一种直流线路潮流控制器及控制方法与流程

本发明涉及直流变换器技术领域，具体涉及一种直流线路潮流控制器及控制方法。

背景技术：

直流输电技术具备单位造价和损耗低、传输容量高、线路占地面积小等优势，特别适用于超大规模超远距离电能输送。直流电网是未来智能电网形态的发展趋势之一，能够实现多种类型可再生能源供需广域平衡与互联互通、规模化可再生能源并网与送出，增加系统可靠性和灵活性，减少系统备用容量，减小电网构建成本,将给能源的高效利用带来革命性的变化。

直流电网中两个换流站之间可能存在多条输电线路，线路潮流将根据换流站端口电压及线路电阻进行自然分配，存在线路潮流的控制自由度不足的问题。在直流电网环形拓扑中，系统的潮流分布由各节点电压和功率以及线路阻抗依据欧姆定律决定，如果任由潮流自然分布而不对其加以控制，可能引起某条线路传输的功率超过其额定的功率容量，从而引起该条线路过负荷。由于不存在交流电网的无功功率、电抗和相角等控制变量，所以在直流电网中只能通过改变输电线路等效电阻或串联直流电压达到对潮流的有效控制。

现有技术中常通过附加潮流控制器解决直流电网中潮流控制自由度不足问题，但现有潮流控制器未融合集成直流故障，无法识别直流线路的故障并进行阻断。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直流线路潮流控制器，实现直流线路潮流控制和直流故障识别阻断的融合集成，以解决现有技术的不足。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种直流线路潮流控制器，其改进之处在于，所述直流线路潮流控制器包括：潮流调节单元、阻断单元、第一控制单元和第二控制单元，所述潮流调节单元与阻断单元串联；

所述第一控制单元，用于根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，并利用所述控制信号控制所述潮流调节单元导通或关断；

所述第二控制单元，用于根据直流线路的电流导通或关断所述阻断单元。

优选的，所述潮流调节单元由n个潮流调节模块串联组成；所述阻断单元由m个阻断模块串联组成。

进一步的，按下式确定所述潮流调节模块的数量n：

式中，a为潮流调节幅度，ul为直流线路的电压，uc为潮流调节模块的稳态电压；

按下式所述阻断模块的数量m：

式中，uz为单个阻断模块的稳态电压。

进一步的，所述潮流调节模块，包括：第一全控型功率器件、第二全控型功率器件、第一二极管、第二二极管、第三全控型功率器件、第四全控型功率器件、第三二极管、第四二极管和第一电容；

所述第一全控型功率器件的发射极与所述第二全控型功率器件的集电极连接；

所述第一二极管的阳极与所述第一全控型功率器件的发射极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一全控型功率器件的集电极连接；

所述第二二极管的阳极与所述第二全控型功率器件的发射极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二全控型功率器件的集电极连接；

所述第三全控型功率器件的发射极与所述第四全控型功率器件的集电极连接；

所述第三二极管的阳极与所述第三全控型功率器件的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述第三全控型功率器件的集电极连接；

所述第四二极管的阳极与所述第四全控型功率器件的发射极连接，所述第四二极管的阴极与所述第四全控型功率器件的集电极连接；

所述第一全控型功率器件的集电极和所述第三全控型功率器件的集电极间的连接点与所述第二全控型功率器件的发射极和所述第四全控型功率器件的发射极间的连接点之间接有所述第一电容。

进一步的，所述第一全控型功率器件的发射极与所述第二全控型功率器件的集电极的连接点为所述潮流调节模块的第一串联端口，所述第三全控型功率器件的发射极与所述第四全控型功率器件的集电极的连接点为所述潮流调节模块的第二串联端口；

其中，第n个潮流调节模块的第一串联端口与第n-1个潮流调节模块的第二串联端口连接，第n个潮流调节模块的第二串联端口与第n+1个潮流调节模块的第一串联端口连接，n∈[2,n]；

第1个潮流调节模块的第一串联端口与直流线路连接的第一换流器的直流侧连接，第n个潮流调节模块的第二串联端口与所述阻断单元连接。

进一步的，所述阻断模块，包括：第五二极管、第五全控型功率器件、第六二极管、第七二极管、第六全控型功率器件、第八二极管和第二电容；

所述第五二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的集电极连接；

所述第六二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的发射极连接，所述第六二极管的阴极与所述第五全控型功率器件的集电极连接；

所述第七二极管的阳极与所述第六全控型功率器件的集电极连接；

所述第八二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的发射极连接，所述第八二极管的阴极与所述第六全控型功率器件的集电极连接；

所述第五二极管的阴极和所述第七二极管的阴极的连接点与所述第五全控型功率器件的发射极和所述第六全控型功率器件的发射极的连接点之间接有所述第二电容。

进一步的，所述第五二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的集电极的连接点为所述阻断模块的第一串联端口，所述第七二极管的阳极与所述第六全控型功率器件的集电极的连接点为所述阻断模块的第二串联端口；

其中，第m个阻断模块的第一串联端口与第m-1个阻断模块的第二串联端口连接，第m个阻断模块的第二串联端口与第m+1个阻断模块的第一串联端口连接，m∈[2,m]；

第1个阻断模块的第一串联端口与所述潮流调节模块连接，第m个潮流调节模块的第二串联端口与直流线路连接的第二换流器的直流侧连接。

优选的，所述第一控制单元，包括：第一加法器、第一pi控制器、第二加法器、第二pi控制器、脉冲宽度调制器；

其中，所述第一加法器的输入量为直流线路的电压和直流线路的电压参考值；

所述第一pi控制器的输入量为所述第一加法器的输出量；

所述第二加法器的输入量为直流线路的电流和所述第一pi控制器输出的直流线路的电流参考值；

所述第二pi控制器的输入量为所述第二加法器的输出量；

所述脉冲宽度调制器的输入量为所述第二pi控制器的输出量，所述脉冲宽度调制器的输出量为潮流调节单元的控制信号。

优选的，所述第二控制单元，具体用于：

当直流线路的电流小于预设短路电流限值时，导通阻断单元；

当直流线路的电流不小于预设短路电流限值，关断阻断单元。

基于同一发明构思，本发明还提供一种所述直流线路潮流控制器的控制方法，其改进之处在于，包括：

判断直流线路的电流是否超过预设短路电流限值；

若是，则关断所述潮流调节单元和阻断单元，否则，根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，并利用所述控制信号控制所述潮流调节单元导通或关断，以及导通所述阻断单元；

其中，所述根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，包括：

将直流线路的电压和直流线路的电压参考值输入第一加法器；

将第一加法器的输出量输入第一pi控制器，获得第一pi控制器输出的直流线路的电流参考值；

将直流线路的电流参考值和直流线路的电流输入第二加法器；

将第二加法器的输出量输入第二pi控制器；

将第二pi控制器的输出量输入脉冲宽度调制器，获得脉冲宽度调制器输出的控制信号。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的一种直流线路潮流控制器及控制方法，包括：潮流调节单元、阻断单元、第一控制单元和第二控制单元，所述潮流调节单元与阻断单元串联；所述第一控制单元，用于根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，并利用所述控制信号控制所述潮流调节单元导通或关断；所述第二控制单元，用于根据直流线路的电流导通或关断所述阻断单元；本发明融合集成了直流线路潮流控制和直流故障阻断两个功能，提高了直流输电系统控制灵活性和可靠性，相比于在直流线路中串联直流断路器，减少了直流输电系统的成本。

附图说明

图1是本发明直流线路潮流控制器结构示意图；

图2是本发明实施例中潮流调节模块的结构示意图；

图3是本发明实施例中阻断模块的结构示意图；

图4是本发明实施例中第一控制单元的结构示意图；

图5是本发明直流线路潮流控制器控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种直流线路潮流控制器，如图1所示，所述直流线路潮流控制器包括：潮流调节单元、阻断单元、第一控制单元(未示出)和第二控制单元(未示出)，所述潮流调节单元与阻断单元串联；潮流调节单元与阻断单元串联后串联在两个换流器之间的直流线路中；

所述第一控制单元，用于根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，并利用所述控制信号控制所述潮流调节单元导通或关断；

所述第二控制单元，用于根据直流线路的电流导通或关断所述阻断单元。

为了更加清楚地表明本发明的目的，下面结合具体实施例对本发明的方案做进一步说明。

在本发明的实施例中，上述潮流调节单元由n个潮流调节模块串联组成；上述阻断单元由m个阻断模块串联组成。

其中，按下式确定所述潮流调节模块的数量n：

式中，a为潮流调节幅度，ul为直流线路的电压，uc为潮流调节模块的稳态电压；

按下式所述阻断模块的数量m：

式中，uz为单个阻断模块的稳态电压。

如图2所示，上述潮流调节模块，包括：第一全控型功率器件q1、第二全控型功率器件q2、第一二极管、第二二极管、第三全控型功率器件q3、第四全控型功率器件q4、第三二极管、第四二极管和第一电容c1；图2中，与q1并联的二极管为第一二极管，与q2并联的二极管为第二二极管，与q3并联的二极管为第三二极管，与q4并联的二极管为第四二极管；

所述第一全控型功率器件的发射极与所述第二全控型功率器件的集电极连接；

所述第一二极管的阳极与所述第一全控型功率器件的发射极连接，所述第一二极管的阴极与所述第一全控型功率器件的集电极连接；

所述第二二极管的阳极与所述第二全控型功率器件的发射极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二全控型功率器件的集电极连接；

所述第三全控型功率器件的发射极与所述第四全控型功率器件的集电极连接；

所述第三二极管的阳极与所述第三全控型功率器件的发射极连接，所述第三二极管的阴极与所述第三全控型功率器件的集电极连接；

所述第四二极管的阳极与所述第四全控型功率器件的发射极连接，所述第四二极管的阴极与所述第四全控型功率器件的集电极连接；

所述第一全控型功率器件的集电极和所述第三全控型功率器件的集电极间的连接点与所述第二全控型功率器件的发射极和所述第四全控型功率器件的发射极间的连接点之间接有所述第一电容。

进一步的，所述第一全控型功率器件的发射极与所述第二全控型功率器件的集电极的连接点为所述潮流调节模块的第一串联端口，所述第三全控型功率器件的发射极与所述第四全控型功率器件的集电极的连接点为所述潮流调节模块的第二串联端口；

其中，第n个潮流调节模块的第一串联端口与第n-1个潮流调节模块的第二串联端口连接，第n个潮流调节模块的第二串联端口与第n+1个潮流调节模块的第一串联端口连接，n∈[2,n]；

第1个潮流调节模块的第一串联端口与直流线路连接的第一换流器的直流侧连接，第n个潮流调节模块的第二串联端口与所述阻断单元连接。

如图3所示，上述阻断模块，包括：第五二极管d1、第五全控型功率器件q5、第六二极管d2、第七二极管、第六全控型功率器件q6、和第二电容c2；图3中，与q5并联的二极管为第七二极管，与q6并联的二极管为第八二极管；

所述第五二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的集电极连接；

所述第六二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的发射极连接，所述第六二极管的阴极与所述第五全控型功率器件的集电极连接；

所述第七二极管的阳极与所述第六全控型功率器件的集电极连接；

所述第八二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的发射极连接，所述第八二极管的阴极与所述第六全控型功率器件的集电极连接；

所述第五二极管的阴极和所述第七二极管的阴极的连接点与所述第五全控型功率器件的发射极和所述第六全控型功率器件的发射极的连接点之间接有所述第二电容。

进一步的，所述第五二极管的阳极与所述第五全控型功率器件的集电极的连接点为所述阻断模块的第一串联端口，所述第七二极管的阳极与所述第六全控型功率器件的集电极的连接点为所述阻断模块的第二串联端口；

其中，第m个阻断模块的第一串联端口与第m-1个阻断模块的第二串联端口连接，第m个阻断模块的第二串联端口与第m+1个阻断模块的第一串联端口连接，m∈[2,m]；

第1个阻断模块的第一串联端口与所述潮流调节模块连接，第m个潮流调节模块的第二串联端口与直流线路连接的第二换流器的直流侧连接。

在本发明的实施例中，如图4所示，上述第一控制单元，包括：第一加法器、第一pi控制器、第二加法器、第二pi控制器、脉冲宽度调制器；

其中，所述第一加法器的输入量为直流线路的电压和直流线路的电压参考值；

所述第一pi控制器的输入量为所述第一加法器的输出量；

所述第二加法器的输入量为直流线路的电流和所述第一pi控制器输出的直流线路的电流参考值；

所述第二pi控制器的输入量为所述第二加法器的输出量；

所述脉冲宽度调制器的输入量为所述第二pi控制器的输出量，所述脉冲宽度调制器的输出量为潮流调节单元的控制信号。

在本发明的实施例中，上述第二控制单元，具体用于：

当直流线路的电流小于预设短路电流限值时，导通阻断单元；

当直流线路的电流不小于预设短路电流限值，关断阻断单元。

基于同一发明构思，本发明还提供一种所述直流线路潮流控制器的控制方法，如图5所示，包括：

步骤1.判断直流线路的电流是否超过预设短路电流限值；

步骤2.若是，则关断所述潮流调节单元和阻断单元，否则，根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，并利用所述控制信号控制所述潮流调节单元导通或关断，以及导通所述阻断单元；

其中，所述根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，包括：

将直流线路的电压和直流线路的电压参考值输入第一加法器；

将第一加法器的输出量输入第一pi控制器，获得第一pi控制器输出的直流线路的电流参考值；

将直流线路的电流参考值和直流线路的电流输入第二加法器；

将第二加法器的输出量输入第二pi控制器；

将第二pi控制器的输出量输入脉冲宽度调制器，获得脉冲宽度调制器输出的控制信号。

综上所述，本发明提供的一种直流线路潮流控制器及控制方法，包括：潮流调节单元、阻断单元、第一控制单元和第二控制单元，所述潮流调节单元与阻断单元串联；所述第一控制单元，用于根据直流线路的电压和电流生成所述潮流调节单元的控制信号，并利用所述控制信号控制所述潮流调节单元导通或关断；所述第二控制单元，用于根据直流线路的电流导通或关断所述阻断单元；本发明融合集成了直流线路潮流控制和直流故障阻断两个功能，提高了直流输电系统控制灵活性和可靠性，相比于在直流线路中串联直流断路器，减少了直流输电系统的成本。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。