一种模块化直流潮流控制器的制作方法

本发明涉及潮流控制技术领域，特别是涉及一种模块化直流潮流控制器。

背景技术：

近年来，直流电网凭借其优越的控制运行特性，已经成为解决新能源大规模并网的有效技术手段之一。直流电网具有三种基本拓扑结构，分别为树枝状、环状和网状，多种基本结构组合为复杂的直流电网。其中，网状结构具有较好的灵活性和冗余度，能够增加系统的可靠性，减少输电距离。但是，在含有环、网状结构的直流电网中，输电线路的数目大于换流站个数，导致线路上的潮流不能仅依靠换流站的控制实现有效调节，即存在直流潮流控制自由度不够的问题。因此，需要引入额外的直流潮流控制设备，通过增加控制自由度来实现对直流电网内线路潮流的有效控制。

当前，国内外研究人员已就直流潮流控制问题，提出了相关潮流控制设备，如可变电阻器，DC/DC变换器和辅助电压源。但是，这些设备普遍存在着制造费用高，或运行损耗大等问题，不利于工程推广。因此，论文(新型直流潮流控制器及其在环网式直流电网中的应用[J].电网技术，2014，38(10)：2644-2650)提出了一种电流潮流控制器。除电容能量的变化外，它基本不与外部网络发生能量交换，对直流网络只起电流分配的作用，不需要承受系统级高电压，设备成本少，运行损耗低，具有较好的应用前景。但是，上述论文所提出的电流潮流控制器存在着运行模式多样，控制策略复杂等问题，同时，可能需要IGBT串联运行，触发一致性要求高，另外，由于是非模块化设计，当出现故障需要检修的时候，整个检修周期较长，影响较大。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的直流潮流控制器是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种模块化直流潮流控制器，不仅继承了现有电流潮流控制器的所有优点，同时，能够有效减少潮流控制设备的的运行模式，降低控制策略的复杂度，降低了IGBT管的触发一致性要求，且，模块化的设计方式，能够有效减少设备故检修周期，降低对整个系统正常运行的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模块化直流潮流控制器，包括n个直流潮流控制器组和m个电容，其中，2≤n≤n_b，2≤m≤m_c，其中，n_b为连接于同一条直流母线上的直流线路的个数，U_pf0为所述直流潮流控制器组正常运行时的最大电压，U_c0为所述电容的额定电压，ceil为向上取整函数；

串联在直流母线以及所述直流母线的n条直流线路之间的每个所述直流潮流控制器组包括m个依次串联的直流潮流控制模块，每个所述直流潮流控制器组中的直流潮流控制模块的第一端与其他所述直流潮流控制器组中对应位置上的直流潮流控制模块的第一端相连，其公共端与对应位置的电容的一端连接，每个所述直流潮流控制器组中的直流潮流控制模块的第二端与其他所述直流潮流控制器组中对应位置上的直流潮流控制模块的第二端相连，其公共端与对应位置的电容的另一端连接；

每个直流潮流控制模块包括4个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管，IGBT管T₁的集电极与IGBT管T₂的集电极连接，其公共端作为所述直流潮流控制模块的第一端，IGBT管T₃的发射极与IGBT管T₄的发射极连接，其公共端作为所述直流潮流控制模块的第二端，所述IGBT管T₁的发射极与IGBT管T₃的集电极连接，其公共端作为与所述直流母线或者相邻直流潮流控制模块相连的一端，所述IGBT管T₂的发射极与IGBT管T₄的集电极连接，其公共端作为与所述直流线路或者另一个相邻直流潮流控制模块相连的一端。

优选地，每个直流潮流控制模块包括的4个IGBT管T₁-T₄均为主动关断型IGBT管。

优选地，所述模块化直流潮流控制器包括4个所述直流潮流控制器组。

优选地，所述模块化直流潮流控制器包括3个所述电容。

优选地，所述模块化直流潮流控制器包括6个所述直流潮流控制器组。

优选地，所述模块化直流潮流控制器包括3个所述电容。

本发明提供了一种模块化直流潮流控制器，包括n个直流潮流控制器组和m个电容，且每个直流潮流控制器组包括m个依次串联的直流潮流控制模块，每个直流潮流控制模块包括4个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管。本发明提供的模块化直流潮流控制器除电容能量的变化外，电容基本不与外部网络发生能量交换，对直流网络只起电流分配的作用，不需要承受系统级高电压，设备成本少，运行损耗低，另外，因为每个直流潮流控制模块仅包括4个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管，IGBT管个数要少于现有技术，因此，能够有效减少潮流控制设备的的运行模式，降低控制策略的复杂度，且，通过将m个直流潮流控制模块依次串联，能够有效避免IGBT串联运行的情况，降低了IGBT管的触发一致性要求，且，模块化的设计方式，能够有效减少设备故检修周期，降低对整个系统正常运行的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种模块化直流潮流控制器的结构示意图；

图2为本发明提供的一种直流潮流控制模块的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种模块化直流潮流控制器，不仅继承了现有电流潮流控制器的所有优点，同时，能够有效减少潮流控制设备的的运行模式，降低控制策略的复杂度，降低了IGBT管的触发一致性要求，且，模块化的设计方式，能够有效减少设备故检修周期，降低对整个系统正常运行的影响。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1和图2，其中，图1为本发明提供的一种模块化直流潮流控制器的结构示意图，图2为本发明提供的一种直流潮流控制模块的结构示意图。

该模块化直流潮流控制器，包括n个直流潮流控制器组1和m个电容2，其中，2≤n≤n_b，2≤m≤m_c，其中，n_b为连接于同一条直流母线上的直流线路的个数，U_pf0为直流潮流控制器组1正常运行时的最大电压，U_c0为电容2的额定电压，ceil为向上取整函数；

串联在直流母线以及直流母线的n条直流线路之间的每个直流潮流控制器组1包括m个依次串联的直流潮流控制模块，每个直流潮流控制器组1中的直流潮流控制模块的第一端与其他直流潮流控制器组1中对应位置上的直流潮流控制模块的第一端相连，其公共端与对应位置的电容2的一端连接，每个直流潮流控制器组1中的直流潮流控制模块的第二端与其他直流潮流控制器组1中对应位置上的直流潮流控制模块的第二端相连，其公共端与对应位置的电容2的另一端连接；每个直流潮流控制模块包括4个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管，IGBT管T₁的集电极与IGBT管T₂的集电极连接，其公共端作为直流潮流控制模块的第一端，IGBT管T₃的发射极与IGBT管T₄的发射极连接，其公共端作为直流潮流控制模块的第二端，IGBT管T₁的发射极与IGBT管T₃的集电极连接，其公共端作为与直流母线或者相邻直流潮流控制模块相连的一端，IGBT管T₂的发射极与IGBT管T₄的集电极连接，其公共端作为与直流线路或者另一个相邻直流潮流控制模块相连的一端。

可以理解的是，请参照图1，直流潮流控制器组1串联于直流母线和该直流母线的某条直流线路之间。每个直流潮流控制器组1包含m个直流潮流控制模块(Power Flow Sub-Module,PFSM)，且由m个潮流控制模块相互串联而成，第一个直流潮流控制模块的左端作为其所在直流潮流控制器组1的左端口，与直流母线相连；第m个直流潮流控制模块的右端作为潮流控制器组的右端口，与直流线路相连。

每个直流潮流控制器组1中的直流潮流控制模块的第一端与其他直流潮流控制器组1对应位置上的直流潮流控制模块的第一端相连，并与对应位置的电容2一端相连；每个直流潮流控制器组1中的直流潮流控制模块的第二端与其他直流潮流控制器组1中对应位置上的直流潮流控制模块的第二端相连，并与对应位置的电容2的另一端相连。

另外，请参照图2，从图2中可以看出，直流潮流控制模块由四个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管构成。其中，IGBT管T₁的集电极与IGBT管T₂的集电极相连且为该直流潮流控制模块的第一端，IGBT管T₃的发射极与IGBT管T₄的发射极相连且为潮流控制模块的第二端，IGBT管T₁的发射极与IGBT管T₃的集电极相连且为潮流控制模块的第三端，IGBT管T₂的发射极与IGBT管T₄的集电极相连且为潮流控制模块的第四端。四个IGBT管T₁-T₄的基极均接收外部设备提供的控制信号。

优选地，每个直流潮流控制模块包括的4个IGBT管T₁-T₄均为主动关断型IGBT管。

优选地，模块化直流潮流控制器包括4个直流潮流控制器组。

优选地，模块化直流潮流控制器包括3个电容。

优选地，模块化直流潮流控制器包括6个直流潮流控制器组。

优选地，模块化直流潮流控制器包括3个电容。

当然，这里的m和n在满足2≤n≤n_b，2≤m≤m_c范围内时还可以取其他数值，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况来定，本发明在此不做特别的限定。

本发明提供了一种模块化直流潮流控制器，包括n个直流潮流控制器组和m个电容，且每个直流潮流控制器组包括m个依次串联的直流潮流控制模块，每个直流潮流控制模块包括4个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管。本发明提供的模块化直流潮流控制器除电容能量的变化外，电容不与除直流网络外的外部网络发生能量交换，对直流网络只起电流分配的作用，不需要承受系统级高电压，因此，使用的设备个数较少，由此带来设备成本少，运行损耗低等优点；每个直流潮流控制模块只包括4个IGBT管T₁-T₄及其反并联二极管，与现有技术中的6个IGBT管相比，IGBT管明显减少，IGBT管为可控器件，管子数目的减少意味着控制变量及控制模式的降低，因此，本发明能够有效减少潮流控制设备的的运行模式，降低控制策略的复杂度；现阶段，单个IGBT管的承压能力较为有限，当直流潮流控制器因系统潮流控制要求需要承受较大的电压时，现有技术需要通过IGBT串联来达到可承压的效果，当前，IGBT管串联运行需要较高的触发一致性要求，否则容易引起IGBT管的损坏，本发明通过将m个直流潮流控制模块依次串联，能够有效避免IGBT串联运行的情况，降低了IGBT管的触发一致性要求；另外，现有技术采用非模块化的设计方法，当设备出现故障时，需要整个拆卸维修，严重影响系统正常运行时间，本发明采用模块化的设计方式，当某个模块发生故障时，剩余模块仍能正常运行，同时，故障模块可采用正常模块替换的方式，将故障模块替换掉，从而有效减少设备故检修周期，降低对整个系统正常运行的影响。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。