一种分布式潮流控制器及其控制方法

文档序号:9846074阅读:1763来源:国知局
一种分布式潮流控制器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统运行与控制技术领域,尤其涉及一种分布式潮流控制器及其 控制方法,适用于多分裂导线,用于提升输电线路传输功率能力。
【背景技术】
[0002] 目前,我国大区电网互联、特高压交直流、远距离大容量输电格局基本形成。随着 特高压的规划建设,我国电网将呈现1〇〇〇、500、220千伏三级电压等级电磁环网和交直联混 联的复杂型态的电网结构。电磁环网的存在和潮流的自然分布往往使得电网的关键输电断 面在正常及事故后存在潮流分布不均的现象,限制了断面整体输送能力,寻求一种提高输 电能力的潮流控制方法极其紧迫。
[0003] 统一潮流控制器UPFC(unified power flow controller)是目前功能最为强大的 潮流控制装置,它通过对电力系统的线路阻抗、电压相角和电压幅值进行调节可同时或独 立地实现电力系统母线电压、线路有功功率潮流、无功功率潮流和系统稳定的控制。但是由 于其成本及可靠性问题其推广应用受到了限制。研究一种既具有UPFC的强大功能,其可靠 性和成本又能被电力系统广泛接受的潮流控制方法对我国电力经济持续发展有着极为重 要的意义。
[0004] 分布式潮流控制器(DPFC,distributed power flow controller)将UPFC原有结 构中通过直流电容连接的串并联变流器分开并利用分布式静止串联补偿器(DSSC, distributed static series compensator)的思想将串联侧分布化,在该拓扑结构基础 上,通过3次谐波在串并联变流器之间交换有功功率从而达到综合调节线路潮流的目的,其 三相单线图如图1所示。并联侧由两个背靠背的三相变流器8、单相变流器6组成,三相变流 器8、单相变流器6由一个公共直流电容7相连。通过一个耦合的首端Υ-Λ变压器1将电网电 压接入到三相变流器8的交流侧,三相变流器8吸收电网的有功功率来稳定直流电容电压; 单相变流器6输出一定大小的三次谐波电流,该电流经由首端Υ-Λ变压器1的Y侧的中性点 均匀分布到输电线路2中。串联侧多个变流器11通过单匝变压器3接入输电线路2,根据其控 制器的指令,一方面吸收输电线路2上的三次谐波电流,用以维持自身电容电压的稳定;另 一方面按照实际的功率补偿需求,产生一定幅值和相位的基频交流电压,串联变流器11电 压和线路首端Υ-Λ变压器1电压叠加在一起,以此来改变线路的潮流。由于三次谐波电流被 首端Υ-Λ变压器1的Λ侧阻隔,无法流通,因而经过末端Υ-Λ变压器4的Y侧的中性点接地后 形成回路。
[0005] 但是,目前展开的对DPFC研究的拓扑结构、控制方法、安装方法均只适应于非分裂 导线,而1000kV、500kV、220kV系统多采用分裂导线,500kV及以上系统多采用4分裂、6分裂 导线。

【发明内容】

[0006] 本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的上述缺陷,提供一种适用于多 分裂导线的分布式潮流控制器及其控制方法,控制器有效实现多分裂导线的输电系统传输 功率,控制方法使得潮流分布较为均衡,提高设备控制灵活性和可靠性。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008] 一种分布式潮流控制器,安装在输电线路上,输电线路两端设置有首端Υ-Λ变压 器和末端Υ-Λ变压器,该控制器包括并联侧设备和串联侧设备,并联侧设备包括背靠背设 置的三相变流器、单相变流器,三相变流器的直流侧和单相变流器的直流侧之间并联有直 流电容,三相变流器的交流侧通过首端Υ-Λ变压器的Λ侧接入输电线路,单相变流器的交 流侧通过首端Υ-Λ变压器的Y侧的中性点接入输电线路;每相输电线路分裂成若干根分裂 导线,所述串联侧设备包括多组串联在每相输电线路上的潮流补偿器,每组潮流补偿器包 括变流器、与分裂导线根数匹配的若干个单匝变压器、控制器、电流互感器、电压互感器和 通信模块,某组同一相多分裂导线的多个单匝变压器共用一套变流器、控制器、电流互感 器、电压互感器和通信模块,变流器的交流侧通过各个单匝变压器分别接入各根分裂导线, 电流互感器和电压互感器设置在其中一根分裂导线上,电流互感器和电压互感器与控制器 的输入端连接,控制器的输出端与变压器的直流侧连接,通信模块同时与控制器的输入端 以及电压互感器连接。
[0009] 按上述方案,所述变流器由开关管与二极管组成,所述开关管有四个、组成单相全 桥电路;每个开关管上反并联一个二极管。
[0010] 按上述方案,所述串联侧设备的某相上的某组潮流补偿器集成在一个箱体内,箱 体内各个单匝变压器采用偏心安装分别卡入某相输电线路的各根分裂导线,并通过连接线 与控制器和变流器相连;通信模块、控制器和变流器集成在箱体内的集成模块上。
[0011] 本发明还提供了一种上述分布式潮流控制器的控制方法,将输电线路架设在耐张 杆塔上配合首端Υ-Λ变压器和末端Υ-Λ变压器构成输电系统,控制方法包括如下步骤:
[0012] S1、设每相输电线路安装了 η组潮流补偿器,输电系统通过并联侧设备的三相变流 器向直流电容充电到目标值Vshdcref,同时向串联侧设备的3η个变流器直流电容充电到目标 {直Vsedcref (η);
[0013] S2、通过电流互感器、电压互感器检测每相输电线路的某根分裂导线的电流和电 压,并将采集到的电流和电压信号送入控制器;
[0014] S3、设分裂导线的根数为m,将电流互感器检测的电流乘以m(该处各组分裂导线对 称、电压相等,电流相等),再与电压互感器检测的电压信号结合通信模块的信号在控制器 中进行功率计算;
[0015] S4、将步骤S3计算得出的数据输入变流器,对变流器进行触发控制;
[0016] S5、将步骤S4变流器输出的数据一式m份分别发送给各个单匝变压器;
[0017] S6、并联侧设备的单相变流器向变流器提供维持直流电压Vd。恒定的3次谐波电流 ish ;
[0018] S7、通过切换各组潮流补偿器的变流器一个周期内所有开关管接入电路时间的序 列,获得步骤S5及S6所需的参数值。
[0019]按上述方案,步骤S3具体为:通过通信模块获取由输电系统调度计算出的输电线 路分裂的各根分裂导线所需的传输功率目标值PLref、QLref,控制器结合电流互感器、电压互 感器采集的信号计算得到某根分裂导线的传输功率参数I\、Ql,计算AP = P^3f-Ph AQ = QLref-QL;则步骤S4中,单相输电线路上每组潮流补偿器的变流器向输电系统提供的有功功 率为A P/(3n);步骤S5中,各个单匝变压器向输电系统提供耦合进的功率为△ P/ (3mn)、Δ Q/(3mn)〇
[0020] 按上述方案,步骤S7通过改变各开关管开通的时间值实现各潮流补偿器开关的有 序切换,针对单机无穷大系统具体为:考虑外部干扰及内部参数不确定性,利用下式所述的 切换PCH系统得出各潮流补偿器的变流器开关的切换序列:
[0021]
(1)
[0022] 式中,X为发电机转子角度,转子角速度,发电机电势,分布式潮流控制器串联侧向 输电系统注入的基波电压幅值与相角、并联侧向输电系统注入的基波电流有功分量与无功 分量,影响串并联变流器直流电容电压的基波及3次谐波有功功率电流等状态变量矢量;p 为输电系统参数干扰的未知向量;ω为外部干扰;z是罚信号;lu(t)(x)为权矩阵;Jx(t)(x,p) 为由切换路径决定的分布式潮流控制器及单机无穷大系统组成的系统结构参数;RMt)(x, P)为由切换路径决定的系统耗量参数;Ηλ(?) (X)是作用区间对应的各变流器系统Hami I ton 函数;W/⑴=册(τ)Μ.φ映射A(t):[t0,+⑴)-Λ={1,2,…,N}是一分段右连续函数, 为切换率;XO为该系统暂态平衡点;U为反馈控制率。
[0023] 按上述方案,当多根分裂导线上某个单匝变压器损坏,则将变流器与该单匝变压 器的连接线路断开,其它部件继续正常向输电系统提供所需的补偿功率。
[0024] 按上述方案,当某个单匝变压器损坏,则该相同组变流器所连接的剩下的单匝变 压器向系统提供的功率为Δ P/(3mn-l)、Δ Q/(3mn-l)。
[0025] 与现有技术相比,本发明的有益效果:本发明控制器有效实现多分裂导线的输电 系统传输功率,采用成熟、廉价、可以批量生产的开关设备形成可替换、可分批建设的、可靠 性高的潮流控制;采用多个小容量变压器,可进一步降低设备投资;控制方法使得潮流分布 较为均衡,提高设备控制灵活性和可靠性。
【附图说明】
[0026] 图1是现有技术中分布式潮流控制器在单相输电线路上的结构示意图;
[0027] 图2是本发明分布式潮流控制器接入输电系统的结构示意图;
[0028] 图3是本发明分布式潮流控制器的串联侧设备的每组潮流补偿器的结构示意图;
[0029] 图4是本发明潮流补偿器安装在箱体内的结构示意图;
[0030] 图中,1.首端Υ-Λ变压器;2.输电线路;3.单匝变压器;4.末端Υ-Λ变压器;5.潮流 补偿器;6.单相变流器;7 .直流电容;8.三相变流器;9.第一单匝变压器;10.第二单匝变压 器;11.变流器;12.控制器;13.电流互感器;14.电压互感器;15.第一分裂导线;16.第二分 裂导线;17.耐张杆塔;18.集成模块;19.通信模块。
【具体实施方式】
[0031] 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,以 2分裂导线为例,对本发明进行进一步详细说明。
[0032] 参照图1~图4所示,本发明所述的分布式潮流控制器,安装在输电线路2上,输电 线路两端设置有首端Υ-Λ变压器1和末端Υ-Λ变压器4,该控制器包括并联侧设备和串联侧 设备,并联侧设备包括背靠背设置的三相变流器8、单相变流器6,三相变流器8的直流侧和 单相变流器6的直流侧之间并联有直流电容7,三相变流器8的交流侧通过首端Υ-Λ变压器1 的Λ侧接入输电线路2,单相变流器6的交流侧通过首端Υ-Λ变压器1的Y侧的中性点接入输 电线路2;
[0033]每相输电线路2分裂成两根,分别为第一分裂导线15、第二分裂导线16;串联侧设 备包括多组串联在每相输电线路2上的潮流补偿器5,每组潮流补偿器5包括变流器11、第一 单匝变压器9、第二单匝变压器10、控制器12、电流互感器13、电压互感器14和通信模块19; 每相输电线路2上的某组潮流补偿器5的第一单匝变压器9和第二单匝变压器10共用一套变 流器11、控制器12、电流互感器13、电压互感器14和通信模块19,变流器11的交流侧通过第 一单匝变压器9和第二单匝变压器10分
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