专利名称：带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及柔性输电技术领域，特别是一种带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置及其控制方法。
背景技术：
随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂性，电网运行在稳定极限边缘的可能性也大为增加。 因此，电网运行的灵活性、潮流可控性以及电网稳定性成为越来越迫切需要解决的问题。因此，21世纪的输电系统运行压力所产生的需求可以概括为以下3个方面(1)增大输电能力由于用电的增加从而使得输送电能需求增大，另一方面线路建设缩减的局面使提高输电能力的要求更为突出。(2)保持系统稳定严重的电力系统事故会给广大供电区内的社会生活造成严重的损害，如交通中断、停水停电、通讯瘫痪、金融流通受到破坏、精密加工工艺过程受损、计算机信息丢失等，直接影响用户的正常用电。因此，如何在电力系统被迫更长距离输送更多电力的同时仍能保持系统稳定性，就成为调度运行人员的另一重要任务。(3)优化系统运行因运行条件变化和电力市场所决定的功率输送的变化次数快速增加，系统控制变得更为复杂，需要对整体系统的潮流进行优化。这种优化需要在越来越大的地区内综合考虑全局运行的情况。此外，电力市场要求系统通过一特定的“合同路径” 去控制电力流向，要求电网对潮流控制有更高的驾驭能力，而这在交流输电系统中是很难做到的，因为其中每一“路径”的电力都是由其他所有输电线的电气特性决定的。针对上述需求应运而生的柔性交流输电系统(Flexible Alternate Current Transmission System, FACTS)技术，从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、 慢速、间断及不精确的控制和优化技术措施的局面。FACTS装置同时或有选择性地控制传输线上的电压、阻抗和相角，实现有功和无功潮流控制，为交流输电网提供了快速、连续和精确的控制以及优化潮流的能力。在不改变系统发电模式和网络拓扑结构的前提下，可以利用FACTS装置来改善系统的稳定性，提高系统的输电能力，并在一定程度上缓解系统的阻塞状况。目前的FACTS技术虽然具有以上许多优点，但是，也存在很大的局限性=FACTS装置工程造价高，推广应用困难；FACTS和电力设备及其他控制器之间存在不良作用；FACTS 装置自身的损耗大；FACTS装置的复杂控制结构以及对通信设施等相应附属设备的要求， 对电网的运行和控制提出了更为严格的要求；装置故障所带来的额外问题；串联接入引起的系统稳定性问题等等使其在电网中的应用受到很大的限制。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置及其控制方法，通过陷波器，滤除可控变压器输出的低次谐波，提高电力系统的潮流调节、输电能力、系统稳定性、可靠性。本发明的技术解决方案如下一种带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置，其特点在于该动态潮流控制装置的构成包括可控变压器、功率单元、测量与控制模块、陷波器、旁路开关、输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器所述的可控变压器的副边包含主接头和正分接头负分接头；所述的功率单元接在可控变压器副边的正分接头、负分接头与输出电源或负载之间，该功率单元由第一组功率管、第二组功率管、滤波电感和滤波电容组成，所述的第一组功率管和第二组功率管均由2个绝缘栅双极型晶体管(简称为IGBT)反向串联构成，所述的第一组功率管和第二组功率管的一端分别接所述的可控变压器副边的正分接头和负分接头，所述的第一组功率管和第二组功率管的另一端接所述的滤波电感的一端，该滤波电感的另一端接所述陷波器的输入端，该陷波器的输出端接所述的输出电源或负载，所述的滤波电容接在所述的可控变压器副边的正分接头和负分接头之间，所述的第一组功率管和第二组功率管的控制端与所述的测量与控制模块的相应控制端相连；所述的陷波器由无源的电抗器与电容器构成；所述的旁路开关连接在所述的可控变压器副边的主接头和输出电源或负载之间；所述的输入电压互感器的一侧与可控变压器原边输入电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块的电压信号输入端口相连；所述的输出电压互感器的一侧与可控变压器副边输出电压主电路相连，输出端与所述的测量与控制模块的电压信号输入端口相连；所述的输出电流互感器串接在可控变压器的输出主电路中，其电流信号输出端与所述的测量与控制模块的电流信号输入端口相连；所述的测量与控制模块的控制信号输出端分别与所述的功率单元的所述的第一组功率管和第二组功率管的控制端及所述的旁路开关的控制端相连，该测量与控制模块与上位机相连。所述的测量与控制模块是数字信号处理器、单片机或计算机。一种利用所述的基于输出侧开关的可控变压器的动态潮流控制装置进行动态潮流的控制方法，其特点在于该方法包括下列具体骤1)所述的测量与控制模块对测量与控制进行初始化，向旁路开关发出信号关断旁路开关，接收上位机给定的无功功率的给定值％和有功功率的给定值Po;2)所述的测量与控制模块接收所述的输入电压互感器、所述的输出电压互感器和所述的输出电流互感器分别输入的输入电压Vin、输出电压V。ut、输出电流I、输出电压与输出电流的夹角β，接收远方电网电压Vw52的信息和输电线路电抗值L :V_2 = V2sin(co0t+a)，其中V2为其幅值，α为其相角；按下列公式计算实测的有功功率P、无功功率Q P = ^=VoutIcosfi
权利要求
1.一种带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置，其特征在于该装置包括可控变压器(1)、功率单元O)、测量与控制模块(3)、陷波器(8)、旁路开关G)、输入电压互感器 (5)、输出电压互感器(6)和输出电流互感器(7)构成所述的可控变压器(1)的副边包含主接头(1 和正分接头(1 负分接头(11)；所述的功率单元O)由第一组功率管饵)、第二组功率管(S2)、滤波电感(Lf)和滤波电容(Cf)组成，该功率单元(2)所述的第一组功率管(S1)和第二组功率管(S2)均由2个绝缘栅双极型晶体管反向串联构成，所述的第一组功率管(S1)和第二组功率管(S2)的一端分别接所述的可控变压器(1)副边的正分接头(1 和负分接头11)，所述的第一组功率管 (S1)和第二组功率管(S2)的另一端接所述的滤波电感(Lf)的一端，该滤波电感(Lf)的另一端接陷波器(8)的输入端，该陷波器(8)的输出端接所述的输出电源或负载，所述的滤波电容(Cf)接在所述的可控变压器(1)副边的正分接头(1 和负分接头(11)之间，所述的第一组功率管(S1)和第二组功率管(S2)的控制端与所述的测量与控制模块(3)的相应控制端相连；所述的陷波器(8)由无源的电抗器与电容器构成；所述的旁路开关(4)连接在所述的可控变压器(1)副边的主接头(1 和输出电源或负载之间；所述的输入电压互感器(5)的一侧与可控变压器原边输入电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块⑶的电压信号输入端口相连；所述的输出电压互感器(6)，一侧与可控变压器副边输出电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块(3)的电压信号输入端口相连；所述的输出电流互感器(7)，串接在可控变压器的输出主电路中，其电流信号输出端与所述的测量与控制模块(3)的电流信号输入端口相连；所述的测量与控制模块(3)的控制信号输出端分别与所述的功率单元的所述的第一组功率管(S1)和第二组功率管(S2)的控制端及所述的旁路开关(4)的控制端相连，该测量与控制模块(3)与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置，其特征在于所述的测量与控制模块C3)是数字信号处理器、单片机或计算机。
3.利用权利要求1所述的带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置进行电网动态潮流控制方法，其特征在于该方法包括下列具体步骤1)所述的测量与控制模块⑶对测量与控制进行初始化，向旁路开关⑷发出信号关断旁路开关，接收上位机给定的无功功率的给定值％和有功功率的给定值Pci;2)所述的测量与控制模块C3)接收所述的输入电压互感器(5)、所述的输出电压互感器(6)和所述的输出电流互感器(7)分别输入的输入电压Vin、输出电压V。ut、输出电流I、输出电压与输出电流的夹角β，接收远方电网电压Vw52的信息和输电线路电抗值L :V电网2 = V2sin(co 0t+α)，其中V2为其幅值，α为其相角；按下列公式计算实测的有功功率P、无功功率Q p=if。Jcosl全文摘要
一种带陷波器的可控变压器的动态潮流控制装置，由可控变压器、功率单元、测量与控制模块、旁路开关、陷波器、输入电压互感器、输出电压互感器和输出电流互感器构成，动态潮流的控制方法是利用迅速导通、关断的电力电子开关，控制可控变压器输出侧(副边)分接头的导通与关断，在脉宽调制信号中采取直流信号注入二倍频(或多倍频)信号，通过改变直流信号幅值和二倍频(或多倍频)信号的幅值与初始相位，从而改变可控变压器输出电压的相位、幅值，实现有功功率和无功功率的调节，通过陷波器，滤除可控变压器的动态潮流控制器输出电压的3次谐波(或与多倍频调制对应的奇次谐波)，使得输出电压无畸变，具有成本低，动态潮流的控制可靠性高的特点。
文档编号H02J3/01GK102306935SQ20111026921
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者冯琳, 李国杰, 江秀臣, 盛戈皞 申请人:上海交通大学