一种电力潮流控制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力潮流控制装置，包括第一变压器和第二变压器，其中第一变压器的原边并联在输电线路中；第二变压器的原边串联在输电线路中；在第一变压器的副边中，每相绕组都包含至少一套绕组电路，绕组电路包含多个独立绕组，各独立绕组分别连接各自的桥式电路；根据桥式电路的运行方式，第二变压器的原边向输电线路注入用于调节潮流的电压相量。本发明通过简单巧妙的变压器设置，能够在输电线路中注入一个灵活的电压相量，从而以较低的成本实现了统一潮流控制器的基本功能。
【专利说明】一种电力潮流控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力潮流控制装置，尤其涉及一种通过灵活的变压器绕组设置方式，实现电力系统中高压交流输电线路中潮流控制的电力潮流控制装置，属于电力系统自动化领域。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，潮流是指稳态运行状态下，各发电机、输电线路、变压器等电力设备中发出或输送的功率及各母线上的电压值。电力潮流控制技术通过控制输电线路上的有功功率和无功功率、接入点的电压幅值和相位、以及输电线路的阻抗，可以实现合理配置线路的输送功率、抑制功率振荡、提闻电力系统稳定性等目的。
[0003]为了实现电力系统中的潮流控制，常见的控制装置主要包括两类:第一类是移相器，即采用改变线路两端电压相角差的方法来实现线路功率调整和控制的装置，例如机械式移相器、晶闸管控制的电子式静止移相器等，其优势在于可靠性较高而成本较低、控制简单，但其注入的电压相量是单一方向(横向或纵向)的，控制范围狭窄。第二类是基于换流器的统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,简写为UPFC),其优势在于潮流控制手段十分灵活，注入的电压相量能够在O~360°范围内变化，潮流控制的范围大，但采用电力电子器件的换流器的成本较高，控制也比较复杂。目前在实际工程中，移相器已经有所应用，但统一潮流控制器的应用还极少。
[0004]在陈柏超、田翠华发表的论文《电磁式特高压统一潮流控制器》(刊载于《高电压技术》第32卷第12期)中，为解决特高压电网的运行调节中的困难，提出了一种电磁式特高压统一潮流控制器的结构和 工作原理，其由360°移相变压器和并联可控电抗器组成。移相变压器由普通有载调压开关控制，可以实现离散的360 °移相串联电压控制。与现有基于电力电子器件的统一潮流控制器相比，电磁式统一潮流控制器在保持有功与无功潮流独立灵活控制优点的同时，损耗低，无电磁兼容问题，并且兼有过电压和潜供电流限制的功能。360°移相变压器结构简单，每相仅需2个二次移相绕组，造价低、可靠性高、易于实现。但是，该论文仅仅从理论上提出了电磁式统一潮流控制器的技术构想，在工程实现方面仍然存在很多需要解决的技术问题。
[0005]当前，电力潮流控制装置主要应用于高压大容量输电线路，因此要求有高可靠性、良好的控制性能和合理的工程造价，但现有的两类潮流控制装置都不能同时满足这些方面的要求，阻碍了潮流控制技术在输电网中的应用。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于变压器灵活绕组的电力潮流控制
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[0007]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0008]一种电力潮流控制装置，包括第一变压器和第二变压器，其中:[0009]所述第一变压器的原边并联在输电线路中，所述第二变压器的原边串联在输电线路中；
[0010]在所述第一变压器的副边中，每相绕组都包含至少一套绕组电路，其中A相绕组电路与所述第二变压器的A相的副边绕组首尾相接，B相绕组电路与所述第二变压器的B相的副边绕组首尾相接，C相绕组电路与第二变压器的C相的副边绕组首尾相接；
[0011]所述绕组电路包含多个独立绕组，各所述独立绕组分别连接各自的桥式电路；
[0012]根据所述桥式电路的运行方式，所述第二变压器的原边向输电线路注入用于调节潮流的电压相量。
[0013]其中较优地，各所述绕组电路具有相同的内部拓扑，其中每个桥式电路有2个输出端，依次首尾相接。
[0014]其中较优地，所述桥式电路包含多个开关元件，所述开关元件为电力电子器件或者机械开关。
[0015]其中较优地，所述第一变压器中，原边采用星形接法或者三角形接法。
[0016]其中较优地，所述独立绕组为2个时，各独立绕组之间的匝数比为1:3 ;或者，所述独立绕组为3个时，各独立绕组之间的匝数比为1:3:9 ;或者，所述独立绕组为4个时，各独立绕组之间的匝数比为1:3:9:27。
[0017]其中较优地，所述第一变压器和所述第二变压器为有载调压变压器或者多绕组变压器。
[0018]本发明所提供的电力潮流控制装置通过简单巧妙的变压器设置，能够在输电线路中注入一个灵活的电压相量，其相位可以在O~360°范围内调节，其幅值则取决于第一变压器Tl和第二变压器T2的变比。借助这个电压相量的注入，可以灵活地控制输电线路上的有功功率和无功功率潮流，也可以调节输电线路的等效阻抗，以及调节输电线路两端电压的相位差，从而以较低的成本实现了统一潮流控制器的基本功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明。
[0020]图1为本发明所提供的电力潮流控制装置的电气原理图；
[0021]图2为第一变压器Tl副边各套电路的内部拓扑示意图；
[0022]图3为第一变压器Tl原边为三角形接法的电力潮流控制装置的示例图；
[0023]图4为第一变压器Tl原边为星形接法的电力潮流控制装置的示例图；
[0024]图5为本电力潮流控制装置的第一实施例中，所产生的电压相量合成示例图；
图6为本电力潮流控制装置的第二实施例中，所产生的电压相量合成示例图。
【具体实施方式】
[0025]图1是本 发明所提供的电力潮流控制装置的电气原理图。其中，输电线路左侧的三相电压分别为Usa1、Usb1、Usc1 ;右侧的三相电压分别为UsA2、UsB2、Usc2。该电力潮流控制装置包括第一变压器Tl和第二变压器T2。这两个变压器均为三相变压器，分别包括A相T1A、B相T1B、C相T1c和A相T2A、B相T2B、C相T2c，但接法有所不同。具体地说，第一变压器Tl中，T1A、T1B、T1C三相的原边并联在输电线路中。第二变压器T2中，T2A、T2B、T2C三相的原边串联在输电线路中。在第一变压器Tl的副边中，每相绕组都包含3套电路(简称绕组电路)，例如A相Tia包括电路Aa、电路Ab、电路Ac，B相Tib包括电路Ba、电路Bb、电路Be，C相Tic包括电路Ca、电路Cb、电路Ce ;每套电路有2个输出端。电路Aa、电路Ba、电路Ca以及第二变压器T2的A相T2a的副边绕组首尾相接；电路Ab、电路Bb、电路Cb与第二变压器T2的B相T2b的副边绕组首尾相接；电路Ac、电路Be、电路Ce以及第二变压器T2的C相T2e的副边绕组首尾相接。
[0026]如图2所示，上述电路么3、么13、4(3、83、813、8(3、03、03、(^中的内部拓扑是相同的。每套电路中均包含k个独立绕组，这些绕组分别接到k个桥式电路。k个独立绕组的匝数分别为N1, N2，…，％，...，Nk。每个桥式电路包含4个开关元件，例如桥式电路I中的开关元件为 SI (I)、S2 (I)、S3 (I)、S4 (I)，桥式电路 2 中的开关元件为 SI (2)、S2 (2)、S3 (2)、S4 (2)，以此类推，桥式电路j中的开关元件为SI (j)、S2 (j)、S3 (j)、S4 (j)，桥式电路k中的开关元件为SI (k)、S2 (k)、S3 (k)、S4 (k)，上述j、k均为正整数。每个桥式电路有2个输出端，依次首尾相接；桥式电路I的输出端I和桥式电路k的输出端2作为整套电路的2个输出端。这些桥式电路中的开关元件可以全部采用电力电子器件；也可以全部采用机械开关；或者，一部分采用机械开关、其余部分采用电力电子器件。各个桥式电路中，开关元件的耐压水平是依据该桥式电路所连接的独立绕组的电压水平来确定的。
[0027]需要说明的是，第一变压器Tl的原边可以有两种接法:如图3所示的三角形接法和如图4所示的星形接法。这些三角形接法和星形接法作为电力领域的常规技术手段，在此就不详细说明了。参见图4所示，当第一变压器Tl原边采用星形接法时，中性点的接地方式应该根据实际工程的要求实施。
[0028]下面通过具体实施例对本电力潮流控制装置的工作原理进行详细的说明。在第一变压器Tl的副边电路中，独立绕组的数量k是任意的，各绕组的匝数N1, N2,…，Nj,…，Nk及其相互关系也是任意的，因此，具体的实施方案可以多种多样。例如，1^ = 2且&:队=1:3 ；或者，1^ = 2且1^:队=1:9 ;或者，k = 3 且 N1 = N2 = N3 = 1:3:9 ;或者，k = 3 且 N1 = N2 = N3 =1:2:4等等。为了实现变压器绕组的灵活配置，本电力潮流控制装置中的第一变压器Tl和第二变压器T2优选采用有载调压变压器或者`多绕组变压器实现。利用这些有载调压变压器或者多绕组变压器，可以实现变压器上绕组个数、绕组匝数的灵活调整，从而为获得O~360°范围内调节的电压相量奠定技术基础。
[0029]在本发明的第一实施例中，第一变压器Tl原边为星形接法，第一变压器Tl的变比为100，第二变压器T2的变比为I。若采用k = 3= 1:3:9的实施方案，那么，当桥式电路按照表1所述的方式运行时，输电线路两端的三相电压关系可以如图5所示。
[0030]
【权利要求】
1.一种电力潮流控制装置，包括第一变压器和第二变压器，其特征在于: 所述第一变压器的原边并联在输电线路中，所述第二变压器的原边串联在输电线路中； 在所述第一变压器的副边中，每相绕组都包含至少一套绕组电路，其中A相绕组电路与所述第二变压器的A相的副边绕组首尾相接，B相绕组电路与所述第二变压器的B相的副边绕组首尾相接，C相绕组电路与第二变压器的C相的副边绕组首尾相接； 所述绕组电路包含多个独立绕组，各所述独立绕组分别连接各自的桥式电路； 根据所述桥式电路的运行方式，所述第二变压器的原边向输电线路注入用于调节潮流的电压相量。
2.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 各所述绕组电路具有相同的内部拓扑，其中每个桥式电路有2个输出端，依次首尾相接。
3.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述桥式电路包含多个开关元件，所述开关元件为电力电子器件或者机械开关。
4.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述第一变压器中，原边采用星形接法。
5.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述第一变压器中，原边采用三角形接法。
6.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述独立绕组为2个时，各独立绕组之间的匝数比为1:3。
7.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述独立绕组为3个时，各独立绕组之间的匝数比为1:3:9。
8.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述独立绕组为4个时，各独立绕组之间的匝数比为1:3:9:27o
9.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于: 所述第一变压器和所述第二变压器为有载调压变压器。
10.如权利要求1所述的电力潮流控制装置，其特征在于:所述第一变压器和所述第二变压器为多绕组变压器。
【文档编号】H02J3/18GK103701113SQ201310416184
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】张春朋 申请人:清华大学