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一种高压输电线路稳定取能装置及其应用方法

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成果类型:
专利
发明/设计人:
樊绍胜;尹淋;钟洪亮;岳舟;王旭红
申请/专利权人:
长沙理工大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2020-01-06
申请/专利号:
CN202010009967.1
公开时间:
2020-05-08
公开号:
CN111130152A
主申请人地址:
410114 湖南省长沙市天心区万家丽南路二段960号
申请地区:
湖南
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种高压输电线路稳定取能装置,包括阻尼支路(1)、取能支路(2)和阻抗调控支路(3),所述阻尼支路(1)包括用于套设在输电线缆上的开气隙磁芯T1,所述开气隙磁芯T1上绕设有第一副边绕组,所述第一副边绕组上并联有并联谐振电容C,其特征在于:所述阻抗调控支路(3)包括调控磁芯T3、第二导线l3、调控整流电路、超级电容储能单元及逆变电路,所述第二导线l3与穿过开气隙磁芯T1部分的输电线缆并联且插设于调控磁芯T3的内孔中作为原边绕组,所述调控磁芯T3上绕设的第二副边绕组依次通过调控整流电路、超级电容储能单元、逆变电路与第一副边绕组并联连接,所述第二导线l3和输电线缆之间串接有第一开关K1,所述超级电容储能单元和取能支路(2)的负载连接端子之间串接有第二开关K2,所述超级电容储能单元和逆变电路之间串接有第三开关K3。 2.根据权利要求1所述的高压输电线路稳定取能装置,其特征在于:所述取能支路(2)包括取能磁芯T2、第一导线l2和取能整流电路,所述第一导线l2与穿过开气隙磁芯T1部分的输电线缆并联且插设于取能磁芯T2的内孔中作为原边绕组,所述取能磁芯T2上绕设有第三副边绕组,所述第三副边绕组通过取能整流电路和取能支路(2)的负载连接端子相连。 3.根据权利要求1所述的高压输电线路稳定取能装置,其特征在于:还包括控制单元,所述控制单元的供电端和取能支路(2)的负载连接端子相连,所述第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3均为电子开关器件,所述逆变电路与开气隙磁芯T1的副边绕组之间连接有用于切换正向连接或者反向连接的切换开关,所述切换开关、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3的控制端分别与控制单元的控制输出端相连。 4.一种权利要求1或2或3所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,实施步骤包括: 1)检测取能支路(2)在当前时刻t的电流It; 2)将阻抗调控支路(3)作为可控的电流源,根据当前时刻t的电流It的大小和负载连接端子所连接负载正常工作的电流范围控制超级电容储能单元的充电、放电状态切换以及逆变电路输出的连接状态调整阻尼支路(1)的阻抗以实现高压输电线路的稳定取能。 5.根据权利要求4所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,所述控制超级电容储能单元的充电、放电状态切换以及逆变电路输出的连接状态调整阻尼支路(1)的阻抗包括:在当前时刻t的电流It小于预设的第一阈值X1时,断开第一开关K1、第三开关K3,闭合第二开关K2,逆变电路与第一副边绕组正向连接,根据当前时刻t的电流It、预设的第一阈值X1之间的差值计算取能支路(2)需要补偿的电能,在通过取能支路(2)和阻抗调控支路(3)的超级电容储能单元共同向负载供电的同时,通过逆变电路控制超级电容储能单元的放电速度使其提供取能支路(2)需要补偿的电能使负载获得稳定的电能,其中第一阈值X1为负载连接端子所连接负载正常工作的电流下限值。 6.根据权利要求4所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,所述控制超级电容储能单元的充电、放电状态切换以及逆变电路输出的连接状态调整阻尼支路(1)的阻抗包括:在当前时刻t的电流It大于预设的第一阈值X1且小于预设的第二阈值X2时,闭合第一开关K1,断开第二开关K2、第三开关K3,逆变电路与第一副边绕组断开连接,根据当前时刻t的电流It、预设的第一阈值X1之间的差值计算取能支路(2)多余的电能,在通过取能支路(2)向负载供电的同时,通过逆变电路控制超级电容储能单元的充电速度使其消耗取能支路(2)多余的电能使负载获得稳定的电能,其中第二阈值X2为负载连接端子所连接负载正常工作的电流上限值。 7.根据权利要求4所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,所述控制超级电容储能单元的充电、放电状态切换以及逆变电路输出的连接状态调整阻尼支路(1)的阻抗包括:在当前时刻t的电流It大于第二阈值X2时,根据取能支路(2)的历史电流数据预测下一时刻的预测电流It+1;根据下一时刻的预测电流It+1计算反向电流i2;将逆变电路与开气隙磁芯T1的副边绕组反接,并根据反向电流i2调节取能支路(2)的阻抗使负载获得稳定的电能。 8.根据权利要求7所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,所述预测下一时刻的预测电流It+1的函数表达式为: 上式中,x1,x2,……,x(t-2),x(t-1),xt分别为权重,I1,I2,……,I(t-2),I(t-1),It分别为历史电流数据中t1至tt时刻的取能支路(2)的历史电流大小。 9.根据权利要求7所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,所述预测电流It+1计算反向电流i2的步骤包括:首先根据下式计算出系数k的值,然后根据i2=k*i(t+1)计算出反向电流i2的值; 上式中,It为取能支路(2)当前时刻t的电流,Za为阻尼支路(1)总阻抗,Zb为取能支路(2)总阻抗,Ia为阻尼支路(1)的电流,Ib为取能支路(2)的电流。 10.根据权利要求7所述的高压输电线路稳定取能装置的应用方法,其特征在于,所述根据反向电流i2调节取能支路(2)的阻抗使负载获得稳定的电能的步骤包括:将反向电流i2除以第一副边绕组的匝数N作为指令电流ia*,将指令电流ia*、第一副边绕组的实际电流ia一起作为带有环宽为2ΔI的滞环特性比较器的输入,通过所述带有滞环特性比较器根据指令电流ia*、第一副边绕组的实际电流ia之间的偏差来控制逆变电路的占空比开关管的通断状态以调节逆变电路的输出电流。
摘要:
本发明公开了一种高压输电线路稳定取能装置及其应用方法,取能装置包括阻尼支路、取能支路和阻抗调控支路,阻抗调控支路包括调控磁芯T3、第二导线l3、调控整流电路、超级电容储能单元及逆变电路,第二导线l3和输电线缆之间串接有第一开关K1,超级电容储能单元和取能支路的负载连接端子之间串接有第二开关K2,超级电容储能单元和逆变电路之间串接有第三开关K3;应用方法包括将阻抗调控支路作为可控的电流源,控制超级电容储能单元的充电、放电状态切换以及逆变电路输出的连接状态调整阻尼支路的阻抗以实现高压输电线路的稳定取能。本发明能在输电线路电流变化的时候为负载获得稳定取能,具有取...

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