基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法及装置.pdf

《基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法及装置.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法及装置.pdf（14页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010565267.0 (22)申请日 2020.06.19 (71)申请人 国网湖北省电力有限公司武汉供电 公司 地址 430013 湖北省武汉市江岸区解放大 道1701号 申请人 华中科技大学 (72)发明人 李强李玮贺思林吴开宇 谷博王丹 (74)专利代理机构 华中科技大学专利中心 42201 代理人 李智 (51)Int.Cl. H02J 3/00(2006.01) H02J 3/04(2006.01) H02M 5/458(2006.01) H02M 7/483(。

2、2007.01) (54)发明名称 基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷 转带方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于全控型AC/DC/AC变 换器的变电站负荷转带方法及装置， 属于配电网 变压器重载调整领域， 包括： 为重载变压器确定 待转带目标负荷线路； 选取与目标负荷线路存在 电气连接且容量充足的目标变压器， 将变换器整 流侧接入其低压侧母线； 调整变换器逆变侧相 位， 使其与目标负荷线路匹配， 并将该逆变侧接 入目标负荷线路， 逐渐提高变换器功率至稳定运 行后， 切断目标负荷线路与重载变压器的连接； 调整逆变侧相位， 使目标负荷线路与目标变压器 低压侧母线的相位匹配， 将。

3、目标负荷线路接入目 标变压器的低压侧母线， 逐渐将变换器功率降至 0； 切断变换器与变压器及负荷线路的连接， 完成 负荷转带。 本发明能够灵活地进行负荷转带， 提 高配电网的供电可靠性。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 111835000 A 2020.10.27 CN 111835000 A 1.一种基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 其特征在于， 包括： 持续监测变电站内各变压器的负载率， 当任意一个变压器出现重载时， 根据重载变压 器的负载情况， 确定需要进行转带的一条或多条目标负荷线路， 并按照如下步骤完成各目 标负荷线路的转带： (S1)选取一个与待转。

4、带的目标负荷线路存在电气连接且容量充足的变压器作为目标 变压器， 并将变换器的整流侧接入所述目标变压器的低压侧母线； (S2)调整所述变换器的逆变侧相位， 使其与所述目标负荷线路的相位匹配后， 将所述 变换器的逆变侧连接至所述目标负荷线路， 逐渐提高所述变换器的功率， 并在所述目标负 荷线路的全部功率由所述目标变压器通过所述变换器提供后， 切断所述目标负荷线路与所 述重载变压器之间的连接； (S3)调整所述变换器逆变侧的相位， 以使所述目标负荷线路的相位与所述目标变压器 的低压侧母线的相位相匹配； (S4)将所述目标负荷线路接入所述目标变压器的低压侧母线， 并逐渐降低所述变换器 的功率直至其为。

5、0； (S5)切断所述变换器与所述目标变压器的低压侧母线以及与所述目标负荷线路之间 的连接， 由所述目标变压器的低压侧母线直接为所述目标负荷线路供电， 从而完成负荷转 带； 其中， 所述变换器为全控型AC/DC/AC变换器； 所述目标负荷线路与变电站中多个变压 器之间均存在电气连接。 2.如权利要求1所述的基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 其特征在 于， 所述步骤(S1)还包括： 将所述变换器的整流侧接入所述目标变压器的低压侧母线后， 由所述目标变压器对所 述变换器中的电容充电， 在所述变换器中的电容电压达到额定值时， 再转入步骤(S2)。 3.如权利要求1或2所述的基于。

6、全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 其特征 在于， 所述变换器为模块化多电平换流器。 4.如权利要求3所述的基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 其特征在 于， 所述模块化多电平换流器采用载波移相多电平PWM调制法。 5.如权利要求1或2所述的基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 其特征 在于， 所述步骤(S1)中， 所选取的目标变压器为变电站中， 与所述目标负荷线路存在电气连 接的所有变压器中， 负载率最小的变压器。 6.一种基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带装置， 其特征在于， 包括： 变换 器、 负荷监测模块、 预启动模块。

7、、 转带模块、 调制模块和电压电流控制模块； 所述负荷监测模块， 用于持续监测变电站内各变压器的负载率， 并在任意一个变压器 出现重载时， 根据重载变压器的负载情况， 确定需要进行转带的一条或多条目标负荷线路； 所述预启动模块， 用于选取一个与待转带的目标负荷线路之间存在电气连接且容量充 足的变压器作为目标变压器； 所述转带模块， 用于将所述变换器的整流侧接入所述目标变压器的低压侧母线； 所述调制模块， 用于在所述变换器的整流侧接入所述目标变压器的低压侧母线后， 调 整所述变换器的逆变侧相位， 使其与所述目标负荷线路的相位匹配； 权利要求书 1/2 页 2 CN 111835000 A 2 所。

8、述转带模块， 还用于在所述变换器的逆变侧相位与所述目标负荷线路的相位匹配 后， 将所述变换器的逆变侧连接至所述目标负荷线路； 所述电压电流控制模块， 用于在所述变换器的逆变侧连接至所述目标负荷线路后， 逐 渐提高所述变换器的功率， 直至所述目标负荷线路的全部功率由所述目标变压器通过所述 变换器提供； 所述转带模块， 还用于在所述目标负荷线路的全部功率由所述目标变压器通过所述变 换器提供后， 切断所述目标负荷线路与所述重载变压器之间的连接； 所述调制模块， 还用于在所述转带模块切断所述目标负荷线路与所述重载变压器之间 的连接后， 调整所述变换器逆变侧的相位， 以使所述目标负荷线路的相位与所述目标。

9、变压 器的低压侧母线的相位相匹配； 所述转带模块， 还用于在所述目标负荷线路的相位与所述目标变压器的低压侧母线的 相位相匹配时， 将所述目标负荷线路接入所述目标变压器的低压侧母线； 所述电压电流控制模块， 还用于在所述目标负荷线路接入所述目标变压器之后， 逐渐 降低所述变换器的功率直至其为0； 所述转带模块， 还用于在所述变换器的功率为0时， 切断所述变换器与所述目标变压器 的低压侧母线以及与所述目标负荷线路之间的连接， 由所述目标变压器的低压侧母线直接 为所述目标负荷线路供电， 从而完成负荷转带； 其中， 所述变换器为全控型AC/DC/AC变换器； 所述目标负荷线路与变电站中多个变压 器之间。

10、均存在电气连接。 7.如权利要求6所述的基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 其特征在 于， 所述调制模块在调整所述变换器逆变侧相位， 使其与所述目标负荷线路的相位匹配之 前， 还会由所述目标变压器对所述变换器中的电容充电， 直至所述变换器中的电容电压达 到额定值。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111835000 A 3 基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法及装置 技术领域 0001 本发明属于配电网变压器重载调整领域， 更具体地， 涉及一种基于全控型AC/DC/ AC变换器的变电站负荷转带方法及装置。 背景技术 0002 配电网是从输电网接受电能分配到。

11、配电变电站后， 再向用户供电的网络。 对配电 网的基本要求是供电的连续可靠性、 合格的电能质量和运行的经济性。 目前我国配电网规 模庞大， 配电网线路数量多、 供电距离远。 其中城市配电网的特点尤为突出， 往往深入负荷 集中的城市中心地区和居民集中区。 在这种情况下， 城市配电网面临着用户用电需求急剧 增长的问题。 因此增大配电网变电站的容量是解决此问题的根本方法。 然而， 变电站的建设 速度跟不上城市发展的速度， 即使在扩大变电站容量后， 若负荷不均匀地分布在变电站不 同变压器的低压出线上， 会造成配电网变电站部分变压器重载的问题。 配电网变压器重载 是指连续负荷超过变压器容量80的情况， 。

12、用电负荷的快速增长是造成配电变压器重载的 主要原因。 配电变压器重载， 一方面会影响供电质量， 造成用电设备故障等问题， 严重的甚 至会影响到生产， 从而造成产品质量下降； 另一方面也会使配电变压器产生更高的热量， 引 起线圈温度升高， 使绝缘材料加速老化从而导致绝缘和机械性能下降， 减少变压器寿命， 在 带来经济损失的同时， 也会影响配电网的安全性能。 综上， 配电变压器重载这一问题亟待解 决。 0003 目前， 解决这一问题首先依赖于对区域负荷的增长预测从而合理划分供电区域， 规划相应容量的配电变压器。 其次会根据负荷的增长情况， 进行变电站扩容改造或新建变 电站。 然而， 仅仅依靠增加供。

13、电能力来解决重载问题难以应对负荷连续性波动的情况， 通常 会采用负荷转带的方法。 城市配电网遵循闭环设计开环运行的原则， 负荷位于两个变电站 构成的双端供电系统中间， 可以利用联络开关实现负荷在两个变电站之间的转带。 0004 然而， 采用上述负荷转带的方法， 仍然要在接入新的配电变压器前先对负荷停止 供电， 这难以保证配电网的供电可靠性。 当配电网的拓扑结构较为复杂时， 会导致停电范围 增大， 带来较大的经济损失。 发明内容 0005 针对现有技术的缺陷和改进需求， 本发明提供了一种基于全控型AC/DC/AC变换器 的变电站负荷转带方法及装置， 其目的在于， 有效地解决配电网变压器重载的问题。

14、， 灵活地 进行负荷转带， 提高配电网的供电可靠性。 0006 为实现上述目的， 按照本发明的一个方面， 提供了一种基于全控型AC/DC/AC变换 器的变电站负荷转带方法， 包括： 0007 持续监测变电站内各变压器的负载率， 当任意一个变压器出现重载时， 根据重载 变压器的负载情况， 确定需要进行转带的一条或多条目标负荷线路， 并按照如下步骤完成 各目标负荷线路的转带： 说明书 1/8 页 4 CN 111835000 A 4 0008 (S1)选取一个与待转带的目标负荷线路存在电气连接且容量充足的变压器作为 目标变压器， 并将变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线； 0009 (S2)调。

15、整变换器的逆变侧相位， 使其与目标负荷线路的相位匹配后， 将变换器的 逆变侧连接至目标负荷线路， 逐渐提高变换器的功率， 并在目标负荷线路的全部功率由目 标变压器通过变换器提供后， 切断目标负荷线路与重载变压器之间的连接； 0010 (S3)调整变换器逆变侧的相位， 以使目标负荷线路的相位与目标变压器的低压侧 母线的相位相匹配； 0011 (S4)将目标负荷线路接入目标变压器的低压侧母线， 并逐渐降低变换器的功率直 至其为0； 0012 (S5)切断变换器与目标变压器的低压侧母线以及与目标负荷线路之间的连接， 由 目标变压器的低压侧母线直接为目标负荷线路供电， 从而完成负荷转带； 0013 其。

16、中， 变换器为全控型AC/DC/AC变换器； 目标负荷线路与变电站中多个变压器之 间均存在电气连接。 0014 本发明在变电站变压器出现重载时， 通过接入全控型AC/DC/AC变换器为负荷线路 提供临时的能量传递通道， 待全控型AC/DC/AC变换器功率稳定后再切断负荷线路与重载变 压器之间的能量传递通道， 可以在不停电的情况下实现负荷转带， 使重载变压器可以恢复 到正常的工作状态； 之后利用全控型AC/DC/AC变换器调整负荷线路的相位， 使转带的负荷 线路无冲击地接入容量充足的变压器， 从而建立容量充足变压器与负荷线路之间的能量传 递通道， 并使全控型AC/DC/AC变换器逐渐退出能量传递。

17、通道， 最终完成负荷线路从重载变 压器到容量充足变压器的转带。 总的来说， 本发明利用全控型AC/DC/AC变换器灵活接入、 灵 活退出的特性， 可以在不停电的情况下实现负荷转带， 从而有效地解决配电网变压器重载 的问题， 灵活地进行负荷转带， 提高配电网的供电可靠性。 0015 进一步地， 步骤(S1)还包括： 0016 将变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线后， 由目标变压器对变换器中的 电容充电， 在变换器中的电容电压达到额定值时， 再转入步骤(S2)。 0017 全控型AC/DC/AC变换器是一种应用于高压大功率场合的背靠背形式的换流器， 由 于高压大容量的换流器启动过程中经常会伴。

18、随极大的暂态能量冲击， 使得功率开关元件承 受很大的电流暂态应力， 启动之前变换器的悬浮电容电压很低或是电压为0， 此时若突然加 电压， 变换器会经受极大的电磁应力和浪涌电流， 直流侧电压若控制不当系统会产生严重 的过电压， 因此在变换器的主电路设计时要考虑功率开关器件是否能够承受住浪涌电流的 冲击， 通常变换器启停问题需要专门的研究。 本发明采用一种对电容预充电的启动方式， 通 过与容量充足的变压器低压侧母线连接来对全控型AC/DC/AC变换器电容进行充电， 充电时 所有电力电子器件闭锁， 变换器工作在不控整流的状态下， 由此能够避免对变换器造成过 大的冲击。 0018 进一步地， 变换器为。

19、模块化多电平换流器。 0019 相比于其他类型的全控型AC/DC/AC变换器， 模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter， MMC)的输出谐波性能更好； 本发明使用模块化多电平换流器作为 全控型AC/DC/AC变换器， 能够在负荷转带的过程中， 提供更为稳定的功率输出。 0020 进一步地， 模块化多电平换流器采用载波移相多电平PWM(Pulse Width 说明书 2/8 页 5 CN 111835000 A 5 Modulation， 脉冲宽度调制)调制法。 0021 载波移相多电平PWM调制法以冲量等效原理为基础， 通过控制变换器电力电子器 件的开通关。

20、断， 使变换器输出侧得到一系列幅值相等的脉冲， 用这些脉冲来代替正弦波， 也 就是输出波形的半个周期中产生多个脉冲， 使各个脉冲的等值电压为正弦波， 所获得的输 出平滑且低次谐波少； 本发明采用载波移相多电平PWM调制法， 能够更为平稳地对MMC输出 交流电的幅值、 频率和相位进行调制。 0022 进一步地， 步骤(S1)中， 所选取的目标变压器为变电站中， 与目标负荷线路存在电 气连接的所有变压器中， 负载率最小的变压器。 0023 本发明每次选择负载率最小的变压器进行负荷转带， 能够避免负荷转带后， 对负 荷线路新接入的变压器造成过大的影响。 0024 按照本发明的另一个方面， 提供了一种。

21、基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷 转带装置， 包括： 变换器、 负荷监测模块、 预启动模块、 转带模块、 调制模块和电压电流控制 模块； 0025 负荷监测模块， 用于持续监测变电站内各变压器的负载率， 并在任意一个变压器 出现重载时， 根据重载变压器的负载情况， 确定需要进行转带的一条或多条目标负荷线路； 0026 预启动模块， 用于选取一个与待转带的目标负荷线路之间存在电气连接且容量充 足的变压器作为目标变压器； 0027 转带模块， 用于将变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线； 0028 调制模块， 用于在变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线后， 调整变换器 的逆变侧。

22、相位， 使其与目标负荷线路的相位匹配； 0029 转带模块， 还用于在变换器的逆变侧相位与目标负荷线路的相位匹配后， 将变换 器的逆变侧连接至目标负荷线路； 0030 电压电流控制模块， 用于在变换器的逆变侧连接至目标负荷线路后， 逐渐提高变 换器的功率， 直至目标负荷线路的全部功率由目标变压器通过变换器提供； 0031 转带模块， 还用于在目标负荷线路的全部功率由目标变压器通过变换器提供后， 切断目标负荷线路与重载变压器之间的连接； 0032 调制模块， 还用于在转带模块切断目标负荷线路与重载变压器之间的连接后， 调 整变换器逆变侧的相位， 以使目标负荷线路的相位与目标变压器的低压侧母线的相。

23、位相匹 配； 0033 转带模块， 还用于在目标负荷线路的相位与目标变压器的低压侧母线的相位相匹 配时， 将目标负荷线路接入目标变压器的低压侧母线； 0034 电压电流控制模块， 还用于在目标负荷线路接入目标变压器之后， 逐渐降低变换 器的功率直至其为0； 0035 转带模块， 还用于在变换器的功率为0时， 切断变换器与目标变压器的低压侧母线 以及与目标负荷线路之间的连接， 由目标变压器的低压侧母线直接为目标负荷线路供电， 从而完成负荷转带； 0036 其中， 变换器为全控型AC/DC/AC变换器； 目标负荷线路与变电站中多个变压器之 间均存在电气连接。 0037 进一步地， 调制模块在调整变。

24、换器逆变侧相位， 使其与目标负荷线路的相位匹配 说明书 3/8 页 6 CN 111835000 A 6 之前， 还会由目标变压器对变换器中的电容充电， 直至变换器中的电容电压达到额定值。 0038 总体而言， 通过本发明所构思的以上技术方案， 能够取得以下有益效果： 0039 (1)本发明在负荷转带过程中利用全控型AC/DC/AC变换器作为负荷线路的临时能 量通道， 充分发挥了装置灵活接入、 灵活退出的优点， 不会因负荷转带导致停电， 不会破坏 原有配电网的结构。 0040 (2)本发明采用全控型AC/DC/AC变换器降低了交流侧电压畸变率， 不仅能够保证 待接入变电站母线电压稳定， 还能够。

25、控制输出高质量的电压波形， 并且全控型AC/DC/AC变 换器的开关频率比较低， 可以大大减小开关损耗， 从而实现了良好的经济性能。 0041 (3)本发明所采用的全控型AC/DC/AC变换器是一种背靠背形式的换流器， 采用 “背 靠背” 形式的变流系统可以改善转带过程负荷的电能质量， 变换器整流侧与变换器逆变侧 在电能质量控制上具有相对独立性， 只要通过控制保证直流侧电压的稳定， 若变压器低压 母线出现电能质量问题， 负荷侧仍能获取高质量的三相交流电， 不会影响到负荷侧的正常 运行； 相反， 负荷侧非线性、 冲击性负荷的接入， 也不会对变压器低压母线的电能质量产生 影响， 这样就减小了装置接。

26、入电网带来的谐波与无功污染。 拓展了本发明的应用范围。 0042 (4)本发明利用全控型AC/DC/AC变换器作为负荷线路的临时能量通道， 全控器件 的快速启动特性使得可以快速实现能量传递的功能， 使得当配电网中存在变压器重载问题 时， 负荷可以快速接入到容量充足的变压器， 从而很大程度上减小了变压器热量的产生， 对 于变压器内部的绝缘材料起到了较好的保护作用， 提高了变压器的使用寿命， 减小了经济 损失。 同时避免了变压器长时间重载可能会导致的配电网安全问题。 附图说明 0043 图1为本发明实施例提供的基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法示 意图； 0044 图2为本发明实。

27、施例采用的全控型AC/DC/AC变换器的结构示意图； 0045 图3为本发明实施例采用的全控型AC/DC/AC变换器的子模块示意图； 0046 图4为本发明实施例采用的全控型AC/DC/AC变换器的整流侧解耦控制框图。 具体实施方式 0047 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 此外， 下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 0048 在本发明中， 本发明及附图中的术语 “第一” 、“第二” 。

28、等(如果存在)是用于区别类 似的对象， 而不必用于描述特定的顺序或先后次序。 0049 为了有效地解决配电网变压器重载的问题， 灵活地进行负荷转带， 提高配电网的 供电可靠性， 本发明针对配电网中变压器重载的问题， 基于柔性配电技术的理念， 采用先进 的高压大功率全控电力电子装置作为变压器重载时为负荷供电的临时通道。 首先投入全控 型AC/DC/AC变换器， 逐渐提升流经其中的功率， 待稳定工作后再切断负荷与原接入的变压 器之间的能量传递通道， 使得在不停电的情况下实现负荷转带。 之后改变负荷侧母线的相 说明书 4/8 页 7 CN 111835000 A 7 位使转带的负荷接入该变电站中容量。

29、充足的变压器， 逐渐降低流经装置的功率使得该装置 可以退出运行。 在高压大功率的实际情况下， 本发明的全控型AC/DC/AC变换器采用整流-逆 变的工作方式。 这种背靠背的设计形式一方面是满足传输大功率的实际需求， 另一方面可 以通过先进的电力电子调制方式提供质量良好的电能， 以满足负荷侧对电能质量的要求。 0050 实施例一： 0051 一种基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带方法， 包括： 0052 持续监测变电站内各变压器的负载率， 当任意一个变压器出现重载时， 根据重载 变压器的负载情况， 确定需要进行转带的一条或多条目标负荷线路， 并按照如下步骤完成 各目标负荷线路的转带。

30、： 0053 其中， 目标负荷线路与变电站中多个变压器之间均存在电气连接； 0054 在本实施例中， 变电站为110kV/10kV变电站， 如图1所示， 在该变电站中， 存在一条 负荷线路WL1， 该负荷线路WL1与变电站中的变压器T1和T2之间均存在电气连接， 通过断路 器QF1和QF2可以控制负荷线路WL1所接入的变压器， 变压器T1和T2的低压侧母线(10kV侧母 线)分别为母线#1和母线#2， 理想工作状态下， 母线#1和母线#2所接入负荷的总量均为各自 变压器额定容量的50； 0055 在本实施例中， 在某一时刻检测到变压器T1出现重载， 以接入变压器T1的10kV侧 母线的负荷线路。

31、WL1作为需要转带目标负荷线路， 此外， 负荷线路WL2和WL3接入母线#1， 负 荷线路WL4和WL5接入母线#2； 0056 应当说明的是， 在其他场景下， 当某一台变压器重载而难以通过转带单一负荷恢 复正常工作状态时， 也可以选择同时对接入重载变压器的多条负荷线路进行转带； 0057 (S1)选取一个与待转带的目标负荷线路存在电气连接且容量充足的变压器作为 目标变压器， 并将变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线； 0058 其中， 变换器为全控型AC/DC/AC变换器； 0059 通常情况下， 可根据变压器的负载率与预设阈值之间的比较关系判断变压器容量 是否出现重载， 或者判断变压器。

32、容量是否充足， 阈值的具体取值， 则可根据实际的供电需求 设定； 在本实施例中， 判断变压器是否出现重载时， 若负载率超过80， 则认为变压器出现 重载； 判断变压器容量是否充足时， 若负载率低于60， 则认为变压器容量充足； 0060 在本实施例中， 变压器T1出现重载时， 变压器T2容量充足， 此时选定变压器T2作为 负荷转带的变压器； 0061 如图1所示， 全控型AC/DC/AC变换器的整流侧通过一个连接头与母线#2相连， 通过 插拔该连接头， 可以控制全控型AC/DC/AC变换器与母线#2之间的连接关系； 0062 (S2)调整变换器的逆变侧相位， 使其与目标负荷线路的相位匹配后， 。

33、将变换器的 逆变侧连接至目标负荷线路， 逐渐提高变换器的功率， 并在目标负荷线路的全部功率由目 标变压器通过变换器提供后， 切断目标负荷线路与重载变压器之间的连接； 0063 如图1所示， 全控型AC/DC/AC变换器的逆变侧通过另一个连接头与负荷线路WL1相 连， 通过插拔该连接头， 可以控制全控型AC/DC/AC变换器与负荷线路WL1之间的连接关系； 0064 (S3)调整变换器逆变侧的相位， 以使目标负荷线路的相位与目标变压器的低压侧 母线的相位相匹配； 0065 (S4)将目标负荷线路接入目标变压器的低压侧母线， 并逐渐降低变换器的功率直 说明书 5/8 页 8 CN 11183500。

34、0 A 8 至其为0； 0066 (S5)切断变换器与目标变压器的低压侧母线以及与目标负荷线路之间的连接， 由 目标变压器的低压侧母线直接为目标负荷线路供电， 从而完成负荷转带。 0067 为了避免对全控型AC/DC/AC变换器造成过大的冲击， 在本实施例中， 在将全控型 AC/DC/AC变换器的逆变侧连接至目标负荷线路之前， 即从步骤(S1)转入步骤(S2)之前， 还 包括一个预启动过程， 在该预启动过程中， 将全控型AC/DC/AC变换器的整流侧接入目标变 压器的低压侧母线后， 由目标变压器对全控型AC/DC/AC变换器中的电容充电， 在全控型AC/ DC/AC变换器中的电容电压达到额定值。

35、时， 再转入步骤(S2)。 0068 本实施例中， 采用模块化多电平换流器(MMC)作为全控型AC/DC/AC变换器， 为负荷 线路WL1提供临时的能量传递通道， 相比于其他的全控型AC/DC/AC变换器， 如两电平变换 器、 钳位三电平变换器等， MMC的输出谐波性能更好， 对开关器件的耐压要求更低； 本实施例 使用模块化多电平换流器作为全控型AC/DC/AC变换器， 能够在负荷转带的过程中， 提供更 为稳定的功率输出； 0069 应当说明的是， 全控型AC/DC/AC变换器具体选用MMC， 仅为本发明优选的实施方 式， 不应理解为对本发明的唯一限定； 在本发明其他的一些实施例中， 也可以使。

36、用两电平变 换器、 钳位三电平变换器等其他全控型AC/DC/AC变换器。 0070 MMC是一种应用于高压大功率场合的背靠背形式的换流器， 其拓扑结构如图2所 示， MMC三相每相各有上下2个桥臂， 每个桥臂利用子模块串联的形式实现分压， 同时也可以 实现多电平输出。 每个子模块采用电容作为储能元件。 各桥臂一般要串联电抗器以抑制各 相间电容电压不平衡导致的环流以及故障冲击电流。 MMC采用载波移相多电平PWM调制技 术， 先通过整流侧MMC输出稳定的直流电， 再通过逆变侧MMC输出交流电， 可以控制输出交流 电的幅值、 频率与相位。 Va、 Vb和Vc示母线#2的电压。 将MMC整流输入侧连。

37、接接头接于母线#2， 作为临时传输能量通道的入口。 将MMC逆变输出侧接于负荷线路， 作为临时传输能量通道的 出口。 假设变压器T2容量充足， WL1转带到母线#2后仍能正常工作。 0071 可以看到， MMC整流侧和逆变侧的上下桥臂都串联了一个桥臂电感， 其功能主要是 抑制各相间电容电压不平衡导致的环流以及故障时的冲击电流。 在本实施例中， 选用5mH线 路滤波电感和1mH的桥臂电感； 对于整流侧和逆变侧的MMC， 都选用3000 F的子模块电容； 对 于整流侧MMC， 选用1000 F的直流母线滤波电容。 在本实施例中， MMC每相桥臂同时投入的子 模块数为10个， 当子模块直流侧电压为2。

38、kV时， 则直流侧电压Vd为20kV(10kV)。 MMC交流侧 输出电压通过叠加上、 下桥臂电压得到， 在一个基波周期内， 调整上下桥臂的子模块投入个 数， 可以输出不同的桥臂电压。 本实施例不涉及电压等级的变换。 0072 图3所示为一个半桥结构子模块。 其中包括上、 下两个功率开关管VT1和VT2， 上下 两个功率开关管不能同时导通。 对于半桥结构的子模块而言： 当VT1导通、 VT2关断时， 子模 块处于投入状态， 子模块两端电压为电容电压VC； 当VT1关断、 VT2导通时， 子模块处于切除 状态， 子模块两端电压为0； 当VT1和VT2同时关断时， 子模块处于闭锁状态。 每一个子模。

39、块都 有一个电容作为储能元件。 通过合理地投切子模块， 就会输出相应的电平。 0073 针对MMC， 本实施例选择采用载波移相多电平PWM调制法， 载波移相多电平PWM调制 方法由基本的SPWM调制技术演化而来， 根据冲量等效定理使得输出的矩形波与目标波形等 效。 每相上/下桥臂的N个子模块由相位不同、 幅值相同的一组共N个三角载波与调制波分别 说明书 6/8 页 9 CN 111835000 A 9 采用低频的SPWM调制后， 产生N组PWM脉冲分别控制对应的N个子模块单元， 而各模块也将输 出对应的电压波形， 叠加后得到多电平交流电压输出波形。 各子模块的三角载波依次滞后 相同相位角， 例。

40、如， 对于有N个子模块的上/下桥臂而言， 载波相位会依次错开2 /N， 分别与 同一个调制波比较后， 产生N组触发脉冲来控制N个子模块单元的投切状态。 当调制波幅值 大于载波幅值时， 子模块处于投入状态； 反之， 子模块处于切除状态。 因此对于有N个子模块 的上/下桥臂而言， 桥臂电压经过叠加会得到N+1个电平。 通常情况下， 考虑到子模块电容电 压的均衡要求， 需要协调相同相的上、 下桥臂电压， 保证任意时刻每相投入子模块数目均为 N。 因此使得下桥臂调制波相位与上桥臂相反， 此时上、 下桥臂对应开关管状态完全对称， 保 证了每相2N个子模块一定有N个子模块处于投入状态。 0074 图4所示。

41、为MMC的直接电流控制框图。 其中MMC采用了基于dq变换的电流矢量解耦 控制策略， 结构上采用电压外环、 电流内环的双闭环控制。 图4左侧为电流内环解耦控制器， 右侧为电压源变换器的数学模型。 图中id、 iq分别为有功电流和无功电流的实际值， id*、 iq* 分别为有功电流和无功电流的指令值， ud、 uq分别为变换器交流电压实际值的dq轴分量， ud*、 uq*分别为变换器交流电压指令值的dq轴分量， esd、 esq分别为电网电压的dq轴分量， Leq 为变换器等效电抗， Req为变换器等效电阻。 MMC整流侧电压外环采用定直流电压控制， 电流 内环的有功电流指令值由定直流电压控制给。

42、定， 无功电流指令值为0； MMC逆变侧电压外环 采用定有功功率控制和定交流电压控制， 定有功功率控制提供有功电流指令值， 定交流电 压控制提供无功电流指令值。 0075 在上述步骤(S4)中， 可以通过逐渐降低MMC逆变侧定有功功率控制的指令值， 使有 功电流指令值id*降低， 实现MMC传输功率的降低。 0076 总的来说， 本实施例利用全控型AC/DC/AC变换器提供灵活接入、 灵活退出的功率 通道， 可以在不停电的情况下实现负荷转带， 从而有效地解决配电网变压器重载的问题， 灵 活地进行负荷转带， 提高配电网的供电可靠性。 0077 应当说明的是， 本发明所提供的基于全控型AC/DC/。

43、AC变换器的变电站负荷转带方 法， 可适用于任意一种规模的变电站， 如220kV/110kV/10kV、 110kV/35kV/10kV、 35kV/10kV 等， 而不限于实施例中的110kV/10kV； 所适用的负荷线路， 除了可以是同时与两个变压器之 间存在电气连接的负荷线路， 也可以是同时与更多变压器之间存在电气连接的负荷线路， 此时在选择容量充足的变压器时， 可以采用任意一种选择策略， 例如， 可以选择负载率最小 的变压器； 关于变压器重载与否和容量充足与否的判定阈值， 也并不限于本实施例中所列 出的具体阈值。 0078 此外， 在变电站设计时， 若已知供电区域内的负荷波动较大， 可。

44、以使得多个负荷线 路同时接于不同变压器的低压侧母线， 例如， 在图1所示的变电站中， 除了WL1， 还可以使其 他负荷线路也同时与母线#1和母线#2有电气连接。 当某一台变压器重载而难以通过转带单 一负荷恢复正常工作状态时， 可利用多个全控型AC/DC/AC变换器转带接入该重载变压器的 低压侧母线的多条负荷线路， 在负荷转带过程中， 每个全控型AC/DC/AC变换器用于完成一 条负荷线路的转带。 0079 实施例二： 0080 一种基于全控型AC/DC/AC变换器的变电站负荷转带装置， 包括： 变换器、 负荷监测 模块、 预启动模块、 转带模块、 调制模块和电压电流控制模块； 说明书 7/8 。

45、页 10 CN 111835000 A 10 0081 负荷监测模块， 用于持续监测变电站内各变压器的负载率， 并在任意一个变压器 出现重载时， 根据重载变压器的负载情况， 确定需要进行转带的一条或多条目标负荷线路； 0082 预启动模块， 用于选取一个与待转带的目标负荷线路之间存在电气连接且容量充 足的变压器作为目标变压器； 0083 转带模块， 用于将变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线； 0084 调制模块， 用于在变换器的整流侧接入目标变压器的低压侧母线后， 调整变换器 的逆变侧相位， 使其与目标负荷线路的相位匹配； 0085 转带模块， 还用于在变换器的逆变侧相位与目标负荷线路的。

46、相位匹配后， 将变换 器的逆变侧连接至目标负荷线路； 0086 电压电流控制模块， 用于在变换器的逆变侧连接至目标负荷线路后， 逐渐提高变 换器的功率， 直至目标负荷线路的全部功率由目标变压器通过变换器提供； 0087 转带模块， 还用于在目标负荷线路的全部功率由目标变压器通过变换器提供后， 切断目标负荷线路与重载变压器之间的连接； 0088 调制模块， 还用于在转带模块切断目标负荷线路与重载变压器之间的连接后， 调 整变换器逆变侧的相位， 以使目标负荷线路的相位与目标变压器的低压侧母线的相位相匹 配； 0089 转带模块， 还用于在目标负荷线路的相位与目标变压器的低压侧母线的相位相匹 配时，。

47、 将目标负荷线路接入目标变压器的低压侧母线； 0090 电压电流控制模块， 还用于在目标负荷线路接入目标变压器之后， 逐渐降低变换 器的功率直至其为0； 0091 转带模块， 还用于在变换器的功率为0时， 切断变换器与目标变压器的低压侧母线 以及与目标负荷线路之间的连接， 由目标变压器的低压侧母线直接为目标负荷线路供电， 从而完成负荷转带； 0092 其中， 变换器为全控型AC/DC/AC变换器； 目标负荷线路与变电站中多个变压器之 间均存在电气连接； 0093 本实施例中， 调制模块在调整变换器逆变侧相位， 使其与目标负荷线路的相位匹 配之前， 还会由目标变压器对变换器中的电容充电， 直至变。

48、换器中的电容电压达到额定值； 0094 在本实施例中， 各模块的具体实施方式， 可参考上述方法实施例中的描述， 在此将 不作复述。 0095 本领域的技术人员容易理解， 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以 限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含 在本发明的保护范围之内。 说明书 8/8 页 11 CN 111835000 A 11 图1 说明书附图 1/3 页 12 CN 111835000 A 12 图2 图3 说明书附图 2/3 页 13 CN 111835000 A 13 图4 说明书附图 3/3 页 14 CN 111835000 A 14 。