专利名称：可控变压器的动态潮流控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及柔性输电技术领域，特别是一种可控变压器的动态潮流控制装置。
背景技术：
现代电力系统以大机组、超高压、长距离、重负荷为特点，是一个典型的强非线性、 高维、动态大系统。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，再加上快速励磁系统的普遍使用和电力市场竞争机制的引入，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。另外，由于环境保护、土地使用等因素的限制，迫切需要利用现有的输电网络输送更多的电力，以便最大限度地降低运行成本，提高系统的运行与经济效益，增强竞争能力。但是，由于输电走廊的饱和及电网公司的商业化运作，依靠建设新输电线路来增加输送容量代价昂贵、将会变得越来越困难。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，本实用新型的目的是提供一种可控变压器的动态潮流控制装置， 提高电力系统的潮流调节、输电能力、系统稳定性、可靠性等，使我国电网真正成为坚强的智能电网。本实用新型的技术解决方案如下一种可控变压器的动态潮流控制装置，其特征在于该装置构成包括可控变压器、 功率单元、测量与控制模块、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构成所述的可控变压器的原边包含主接头和正分接头负分接头；所述的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，该功率单元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原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的输入电源，所述的滤波电容接在所述的可控变压器原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；所述的旁路开关连接在所述的可控变压器原边的主接头和输入电源之间；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，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。所述的第一组功率管和第二组功率管分别是集成门极换向晶闸管、栅极导通晶闸管、金氧半场效晶体管或其他电力电子开关。其功率与调制系数的控制原理推导如下IGBT脉宽调制信号D为
D = K0+K2 sin(2o0i + i )(1)上式中，0 ^ D^ 1,K0为直流信号幅值，K2为二倍频信号幅值，为电网输入电压基频4为二倍频信号初始相位角度；设可控变压器输入电压Vin为[0026]Vin = V1Sin (ω 0t)(2)上式中，V1为可控变压器的峰值；设可控变压器正负分接头变比分别为(1+N)和(I-N)，则可控变压器输出电压V。ut
为
权利要求1.一种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)、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)的原边包含主接头(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)原边的正分接头(13)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)的另一端接所述的输入电源，所述的滤波电容(Cf)接在所述的可控变压器(1)原边的正分接头 (13)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；所述的旁路开关(4)连接在所述的可控变压器(1)原边的主接头(1 和输入电源之间；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.根据权利要求1所述的可控变压器的动态潮流控制装置，其特征在于所述的第一组功率管(S1)和第二组功率管(S2)分别是集成门极换向晶闸管、栅极导通晶闸管或金氧半场效晶体管。
专利摘要一种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、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，控制可控变压器输入侧(原边)分接头的导通与关断，在可控变压器电力电子开关的脉宽调制信号中采取直流信号注入二倍频信号，通过改变脉宽调制信号中的直流信号幅值和二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，实现了有功功率和无功功率的调节，由于对可控变压器的分接头导通进行控制，从而实现对电力网的动态潮流进行调节控制，本实用新型具有成本低，动态潮流的控制可靠性高的特点。
文档编号H02J3/00GK202210679SQ20112034053
公开日2012年5月2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