一种用于提高电力系统稳定性的三相换相系统的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种用于提高电力系统稳定性的三相换相系统。

背景技术：

电力系统稳定性问题是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的问题。电力系统稳定性问题一般分为静态稳定性和暂态稳定性。

图1为一台发电机经变压器、线路和无限大容量系统相连的示意图。忽略各元件的电阻及线路导纳后，有x∑＝xg+xt+xl。正常运行时，发电机和无限大容量系统是同步的。系统的功角关系式为：

其中，δ为相量和的夹角，也称为功角。

如图2所示，系统可能有两个运行点a和b，考虑到系统经常不断地受到各种小的扰动，只有a是稳定运行点，而b点是不稳定的。当δ小于90°时，系统的运行是稳定的。

目前提高电力系统静态稳定的措施有：采用自动调节励磁装置、减小元件的电抗(如采用分裂导线、提高线路电压等级、采用串联补偿)、改善系统结构等。提高动态稳定性措施有：故障快速切除和自动重合闸的应用、提高发电机输出的电磁功率、减少原动机输出的机械功率。

本发明提出了一种用于提高电力系统稳定性的三相换相系统。关键点在于设计一套电力电子系统，当线路两端电压相角差增大角度大于120度时，将交流线路两端相序进行变换，例如：将a、b、c三相换相成b、c、a，即可实现角度减小120°，从而减小功角差，使系统恢复稳定。

目前已有的一些换相装置均是对低压负荷单相换相，而且换相时会造成瞬时断电或相间瞬时短路。本发明提出的方法使在系统常规状态下三相分别通过交流正常输送功率，当换相时系统切换为直流输电模式输送功率，然后进行相位变换，恢复三相交流输电。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出了一种用于提高电力系统稳定性的三相换相系统，包括：送端三相和受端三相，其中送端的每一相均分别连接有各自的上桥臂和下桥臂，受端的每一相均分别连接有各自的上桥臂和下桥臂；送端的三个上桥臂通过上极线与受端的三个上桥臂相连，送端的三个下桥臂通过下极线与受端的三个下桥臂相连；送端三相分别接有各自的双向晶闸管，三个双向晶闸管通过中极线与受端三相中的任意一相相连。

所述上桥臂或下桥臂由多个具有相同结构的通断可控的子模块串联构成。

所述子模块为模块化多电平换流器的子模块。

通过控制每个上桥臂、下桥臂、双向晶闸管的通断来实现受端三相的换相。

通过控制子模块投入的数量来改变受端三相的输出电压和功率。

换相前系统为交流输电状态，换相时为模块化多电平柔性直流直流输电状态，换相后恢复交流输电状态，完成换相。

本发明的有益效果是：常规状态下三相分别通过交流正常输送功率，当换相时系统切换为直流输电模式输送功率，然后进行相位变换，恢复三相交流输电。通过相位变换的方法，改变了电力系统的功角，提高电力系统的稳定性。而且在换相的过程中不会出现断流或短路，从而不会引起输送功率的大幅波动。本发明的相位变换不受潮流方向的影响。

附图说明

图1为单机无穷大系统示意图。

图2为单机无穷大系统功角特性。

图3为电力系统换相系统主电路。

图4为子模块电路。

图5为换相前电流回路

图6为子模块工作状态1：v1开通、v2关断

图7为子模块工作状态2：v1关断、v2开通

图8为换相后电流回路。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

如图3所示。各相上下均由多个具有相同结构的子模块串联组成。tra、trb和trc为双向晶闸管。图4为子模块内部结构，其中v1和v2为igbt，vt1和vt2为晶闸管。

(1)交流输电状态：

初始状态下，a相上桥臂所有子模块的v2和vt2开通，v1和vt1关断，子模块处于短路状态，a相下桥臂和tra开关器件均处于关断状态，此时送端的a相和受端的a相通过上极线连接。b相下桥臂所有子模块的v2和vt2开通，v1和vt1关断，子模块处于短路状态，b相上桥臂和trb中开关器件均处于关断状态，此时送端的b相和受端的b相通过下极线连接。c相上下两桥臂关断，c相trc开通，此时送端的c相和受端的c相通过中极线连接。于是送端交流a、b、c三相分别通过换相回路和受端a、b、c三相连接，如图5所示。

(2)直流输电状态：

当需要换相时，所有子模块的vt1和vt2为常开通状态，tra、trb和trc关断，v1和v2按照模块化多电平柔性直流控制方式进行通断，此时换相系统类似于一个背靠背柔性直流输电系统，功率通过直流传输。

此时子模块有两种工作状态：(1)igbtv1开通、v2关断。此时电流能双向流动，输出电压为子模块电容电压。如图6所示。(2)igbtv1关断、v2开通。此时电流能双向流动，输出电压为零电压。如图7所示。通过控制改变子模块的数量，可以灵活改变换流器输出电压和功率。

(3)恢复交流输电，同时换相：

将送端a相上桥臂所有子模块的v2和vt2开通，v1和vt1关断，送端a相下桥臂和tra开关器件均处于关断状态，受端b相上桥臂所有子模块的v2和vt2开通，v1和vt1关断，受端b相下桥臂所有子模块的开关器件均关断，此时送端的a相和受端的b相通过上极线连接。送端b相上下桥臂的所有子模块的开关器件均关断，trb开通，受端c相上下桥臂所有子模块的开关器件均关断，此时送端的b相和受端的c相通过中极线连接。送端c相下桥臂所有子模块的v2和vt2开通，v1和vt1关断，送端c相上桥臂和tra开关器件均处于关断状态，受端a相下桥臂所有子模块的v2和vt2开通，v1和vt1关断，受端a相上桥臂所有子模块的开关器件均关断，此时送端的c相和受端的a相通过下极线连接。于是送端交流a、b、c三相分别通过换相回路和受端b、c、a三相连接，实现换相。如图8所示。

当潮流方向为反向时，换相方式相同。

上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。