳定可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中基于接地结构的低频输电***的第一示意图；

图2为本实用新型实施例中基于接地结构的低频输电***的第二示意图；

图3为本实用新型实施例中AC/AC换流器的拓扑图；

图4为本实用新型实施例中接地装置的第一示意图；

图5为本实用新型实施例中接地装置的第二示意图；

图6为本实用新型实施例中基于接地结构的低频输电***的第三示意图。

附图标记：

10-旁路开关器件； 11-交流电网； 12-AC/AC换流器；

13-低频电网； 14-第一换流变压器； 15-接地装置；

16-第二换流变压器； 17-第一开关器件； 18-第二开关器件；

151-Z型变压器； 152-第一电阻器；

153-避雷器； 154-第二电阻器； 155-电抗器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在远距离低频输电***中，虽然低频输电可以改善输出电能末端电压波动较大的问题，但是由于各个输电场所之间的距离较远，在AC/AC换流器的换流阀侧的对地电位较高，仍然还会造成低频输电***的输出电压不稳定，最终导致低频输电***无法安全稳定运行的弊端。因此，本实用新型公开一种基于接地结构的低频输电***。

本实用新型公开一种基于接地结构的低频输电***，如图1所示，分别包括：交流电网11、AC/AC换流器12、低频电网13、第一换流变压器14、接地装置15和第二换流变压器16。

在图1中，其中，交流电网11，用于输出交流电能。此处的交流电网11为位于工频侧的电网，用于输出交流信号的电能，而工频侧是通常用于输出频率为50Hz交流电的电网侧。例如：该交流电网11可以为设置在陆地上的变电站和/或发电站和/或配电站，其主要给陆地上的用电设备提供电能。又例如：该交流电网11还可以为当前流行的新能源发电基地。

在图1中，其中，AC/AC换流器12，用于传输交流电能，且将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，第一频率大于第二频率。因为对于低频输电***而言，其往往应用在大容量长距离输电之中，为了提高传输效率，增强传输容量，进而达到降低输电线路的阻抗与传输距离的问题，所以，通过AC/AC换流器12对交流电网11传输的交流电能进行频率变换，其中，第一频率和第二频率的范围根据实际应用确定，该基于接地结构的低频输电***应用于大容量长距离输电，第一频率和第二频率的范围根据实际应用确定，第一频率的优选范围为小于等于75Hz，第二频率只要小于第一频率即可，如第一频率为60Hz，第二频率可以为小于60Hz的任一频率。在本实施例中，由于我国电网的工频频率为50Hz，故第一频率设置为50Hz；第二频率设置为50/3Hz；随着输电频率降低，线缆电流增加，绝缘性能随之下降，在综合考虑其绝缘和成本等多种因素的影响后采用50/3Hz的低频输电频率，这样设置可以增加3倍传输容量，降低线路阻抗、增加传输距离的目的。

在一种具体实施方式中，如图2所示，为AC/AC换流器12的连接结构方式，在图1中的交流电网11分别为A相、B相以及C相，交流电网11输出电压分别为VA、VB以及VC中。如图3所示，AC/AC换流器12包括包括三个换流单元121，换流单元121包括三个换流桥臂，每个换流桥臂均包括电感1211和H桥1212，电感1211的第一端与H桥1112的第一端连接，电感1211的第二端作为换流桥臂的输入端，H桥1212的第二端作为换流桥臂的输出端；AC/AC换流器12含有9个由级联H桥组成的桥臂。

在图3中，全控型H桥1212包括两组电力电子器件桥臂和直流电容，两组电力电子器件桥臂并联连接，每一个电力电子器件桥臂均包括串联的两个电力电子器件，直流电容与电力电子器件桥臂并联连接；电力电子器件包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和与IGBT并联连接的反并联二极管。当然，在其它实施例中，电力电子器件还可以为金属(metal)-氧化物(oxide)-半导体(semiconductor)场效应晶体管(MOS)管或者双极型晶体管(BipolarJunction Transistor，缩写为BJT)等，根据需要合理设置即可。在图3中，由于一个全控型H桥1212所能承受的电压等级有限，还可以根据输电线路需求，设置多个全控型H桥1212进行级联，在其它实施方式中，可根据需要合理设置全控型H桥1212的级联个数。

在图1中，其中，第一换流变压器14，包括：位于交流电网11所在侧端的一次侧绕组和位于AC/AC换流器12所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与交流电网11连接，其二次侧绕组与AC/AC换流器12的输入端连接。在图1中，可以看出第一换流变压器14设置在交流电网11与AC/AC换流器12之间，位于交流电网11所在侧端的一次侧绕组呈星型连接结构，且其一次侧绕组与地连接，位于AC/AC换流器12所在侧端的二次侧绕组为三角形连接结构，三角形连接结构不存在接地点，因此，在其二次侧需要设置待接地点，以免输电线路对地电位较高。

第二换流变压器16，包括：位于低频电网13所在侧端的一次侧绕组和位于AC/AC换流器12所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与低频电网13连接，其二次侧绕组与AC/AC换流器12的输出端连接。其中，其一次侧绕组与交流电网11连接，其二次侧绕组与AC/AC换流器12连接。在图1中，可以看出第二换流变压器16设置在低频电网13与AC/AC换流器12之间，位于低频电网13所在侧端的一次侧绕组呈星型连接结构，且其一次侧绕组与地连接。此处的第二换流变压器16与第一换流变压器14的结构是相同的，第二换流变压器16与第一换流变压器14的主要功能是为了调整低频电网13侧端以及工频电网侧端的输电电压以及AC/AC换流器12所包含子模块的输出电压，进而可以提高灵活控制低频输电***能够稳定、可靠运行。

在图1中，其中，接地装置15，分别与第一换流变压器14的二次侧绕组和AC/AC换流器12的输入端连接，且与第一换流变压器14的二次侧绕组构成接地结构。在图1中，可以看出，该接地装置15设置在第一换流变压器14与AC/AC换流器12之间。作为另外一种可替换的实施方式，接地装置15还可以第二换流变压器16与AC/AC换流器12之间，与第二换流变压器16的二次侧绕组和AC/AC换流器12的输出端连接，与第二换流变压器(16)的二次侧绕组构成接地结构。该接地装置15可以为Z型变压器151接地结构作为第一换流变压器14的二次侧绕组为三角形结构的接地节点，该接地装置15还可以为三各互相连接的电抗器155构成接地结构的接地节点。因此，接地装置15其目的是为了构成接地节点，将第一换流变压器14的二次侧绕组进行接地，以免输电线路对地电位节点的电位过高，从而确保输电线路能够安全稳定运行。

在一种优选的实施方式中，如图4所示，本实用新型实施例中的接地装置15包括：Z型变压器151、避雷器153以及第一电阻器152。其中，避雷器153，其分别与Z型变压器151的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点连接；第一电阻器152，其与避雷器153并联连接，且其一端还接地。

在图4中，Z型变压器151，其包括一次侧绕组和二次侧绕组，其一次侧绕组与第一换流变压器14的二次侧绕组与AC/AC换流器12的输入端连接。其中，Z型变压器151的一次侧绕组和二次侧绕组均为三相绕组，Z型变压器151的一次侧绕组和二次侧绕组构成第一星型连接结构，Z型变压器151的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点为第一星型连接结构的中性节点。在图4中，一次侧绕组的三相绕组分别为A1、B1、C1，二次侧绕组的三相绕组分别为A2、B2、C2，且一次侧的绕组A1与二次侧的绕组B2连接，一次侧的绕组B1与二次侧的绕组C2连接，一次侧的绕组C1与二次侧的绕组A2连接。因此，Z型变压器151的一次侧绕组C1、A1、B1分别与二次侧绕组A2、B2、C2首尾连接构成第一星型连接结构，其中A2、B2、C2是Z型变压器151的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点为第一星型连接结构的中性节点，该中性节点分别与避雷器153以及第一电阻器152连接。在图4中，该避雷器153与第一电阻器152并联连接的一端连接中性节点A2、B2、C2，该避雷器153与第一电阻器152并联连接的另一端接地。

虽然Z型变压器151在交直流输电***中属于一种常用的电力电子器件，由于Z型变压器151同一柱上两半部分绕组中的零序电流方向是相反的，因此，零序电抗很小，对零序电流不产生扼流效应。当Z型变压器151中性点接入消弧线圈时，可使消弧线圈补偿电流自由地流过，Z型变压器151广泛作为作接地变压器。因此，利用该Z型变压器151作为第一换流变压器14的二次侧绕组的接地结构。在图1中，可以看出第一换流变压器14的二次侧绕组为三角形连接结构，该三角形连接结构因为没有中性节点，所以无法直接接地，导致输电线路对地电位较高，最终会影响低频输电可靠稳定运行。在本实施例中，设置Z型变压器151可以构成接地结构，确保第一换流变压器14的二次侧绕组即使是三角形连接结构，也能安全接地，保证低频输电更加稳定可靠。

在另一种可选的实施方式中，如图5所示，本实用新型实施例中基于接地结构的低频输电***，接地装置15还包括：三个互相连接的电抗器155和第二电阻器154，第二电阻器154的第一端与三个互相连接的电抗器155的连接节点连接，第二电阻器154的第二端接地。三个互相连接的电抗器155的构成第二星型连接结构。三个互相连接的电抗器155的连接节点为第二星型连接结构的中性节点。三个互相连接的电抗器155分别与第一换流变压器14的二次侧绕组和AC/AC换流器12的输入端连接。在图5中，三个互相连接的电抗器155的中性节点是第二电阻器154的一端，该第二电阻器154的另一端接地。在图5中，三个互相连接的电抗器155与第二电阻器154也构成接地结构作为第一换流变压器14二次侧绕组的中性节点，为了更好地使得第一换流变压器14能够可靠接地，以防止其在输电线路中对地电位较高，最终确保低频输电线路可以安全稳定运行。

如图6所示，是将三个互相连接的电抗器155和第二电阻器154所构成的接地结构应用在低频输电线路中。

在一种实施方式中，本实用新型实施例中的基于接地结构的低频输电***，在图1或图6中，还包括：第一开关器件17，第二开关器件18。

其中，第一开关器件17，其分别与交流电网11和第一换流变压器14的一次侧绕组连接。第二开关器件18，其分别与低频电网13和第二换流变压器16的一次侧绕组连接。第一开关器件17、第二开关器件18的主要功能是实现电网输电线路的开启或关断。在图6中，在第一换流变压器14的一次侧绕组上还设置有旁路开关器件10和在第二换流变压器16的一次侧绕组上还设置有旁路开关器件10。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于接地结构的低频输电***，其特征在于，包括：

交流电网(11)，用于输出交流电能；

AC/AC换流器(12)，用于传输所述交流电能，且将输电线路中的第一频率三相电压转换为第二频率三相电压，所述第一频率大于所述第二频率；

低频电网(13)，用于输出经过所述AC/AC换流器(12)进行频率变换的低频电能；

第一换流变压器(14)，包括：位于所述交流电网(11)所在侧端的一次侧绕组和位于所述AC/AC换流器(12)所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与所述交流电网(11)连接，其二次侧绕组与所述AC/AC换流器(12)连接；

第二换流变压器(16)，包括：位于所述低频电网(13)所在侧端的一次侧绕组和位于所述AC/AC换流器(12)所在侧端的二次侧绕组，其中，其一次侧绕组与所述低频电网(13)连接，其二次侧绕组与所述AC/AC换流器(12)的输出端连接；

接地装置(15)，分别与所述第一换流变压器(14)的所述二次侧绕组和所述AC/AC换流器(12)的输入端连接，且与所述第一换流变压器(14)的所述二次侧绕组构成接地结构；或，所述第二换流变压器(16)的所述二次侧绕组和所述AC/AC换流器(12)的输出端连接，且与所述第二换流变压器(16)的二次侧绕组构成接地结构。

2.根据权利要求1所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述接地装置(15)包括：

Z型变压器(151)，其包括一次侧绕组和二次侧绕组，其一次侧绕组与所述第一换流变压器(14)的二次侧绕组与所述AC/AC换流器(12)的输入端连接；

避雷器(153)，其分别与所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点连接；

第一电阻器(152)，其与所述避雷器(153)并联连接，且其一端还接地。

3.根据权利要求2所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组构成第一星型连接结构。

4.根据权利要求3所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组的连接节点为所述第一星型连接结构的中性节点。

5.根据权利要求2至4任一项所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述Z型变压器(151)的一次侧绕组和二次侧绕组均为三相绕组。

6.根据权利要求1所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述接地装置(15)还包括：三个互相连接的电抗器(155)和第二电阻器(154)，所述第二电阻器(154)的第一端与所述三个互相连接的电抗器(155)的连接节点连接，所述第二电阻器(154)的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述三个互相连接的电抗器(155)的构成第二星型连接结构。

8.根据权利要求7所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述三个互相连接的电抗器(155)的连接节点为所述第二星型连接结构的中性节点。

9.根据权利要求6至8任一项所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，所述三个互相连接的电抗器(155)分别与所述第一换流变压器(14)的二次侧绕组和所述AC/AC换流器(12)的输入端连接。

10.根据权利要求1所述的基于接地结构的低频输电***，其特征在于，还包括：

第一开关器件(17)，其分别与所述交流电网(11)和所述第一换流变压器(14)的一次侧绕组连接；

第二开关器件(18)，其分别与所述低频电网(13)和所述第二换流变压器(16)的一次侧绕组连接。

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