专利名称：高压输电线路输送电能的装置及方法
技术领域：
本发明涉及电力系统送变电领域，特别涉及一种用于10kV及以上电压等级的高压输电线
路输送电能的装置及方法。
背景技术：
由于电能具有转换容易、输送方便、控制灵活以及洁净、经济等优点，己经成为工业、 农业、国防、交通等部门不可缺少的动力，成为改善和提高人们物质文化生活的重要因素。 发电厂一般都在偏远地区，远离城市，远离电力用户。发电机发出的电能需要通过输电线路 输送到用户。输电线路的主要作用是远距离传输电能。由于交流电容易升压与降压，容易驱
动电动机，当前，电能主要以50赫兹或60赫兹的交流电的方式存在。输电线路也就需要传 输50赫兹或60赫兹的交流电。交流电在输电线路中传输时，会有电阻和电抗。电阻与电抗 相比较，电阻较小，电抗较大。近似分析时，输电线路的电阻可忽略不计。输电线路输送交 流电流时，交流电流在电抗上产生压降，电流越大，压降也越大。由于受电端需要通过减压 变压器把高电压降为低电压后供用户使用，减压变压器变比是固定的，交流电流在输电线路 电抗上产生压降，就使得轻负荷时，用户端电压很高；重负荷时，用户端电压很低；电力部 门对电压的变化范围有明确规定。因此，对于10kV与35kV电力系统，输电线路的压降是限 制输电线路输送功率的主要因数。要增加输送功率，就要新增输电线路，投资很大。110kV 以上电压等级的电力系统，输电线路具有分布电容，可补偿输电线路的压降，输电线路的压 降不是限制110Kv以上电压等级线路输送功率的主要因数。110kV以上电压等级输电线路的 电抗使输电线路两侧电势具有夹角。电抗越大，夹角越大；夹角越大，电力系统越不稳定。 110kV以上电压等级的电力系统，电力系统稳定性是限制输电线路输送功率的主要因数。要 增加输送功率，就要新增输电线路，投资很大。
为了不影响电力系统稳定性，又能提高输送容量，最近，世界正在发展高压直流输电； 直流电流在输电线路中流动时，只有电阻，没有电抗；因此，高压直流输电效果优于交流输 电。但是，高压直流输电需要在送电端通过整流模块把交流电整流成直流电，再通过输电线 路输送至受电端，受电端通过换流器(逆变器)把直流电变为交流电，供给用户。直流电变 交流电的换流设备很复杂，需要许多大功率阀换流器；触发大功率阀换流器在不同时刻导通 的控制设备和控制技术很复杂；换流器在换流过程输出有大量高次谐波，高压直流输电需要 技术复杂的大功率滤波器；上述设备的安装需要占用较大的场地，直流电变交流电的工作场
地也称为换流站；换流站建设费用很高，运行管理困难；这些缺点限制了高压直流输电技术 的推广应用。另外，高压直流输电技术只能用于单方向送电，当受电侧电量过剩，送电侧电 量不足时，不能实现受电侧向送电侧反送电，减低了电网调度的灵活性。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有高压直流输电技术设备复杂，成本髙，仅能单方向送电， 灵活性差等问题，提供一种具有结构简单，成本低廉，能够实现双向送电，灵活性高等优点 的高压输电线路输送电能的装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种高压输电线路输送电能的装置，它包括至少一对对外绝缘的输电线，在其中一条对 外绝缘的输电线上设有至少一个正向整流模块，在另一条对外绝缘的输电线上设有至少一个 反向整流模块；两条对外绝缘的输电线并联后一端与交流电源连接，另一端与受电端子连接。 所述正向整流模块和反向整流模块分别等效为一只整流二极管。 所述正向整流模块和反向整流模块分别由一个耐高压整流二极管组成。 所述正向整流模块和反向整流模块分别由至少两个并联的耐高压整流二极管组成。 所述正向整流模块和反向整流模块分别由多个耐高压整流二极管正向串联而成。 所述正向整流模块和反向整流模块分别由至少两组串联的耐高压整流二极管并联组成， 每组串联的耐高压整流二极管由至少两个耐高压整流二极管正向串联而成。 一种高压输电线路输送电能装置的输电方法，它的方法为
交流电源通过串联接入一组正向整流模块的一条输电线向受电设备输送正向直流脉动电 压或电流；
交流电源通过串联接入一组反向整流模块的另一条输电线向受电设备输送反向直流脉动 电压或电流；
受电设备端子获得正向电压或电流，也同时获得反向电压或电流；从而使受电设备端子 获得完整的交流电压或电流。
所述交流电压正半波时，正向整流模块导通，串联接入正方向整流模块的输电线向受电 端输送正方向直流脉动电压或电流；
交流电压负半波时，反向整流模块导通，串联接入反方向整流模块的输电线向受电端输 送反方向直流脉动电压或电流；受电设备端子得到的是有正向波形又有反向波形的波形完整 的交流电压或电流。
本发明提供了一种不必像高压直流输电技术那样在受电端需要直流电变交流电的换流设 备、又能减小高压交流输电线路两侧电势夹角的高压输电线路输送电能的装置和方法。
本发明高压输电线路输送电能的方法由两条对外绝缘的输电线、两组整流模块组成。整 流模块的外特性等效一只整流二极管。
输送电能的方法在于交流电源通过串联接入一组正方向整流模块的一条输电线向受电设 备输送正向直流脉动电压(电流)，交流电源通过串联接入一组反方向整流模块的另一条输电 线向受电设备输送反向直流脉动电压(电流)；受电设备端子获得正向电压(电流)，也获得 反向电压(电流)；受电设备端子获得完整的交流电压(电流)。
根据上述方法， 一组整流模块正方向串联接入其中一条输电线；另一组整流模块反方向 串联接入另一条输电线；两条电路的一端并联接入送电端子，两条电路的另一端并联接入受 电端子。当送电端子接入交流电源时，串联接入一组正方向整流模块的一条输电线向受电设 备输送正向直流脉动电压(电流)，串联接入一组反方向整流模块的另一条输电线向受电设备 输送反向直流脉动电压(电流)；送电端子输出的是有正向波形又有反向波形的交流电，受电 端子得到的也是有正向波形又有反向波形的波形完整的交流电。
本发明的有益效果是结构简单，成本低廉，灵活性好。
图1表示输电线与整流模块接入电力系统的连接方式； 图2表示送电端子输出交流电的波形；
图3表示整流模块正方向串联接入的输电线向受电端输送正方向直流脉动电流的波形； 图4表示整流模块反方向串联接入的输电线向受电端输送反方向直流脉动电流的波形； 图5表示受电端子得到的交流电的波形。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
本发明不是交流输电技术，在输电线路中流动的是交流电流；也不是直流输电技术，在 输电线路中流动的是基本平稳的直流电流。本发明的输电技术，在输电线路中流动的是直流 脉动电流。其中，Dl为正向整流模块，D2为反向整流模块，Ll、 L2为输电线，M表示送电端 子，N表示受电端子，AC表示交流电源，R表示交流负载。 '
图1示出正向整流模块Dl正方向串联接入其中输电线Ll;皮向整流模块D2反方向串联 接入输电线L2。两条电路的一端并联接入送电端子M，两条电路的另一端并联接入受电端子
当送电端子M接入交流电源AC时，送电端子M输出的是有正向波形又有反向波形的波形 完整的交流电压(电流)，如图2所示。交流电压正半波时，正向整流模块D1导通，串联接 入正方向整流模块的输电线L1向受电端子N输送正方向直流脉动电压(电流)，正方向直流
脉动电压(电流)的波形如图3所示。交流电压负半波时，反向整流模块D2导通，串联接入 反方向整流模块的输电线L2向受电端子N输送反方向直流脉动电压(电流)，反方向直流脉 动电压(电流)的波形如图4所示。受电端子N得到的是有正向波形又有反向波形的波形完 整的交流电压(电流)，如图5所示。
由于受电端子N得到有正向波形又有反向波形的波形完整的交流电，可直接用于交流用 电设备。不需要安装直流电变交流电的换流设备。减少了土地占用，减低了设备投资，减少 了运行管理难度。
由于任意一条输电线中流动的是脉动的直流电，脉动的直流电在输电线中遇到的电抗小 于交流电；由此可减小输电线路两侧电势夹角，提高电力系统稳定性。在同等稳定性条件下， 输电线路可提高输送功率。
本发明提出的方法，不但M侧可向N侧送电，如果N侧有电源，N侧也可向M侧送电。 具有交流电网灵活调度的优越性。克服了高压直流输电电网调度不灵活性的缺点。
本发明的两组整流模块D1、 D2，可以采用高压直流输电中电源端交流电变直流电的相关 技术，取桥式整流电路中的其中一路分支作为本发明的整流模块。
整流模块可以由一只或多只整流二极管组成。多只整流二极管正方向串联以提高整流模 块的反方向耐压；整流二极管正方向串联时，每只整流二极管应并联一只均压电容器，以平 均每只整流二极管上的电压。数支串联了同等数量的整流二极管串可以同方向并联，以提高 整流模块允许电流值，提高输电电流；整流二极管串并联时，整流二极管串中应串联一只均 流电抗器，以平均每串整流二极管上的电流。整流二极管的正向压降很低，不到l伏；加于 整流模块的反向电压是整k二极管的正向压降加上输电线路两端的压降；输电线路两端的压 降是流过输电线路电流与线路电抗的乘积；流过输电线路电流很小时，输电线路两端的压降 很小；流过输电线路电流增大时，输电线路两端的压降增大；本发明的目的之一就是在同等 电流条件下减小高压输电线路两侧电势夹角，即减小输电线路两端的电压；可见，整流模块 反向电压比系统电压小很多，整流模块能实施。
整流模块可以由一只或多只整流子模块正方向串联组成；整流子模块外特性等效为一只 整流二极管。整流子模块可以由一只或多只整流二极管正方向串联组成，多只整流二极管正 方向串联以提高整流组件单元的反方向耐压；整流二极管正方向串联时，每只整流二极管可 并联一只均压电容器，以平均每只整流二极管上的电压；整流子模块可串联一只电抗器，以 平均每串整流二极管上的电流、限制整流二极管冲击电压、与均压电容器配合使电压线性分 布；串联有电抗器的整流子模块可并联一只均压电容器，以平均每只整流子模块上的电压。 数支串联了同等数量的整流子模块串可以同方向并联，以提高整流模块允许电流值，提高输
电电流；整流子模块串并联时，整流子模块串中可串联一只均流电抗器，以平均每串整流二 极管上的电流。
整流模块可并联一只非线性电阻，电阻两端电压小于整流模块反向耐压时电阻值很大、 接近无穷大，电阻两端电压大于整流模块反向耐压时电阻值很小、接近零，并联非线性电阻 以防止整流模块过电压。
整流模块可并联一只放电间隙，放电间隙两端电压小于整流模块反向耐压时放电间隙不 放电，放电间隙两端电压大于整流模块反向耐压时放电间隙放电，放电间隙防止整流模块过 电压。
由于输电线L1、 L2所在的电路并联接于同一电压等级的电源，输电线对地电压很高；但 输电线L1与L2之间的电压很小。输电线L1、 L2可以近距离安装。现在，输电线路的二分裂 输电线、三分裂输电线、四分裂输电线的制造技术和架设技术已很成熟。可利用成熟的分裂 输电线技术，把分裂输电线中的不绝缘支架改为绝缘支架，即可实施本发明所述输电线技术。
本发明完全具备实施条件，有广阔的应用前景。
当前高压电力系统大多数是交流电，交流电一般都釆用A、 B、 C三相对称电压。在A、 B、 C三相对称电压的电力系统实施本发明输电，可采用三套结构一样的本发明的方法输电。一 组送电端电源连接送电端A相，受电端子连接受电端A相；另一组送电端电源连接送电端B 相，受电端子连接受电端B相；再一组送电端电源连接送电端C相，受电端子连接受电端C 相。
权利要求
1. 一种高压输电线路输送电能的装置，其特征是，它包括至少一对对外绝缘的输电线，在其中一条对外绝缘的输电线上设有至少一个正向整流模块，在另一条对外绝缘的输电线上设有至少一个反向整流模块；两条对外绝缘的输电线并联后一端与交流电源连接，另一端与受电端子连接。
2. 如权利要求1所述的高压输电线路输送电能的装置，其特征是，所述正向整流模块和 反向整流模块分别等效为一只整流二极管。
3. 如权利要求1或2所述的高压输电线路输送电能的装置，其特征是，所述正向整流模 块和反向整流模块分别由一个耐高压整流二极管组成。
4. 如权利要求1或2所述的高压输电线路输送电能的装置，其特征是，所述正向整流模 块和反向整流模块分别由至少两个并联的耐高压整流二极管组成。
5. 如权利要求1或2所述的高压输电线路输送电能的装置，其特征是，所述正向整流模 块和反向整流模块分别由多个耐高压整流二极管正向串联而成。
6. 如权利要求1或2所述的高压输电线路输送电能的装置，其特征是，所述正向整流模 块和反向整流模块分别由至少两组串联的耐高压整流二极管并联组成，每组串联的耐高压整 流二极管由至少两个耐高压整流二极管正向串联而成。
7. —种采用权利要求1所述的高压输电线路输送电能装置的输电方法，其特征是，它的 方法为交流电源通过串联接入一组正向整流模块的一条输电线向受电设备输送正向直流脉动电 压或电流；交流电源通过串联接入一组反向整流模块的另一条输电线向受电设备输送反向直流脉动 电压或电流；受电设备端子获得正向电压或电流，也同时获得反向电压或电流；从而使受电设备端子 获得完整的交流电压或电流。
8. 如权利要求7所述的高压输电线路输送电能装置的输电方法，其特征是，所述交流电 压正半波时，正向整流模块导通，串联接入正方向整流模块的输电线向受电端输送正方向直 流脉动电压或电流；交流电压负半波时，反向整流模块导通，串联接入反方向整流模块的输电线向受电端输 送反方向直流脉动电压或电流；受电设备端子得到的是有正向波形又有反向波形的波形完整 的交流电压或电流。
全文摘要
本发明公开了一种高压输电线路输送电能的装置及方法。它解决了现有高压直流输电技术设备复杂，成本高，仅能单方向送电，灵活性差等问题，具有结构简单，成本低廉，能够实现双向送电，灵活性高等优点。其结构为它包括至少一对对外绝缘的输电线，在其中一条对外绝缘的输电线上设有至少一个正向整流模块，在另一条对外绝缘的输电线上设有至少一个反向整流模块；两条对外绝缘的输电线并联后一端与交流电源连接，另一端与受电端子连接。
文档编号H02J3/00GK101383510SQ200810157889
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者李晓明 申请人:李晓明