一种多运行模式的统一潮流控制器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种多运行模式的统一潮流控制器，统一潮流控制器包括变压器，换流器模块(12)和模式转换开关模块(11)，变压器包括串联接入输电线路的串联变压器(3)，和并联接入交流系统的并联变压器(8)；换流器模块(12)一端经模式转换开关模块(11)与并联变压器(8)相连，另一端与串联变压器(3)和模式转换开关模块(11)相连。本发明用于输电或配电线路时，可大幅提高线路潮流控制能力和电压稳定性，具有功能灵活、装置可靠性高的优点。
【专利说明】
一种多运行模式的统一潮流控制器
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子技术领域，具体讲涉及一种多运行模式的统一潮流控制器。
【背景技术】
[0002]随着电力系统的大力发展，新能源的规模接入、网架结构日益复杂、潮流分布不均、电压支撑能力不足等问题给电网的安全稳定运行提出了新的要求，带来了新的挑战。部分地区出现的供电瓶颈，不能满足负荷发展需要。电网的运行情况来表明，潮流分布不均是制约电网输送能力的重要因素。鉴于传统电网缺乏有效的潮流调节手段，需用新型灵活电流输送系统(Flexible Alternative Current Transmit System，FACTS)来改善系统运行工况，确保稳定运行，是提高电网输送容量的一种现实且理想的选择。
[0003]作为第3代FACTS系统代表的统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)，是迄今为止功能最全面的，因为具有能分别或同时实现并联补偿、串联补偿、移相和端电压调节等多种基本功能。UPFC既能在确保电力系统稳定运行情况下实现潮流调节，合理控制有功功率、无功功率，提高线路的输送能力，实现优化运行;又能在动态情况下，通过快速无功吞吐，动态支撑接入点的电压，提高系统的电压稳定性;不仅如此，还可改善系统阻尼，提高功角稳定性。现有的统一潮流控制器由两个电压源换流器分别串联和并联接入系统，串联侧实现潮流控制功能，并联侧实现无功电压调节功能。然而其功能配置不够灵活，比如在不需要潮流控制，而需要大量无功支撑时，不能通过灵活配置使系统两个换流器全部并联无功补偿运行。
[0004]针对上述问题，因此需要提一种满足不同的系统调节需求，并降低装置损耗，提高设备可靠性的统一潮流控制器。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种多运行模式的统一潮流控制器，包括以下步骤:
[0006]统一潮流控制器包括:变压器，换流器模块(12)和模式转换开关模块(11)，变压器包括串联接入输电线路的串联变压器(3)，和并联接入交流系统的并联变压器(8);换流器模块(12)—端经模式转换开关模块(11)与并联变压器(8)相连，另一端与所述串联变压器
(3)和模式转换开关模块(I I)相连。
[0007]换流器模块(12)包括:第一换流器(13)和第二换流器(14);第一换流器(13)和第二换流器(14)的直流侧彼此相连;第一换流器(13)的交流侧与模式转换开关模块(11)一端相连;第二换流器(14)的交流侧包括经第一断路器(5)与串联变压器(3)相连的支路，和与模式转换开关模块(11)相连的另一支路。
[0008]串联变压器(3)与旁路开关(2)并联;并联变压器(8)与交流系统间设有第二断路器(7)。
[0009]模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)、第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10)；
[0010]第二换流器(14)的交流侧经第一模式转换开关(6)，第一换流器(13)的交流侧经第二模式转换开关(10)与第一软起动电路(9) 一端相连，第一软起动电路(9)的另一端与并联变压器(8)—端相连。
[0011]模式转换开关模块(II)包括:第一软起动电路(9)，第二软起动电路(15)，第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10);第一软起动电路(9)和第二软起动电路(15)的一端互联，第一软起动电路(9)另一端经第一模式转换开关(6)与第二换流器(14)交流侧相连，，第二软起动电路(15)另一端经第二模式转换开关(10)第一换流器(13)交流侧相连。并联变压器(8)为三绕组变压器。
[0012]模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)，第二软起动电路(15)，第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10);换流器(14)的交流侧经第一模式转换开关(6)与第一软起动电路(9) 一端相连，换流器(I 3)的交流侧经第二模式开关(10)和所述第二软起动电路(I 5) —端相连;第一软起动电路(9)的另一端和第二软起动电路(15)另一端分别与三绕组变压器中的两端相连。
[0013]模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)，第二软起动电路(15)，第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10);第二换流器(14)的交流侧经第一模式转换开关(6)与第一软起动电路(9) 一端相连，第一换流器(13)的交流侧经第二模式开关(10)和第二软起动电路(15)—端相连;第一软起动电路(9)的另一端与第一并联变压器(16)—端相连，第二软起动电路(15)另一端与并联变压器(8) —端相连，并联变压器(8)和所述第一并联变压器(16)的另一端相互连接。第一软起动电路(9)和第二软起动电路(15)包括电阻和与其并联的断路器。
[0014]第一换流器(13)和所述第二换流器(14)包括:两电平换流器、三电平换流器、模块化多电平换流器、H桥级联多电平换流器、二极管钳位型换流器和/或飞跨电容型换流器。
[0015]旁路开关(2)包括:断路器、隔离开关和/或电力电子器件构成的开关;开关为单个开关或两个开关组成的双旁路结构。
[0016]第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10)包括:断路器、隔离开关和/或电力电子器件构成的开关。
[0017]运行模式包括:UPFC运行模式、单STATCOM运行模式、双STATCOM运行模式和SSSC运行模式。
[0018]与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下益效果:
[0019]1、本发明实现了四种不同运行模式，包括:UPFC运行模式、单STAT⑶M模式、双STATCOM模式和SSSC模式。
[0020]2、本发明的四种模式可灵活配置，可根据电网运行需要切换不同运行模式。尤其，双STATCOM模式可提供大范围动态无功补偿，满足不同运行方式要求，提高系统电压稳定性。
[0021]3、本发明用于输电或配电线路时，可大幅提高线路潮流控制能力和电压稳定性，具有功能灵活、装置可靠性高的优点。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例的一种统一潮流控制器结构示意图；
[0023]图2是本发明实施例的另一种统一潮流控制器结构示意图；
[0024]图3是本发明实施例的又一种统一潮流控制器结构示意图；
[0025]图4是本发明实施例的再一种统一潮流控制器结构示意图；
[0026]1-交流母线;2-旁路开关;3-串联变压器;4-输电线路电阻;5-第一断路器;6-第一模式转换开关;7-第二断路器;8-并联变压器;9-第一软起动电路；10-第二模式转换开关；11-模式转换开关模块;12-换流器模块;13-第一换流器;14-第二换流器;15-第二软起动电路;16-第一并联变压器。
【具体实施方式】
[0027]下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0028]如图1所示的一种多运行模式的统一潮流控制器中，包含至少一个串联变压器3、一个并联变压器8、两个换流器13和14、模式转换开关6和10以及其它必要电力设备。其中两个换流器的直流侧经开关相连，换流器的交流侧经模式转换开关分别接入串联变压器3和并联变压器8，串联变压器3串联接入输电线路，并联变压器8并联接入交流系统。
[0029]换流器可以采用两电平换流器、三电平换流器、模块化多电平换流器、H桥级联多电平换流器、二极管钳位型换流器和飞跨电容型换流器等任意一种或多种组合。换流器的保护需配置快速旁路开关，在系统或装置故障时，将换流器置于旁路，避免系统对装置或装置对系统的不利影响。快速旁路开关可以是断路器、隔离开关或电力电子器件构成的开关，开关可以是单个开关或两个开关组成的双旁路结构，优选的采用晶闸管双向开关。
[0030]保护串联的侧换流器需配置快速旁路开关2，在系统或装置故障时，将换流器旁路，避免系统对装置或装置对系统的不利影响。快速旁路开关，可以是断路器、隔离开关或电力电子器件构成的开关，开关可以是单个开关或两个开关组成的双旁路结构，优选采用晶闸管双向开关。
[0031]模式转换开关可采用断路器、或者是隔离开关、或者是电力电子器件构成的开关等任意一种或多种组合。
[0032]并联变压器可以采用双绕组或三绕组变压器，并联变压器和换流器之间包含至少一个软起动电路，具体的连接形式包含但不限于如下四种形式。图1为两个换流器经过一个软起动电路9，接入一台双绕组变压8;图2为两个换流器经过两个软起动电路9和15，接入一台双绕组变压器8;图3为两个换流器经过两个软起动电路9和15，接入三绕组变压器8;图4为两个换流器经过两个软起动电路9和15，接入两台双绕组变压器8和16。
[0033]这里需要说明的是:本发明并未标注用于保护耦合变压器、换流器间开关、开关装置的避雷器及间隙等设备，不表示装置设计制造及工程实际实施时，不存在这些设备。同时，实际工程实施时，会有许多隔离刀闸、断路器、电流测量设备、电压测量设备。这里没有画出这些设备，不表示工程实际实施时，不存在这些设备。
[0034]本发明中具有多种运行模式的统一潮流控制器可通过模式转换开关的倒闸操作来实现不同运行模式，可实现的运行模式包括但不限于:UPFC运行模式、单STATCOM模式、双STATCOM模式和SSSC模式。以图1的实施例进行说明，但不限于该实施例的运行模式和倒闸方式。
[0035]①UPFC运行模式:
[0036]第一断路器5、第二断路器7、第一软起动电路9中的断路器和第二模式转换开关10处于闭合状态，旁路开关2和第一模式转换开关6处于断开状态，并联侧换流器8通过并联变压器接入系统，可以实现并联侧的动态无功补偿。串联侧换流器3通过串联变压器接入系统，实现有功无功潮流的独立控制。
[0037]②单STATC0M 模式:
[0038]以并联侧换流器做单STATC0M为例进行说明，旁路开关2、第二断路器7、第一软起动电路9中的断路器和第二模式转换开关10处于闭合状态，第一断路器5、第一模式转换开关6处于断开状态。串联侧换流器不运行，无功率损耗。并联侧换流器经过并联变压器接入系统，实现动态无功补偿。可实现动态无功支撑，提高母线电压调节能力，满足电网低谷对吸收电缆多余充电功率和高峰无功缺额的不同需求。串联侧和并联侧换流器均可单独作STATC0M模式运行，互为冗余备用，提高装置运行的可靠性。
[0039]③双STATC0M 模式:
[0040]旁路开关2、第一模式转换开关6、第二断路器7、第一软起动电路9中的断路器和第二模式转换开关10处于闭合状态，第一断路器5处于断开状态。两个换流器并联后经过并联变压器接入系统，实现动态无功补偿。双STATC0M模式可提供更大的动态无功支撑，提高母线电压调节能力，满足电网低谷对吸收电缆多余充电功率和高峰无功缺额的不同需求。
[0041]④SSSC 模式:
[0042]第一断路器5处于闭合状态，旁路开关2、第一模式转换开关6、第二断路器7、第一软起动电路9中的断路器和第二模式转换开关10处于断开状态。并联侧换流器不运行，无功率损耗。串联侧换流器通过串联变压器接入系统，实现SSSC运行模式，进行潮流控制，能够均衡线路潮流，提高断面输电功率极限。
[0043]此外，需要说明的是:多运行模式的主接线不限于实施例所示的结构，任何牵涉到采用转换开关增加不同运行模式的统一潮流控制器，都属于本发明范围之内。
[0044]本发明所述的实施例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。通过说明书附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0045]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种多运行模式的统一潮流控制器，所述统一潮流控制器包括变压器，换流器模块(12)和模式转换开关模块(11 )，其特征在于， 所述变压器包括串联接入输电线路的串联变压器(3)，和并联接入交流系统的并联变压器(8); 所述换流器模块(12)—端经所述模式转换开关模块(11)与所述并联变压器(8)相连，另一端与所述串联变压器(3)和所述模式转换开关模块(11)相连。2.根据权利要求1所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述换流器模块(12)包括:第一换流器(13)和第二换流器(14); 所述第一换流器(13)和第二换流器(14)的直流侧彼此相连； 所述第一换流器(13)的交流侧与所述模式转换开关模块(11) 一端相连； 所述第二换流器(14)的交流侧包括经第一断路器(5)与所述串联变压器(3)相连的支路，和与所述模式转换开关模块(11)相连的另一支路。3.根据权利要求2所述的统一潮流控制器，其特征在于， 所述串联变压器(3)与旁路开关(2)并联； 所述并联变压器(8)与所述交流系统间设有第二断路器(7)。4.根据权利要求3所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)、第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(1)； 所述第二换流器(14)的交流侧经第一模式转换开关(6)，所述第一换流器(13)的交流侧经第二模式转换开关(10)与所述第一软起动电路(9) 一端相连，所述第一软起动电路(9)的另一端与所述并联变压器(8)—端相连。5.根据权利要求3所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)，第二软起动电路(15)，第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10)； 所述第一软起动电路(9)和所述第二软起动电路(15)的一端互联，所述第一软起动电路(9)另一端经所述第一模式转换开关(6)与所述第二换流器(14)交流侧相连，所述第二软起动电路(15)另一端经所述第二模式转换开关(10)所述第一换流器(13)交流侧相连。6.根据权利要求3所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述并联变压器(8)为三绕组变压器。7.根据权利要求6所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)，第二软起动电路(15)，第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10)； 所述第二换流器(14)的交流侧经所述第一模式转换开关(6)与所述第一软起动电路(9)一端相连，所述第一换流器(13)的交流侧经所述第二模式开关(10)和所述第二软起动电路(15)—端相连； 所述第一软起动电路(9)的另一端和所述第二软起动电路(15)另一端分别与所述三绕组变压器中的两端相连。8.根据权利要求3所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述模式转换开关模块(11)包括:第一软起动电路(9)，第二软起动电路(15)，第一模式转换开关(6)和第二模式转换开关(10)； 所述第二换流器(14)的交流侧经所述第一模式转换开关(6)与所述第一软起动电路(9)一端相连，所述第一换流器(13)的交流侧经所述第二模式开关(10)和所述第二软起动电路(15)—端相连； 所述第一软起动电路(9)的另一端与第一并联变压器(16) —端相连，所述第二软起动电路(15)另一端与所述并联变压器(8)—端相连，所述并联变压器(8)和所述第一并联变压器(16)的另一端相互连接。9.根据权利要求8所述的统一潮流控制器，其特征在于， 所述第一软起动电路(9)和第二软起动电路(15)包括电阻和与其并联的断路器。10.根据权利要求1所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述第一换流器(13)和所述第二换流器(14)包括:两电平换流器、三电平换流器、模块化多电平换流器、H桥级联多电平换流器、二极管钳位型换流器和/或飞跨电容型换流器。11.根据权利要求3所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述旁路开关(2)包括:断路器、隔离开关和/或电力电子器件构成的开关； 所述开关为单个开关或两个开关组成的双旁路结构。12.根据权利要求4所述的统一潮流控制器，其特征在于，所述第一模式转换开关(6)和所述第二模式转换开关(10)包括:断路器、隔离开关和/或电力电子器件构成的开关。13.根据权利要求1所述的统一潮流控制器，其特征在于，运行模式包括:UPFC运行模式、单STATCOM运行模式、双STATC0M运行模式和SSSC运行模式。
【文档编号】H02J3/06GK105870927SQ201610144631
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月14日
【发明人】陆振纲, 赵国亮, 邓占锋, 蔡林海, 尉志勇, 宋洁莹, 戴朝波, 于弘洋
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司