一种混合补偿型线路间功率转移装置的制作方法

本实用新型属于电力系统中柔性交流输电技术领域，具体涉及一种线路间功率转移的补偿器。

背景技术：

电力系统迅速发展，随着负荷不断增长、网架结构日益复杂、新能源大规模接入，潮流分布不均、电压支撑能力不足、机电振荡等问题往往相互交织，给电网运行控制带来新的挑战。由于输电走廊的饱和以及电网公司的商业化操作，依靠建设新的输电线路来增加输电容量将会越来越困难。用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流控制。

线间潮流控制器，又称ipfc(interlinepowerflowcontroller)是一种柔性交流输电装置，它可以控制多条传输线的功率，平衡多条线路之间的有功和无功潮流，通过有功功率的平衡疏通减少过负荷线路的负担，提高多条线路的整体输电能力，增加系统在动态扰动下的整体补偿效果，ipfc为变电站多线路的潮流管理提供了高效的控制模式。

采用电压源换流器的具有串联补偿与移相控制等功能的补偿器，可以优化调节系统潮流，但是容量和价格优势较弱。传统的电抗器可以作为线路串联补偿、限制故障电流，但是不能满足精准快速调节的要求。将传统的电抗器与采用电压源换流器的补偿器结合，构成混合型补偿器，可以充分发挥两者的优势。此外，应用于目前多回线路输电通道的线路间功率转移装置方案均需要与线路数量相同的电压源换流器，占地和成本较高，且控制功能实现复杂。为了节省工程应用的投资及占地，降低控制系统的复杂度、增加系统可靠性，需要一种更加简单和实用的结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的，在于提供一种混合补偿型的线路间功率转移装置，在满足对电网线路功率转移调节的需求的同时，可以节约装置的整体成本和占地，适合于工程应用。

为了达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种混合补偿型线路间功率转移装置，包括两组串联补偿装置，第一组串联补偿装置包含一个电压源换流器、至少一个串联变压器和至少一个旁路开关；第二组串联补偿装置包含至少一个电压源换流器、至少一个串联变压器、至少一个旁路开关和至少一个固定补偿单元；第一组串联补偿装置接入第一个输电线路通道，第二组串联补偿装置接入第二个输电线路通道。第一组串联补偿装置的串联变压器的第一侧绕组的两端串联接入第一个输电线路通道，第一侧绕组与至少一个旁路开关并联连接；第二侧绕组的三相出线与第一组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。第二组串联补偿装置的串联变压器的第一侧绕组的两端串联接入第二个输电线路通道，第一侧绕组与至少一个旁路开关并联连接；第二侧绕组的三相出线与所述固定补偿单元的第一侧分相连接，固定补偿单元的第二侧与第二组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。两组串联补偿装置的电压源换流器的直流侧互相连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，至少一组串联补偿装置的电压源换流器为模块化多电平换流器，包括有三个相单元，每个相单元包括两个分支单元，每个分支单元由n1个半桥子模块单元和n2个全桥子模块单元串联构成,n1和n2均为大于等于0的整数，且n1不小于n2。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述固定补偿单元包含至少一个电抗器和至少一个机械开关，每一个电抗器与一个机械开关并联连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，上述混合补偿型线路间功率转移装置还包括一个直流储能单元，所述直流储能单元与所述两组串联补偿装置的电压源换流器的直流侧连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述储能单元包括电容、储能电池、变流器、ups不间断电源中至少一种。

作为本实用新型的进一步优选方案，上述混合补偿型线路间功率转移装置还包含直流电压变换器，所述直流电压变换器的第一侧与所述两组串联补偿装置的电压源换流器的直流侧连接，所述直流电压变换器的第二侧与所述直流储能单元连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，上述混合补偿型线路间功率转移装置还包括一组并联补偿装置，所述并联补偿装置包括一台电压源换流器和一台并联变压器。

所述并联补偿装置的电压源换流器的直流侧与所述两组串联补偿装置的电压源换流器的直流侧连接；所述并联补偿装置的并联变压器的第一侧与所述并联补偿装置的电压源换流器的交流侧连接，所述并联变压器的第二侧与任意交流母线连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述旁路开关包括机械开关或电力电子器件构成的开关。

作为本实用新型的进一步优选方案，上述混合补偿型线路间功率转移装置应用于两组多回线路输电通道时，包括两组串联补偿装置。第一组串联补偿装置的串联变压器的数量与第一组多回线路的数量相等，第一组串联补偿装置的旁路开关的数量不少于第一组多回线路的数量，第一组串联补偿装置包含一个电压源换流器；每台串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入第一组输电通道的各条线路，每台串联变压器的第一侧绕组均与至少一个旁路开关并联连接；所有串联变压器第二侧绕组的三相出线分相并联连接，再与第一组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。第二组串联补偿装置的串联变压器的数量与第二组多回线路的数量相等，第二组串联补偿装置的旁路开关的数量不少于第二组多回线路的数量；第二组固定补偿单元的数量与第二组多回线路的数量相等；第二组串联补偿装置包含一个电压源换流器；每台串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入第二组输电通道的各条线路，每台串联变压器的第一侧绕组均与至少一个旁路开关并联连接；每个串联变压器第二侧绕组的三相出线与一个固定补偿单元的第一侧分相连接，所有固定补偿单元的第二侧分相并联连接，再与第二组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，上述混合补偿型线路间功率转移装置应用于多组输电线路通道时，对于n组输电线路通道，包括n组串联补偿装置，每一组串联补偿装置接入一组线路输电通道。每一组串联补偿装置的串联变压器的数量与对应的输电通道中线路的数量相同；每一组串联补偿装置的旁路开关的数量不少于对应的输电通道中线路的数量；每一组串联补偿装置仅包含一台电压源换流器；最多n-1组串联补偿装置包含固定补偿单元。不包含固定补偿单元的串联补偿装置中，每台串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入本组输电通道的各条线路，每台串联变压器的第一侧绕组均与至少一个旁路开关并联连接；所有串联变压器第二侧绕组的三相出线分相并联连接，再与本组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。包含固定补偿单元的串联补偿装置中，固定补偿单元的数量与对应的输电通道中线路的数量相同；每台串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入本组输电通道的各条线路，每台串联变压器的第一侧绕组均与至少一个旁路开关并联连接；每个串联变压器第二侧绕组的三相出线与一个固定补偿单元的第一侧分相连接，所有固定补偿单元的第二侧分相并联连接，再与本组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。所有串联补偿装置的电压源换流器直流侧并联连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的混合型的线路间功率转移装置，能够减小装置的总容量，降低成本和占地，同时还具备故障限流能力，提高设备可靠性。

附图说明

图1是本申请提出的一种混合补偿型线路间功率转移装置示意图，包含两组串联补偿装置，每一组串联补偿装置均包含一个串联变压器2、一个旁路开关1和一台电压源换流器3，第二组串联补偿装置还包含一个固定补偿单元4；

图2是本申请所述的模块化多电平换流器的结构图；

图3是本申请另一种较优的混合补偿型线路间功率转移装置示意图，相比图1，增加了直流储能单元5；

图4是本申请又一种较优的混合补偿型线路间功率转移装置示意图，相比图1，增加了一台电压源换流器3和一台并联变压器6；

图5是本申请提出的适用于双回线路的混合补偿型线路间功率转移装置示意图，每一组串联补偿装置均包含两个串联变压器2、两个旁路开关1和一台电压源换流器3；第二组串联补偿装置还包含两个固定补偿单元4；两台电压源换流器的直流侧背靠背连接。

图6是本申请提出的另一种适用于双回线路的混合补偿型线路间功率转移装置示意图，相比图5，增加了一台电压源换流器3和一台并联变压器6；

图7是本申请提出的适用于三组双回线路的混合补偿型线路间功率转移装置示意图，每一组串联补偿装置均包含两个串联变压器2、两个旁路开关1和一台电压源换流器3；第二组串联补偿装置还包含两个固定补偿单元4；三台电压源换流器的直流侧背靠背连接。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

本实用新型提出的一种混合补偿型线路间功率转移装置线路间功率转移装置如图1所示，包括两组串联补偿装置，第一组串联补偿装置接入第一个输电线路通道，用于提升第一个输电线路通道的功率，第二组串联补偿装置接入第二个输电线路通道，用于降低第二个输电线路通道的功率；每一组串联补偿装置均包括一个电压源换流器3，至少一个串联变压器2和至少一个旁路开关1，第二组串联补偿装置还包括一个固定补偿单元4。

第一组串联补偿装置的串联变压器的第一侧绕组的两端串联接入第一个输电线路通道，第一侧绕组与一个旁路开关并联连接；第二侧绕组的三相出线与第一组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。第二组串联补偿装置的串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入第二个输电线路通道，第一侧绕组与一个旁路开关并联连接；第二侧绕组的三相出线与所述固定补偿单元的第一侧分相连接，固定补偿单元的第二侧与第二组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。两组串联补偿装置的电压源换流器的直流侧互相连接。前述固定补偿单元包含一个电抗器和一个机械开关，电抗器与机械开关并联连接。

本实施例中，第二组串联补偿装置由电压源换流器和固定补偿单元混合、共同进行串联补偿，从而可以节省该组串联补偿装置的电压源换流器的容量，降低线路间功率转移装置的总体成本和占地。

上述混合补偿型线路间功率转移装置，至少一组串联补偿装置的电压源换流器3为模块化多电平换流器，如图2所示模块化多电平换流器结构，换流器包括有三个相单元，每个相单元包括两个分支单元，每个分支单元由n1个半桥子模块单元和n2个全桥子模块单元串联连接构成,n1和n2均为大于等于0的整数，且n1不小于n2。

在实际工程应用时，可将前述混合补偿型线路间功率转移装置的两组串联补偿装置中容量较大的电压源换流器3的每个分支单元采用全桥子模块单元和半桥子模块单元混合的模块化多电平换流器，全桥子模块单元和半桥子模块单元数量的比例，可以根据两组串联补偿装置中电压源换流器3的容量的比值来确定。采用上述由全桥子模块和半桥子模块混合的换流器后，可以降低线路间功率转移装置的内部直流系统电压，降低容量较小换流器的成本和占地。

进一步，前述的混合补偿型线路间功率转移装置中的两组串联补偿装置中的旁路开关1包括但不限于机械开关、电力电子器件构成的开关；

如图3所示的另一种较优的混合补偿型线路间功率转移装置，在图1实施例的基础上还包括一个直流储能单元5。直流储能单元5与上述两组串联补偿装置的电压源换流器3的直流侧连接。再一种优选的实施例中，在图1实施例的基础上还包括一个直流储能单元5和一个直流电压变换器，直流电压变换器的第一侧与上述两组串联补偿装置的电压源换流器3的直流侧连接，直流电压变换器的第二侧与一个直流储能单元5连接，采用直流电压变换器后可以降低储能单元的电压，从而节省储能单元的成本。前述直流储能单元5包括电容、储能电池、变流器、ups不间断电源中至少一种。

如图4所示的又一种较优的混合补偿型线路间功率转移装置中，在图1实施例的基础上还可以包括一组并联补偿装置。并联补偿装置包含有一台电压源换流器3和一台并联变压器6；并联补偿装置的电压源换流器3的直流侧与前述两组串联补偿装置的电压源换流器3的直流侧连接；并联补偿装置的电压源换流器3的交流侧连接与并联变压器6的第一侧连接；并联变压器3的第二侧与任意交流母线连接。

前述的实施例中第二组串联补偿装置的使用方法包括以下几种：

(1)在第二输电线路通道需要降低的功率超过设定的功率阈值时，分开固定补偿单元中的机械开关；在固定补偿单元中的电抗器因故障需要检修时，闭合固定补偿单元中的机械开关。

(2)在第二输电线路通道的线路电流小于设定的电流阈值时，闭合固定补偿单元中的机械开关，在混合补偿型线路间功率转移装置所接入线路的电流大于设定的电流阈值后，分开固定补偿单元中的机械开关。

(3)在交流系统处于小运行方式下，闭合固定补偿单元中的机械开关；在交流系统处于大运行方式下，分开固定补偿单元中的机械开关。

(4)在检测到第二组串联补偿装置中的电压源换流器产生的电压大于设定的电压阈值且其产生的电压使线路电流降低时，分开固定补偿单元中的机械开关。

本实用新型的混合补偿型线路间功率转移装置还可以应用于两组多回线路输电通道。如图5所示：第一组串联补偿装置的串联变压器2的数量与第一组多回线路的数量相等，第一组串联补偿装置的旁路开关1的数量不少于第一组多回线路的数量，第一组串联补偿装置包含一个电压源换流器3；每台串联变压器2的第一侧绕组的两端分别串联接入第一组输电通道的各条线路，每台串联变压器2的第一侧绕组均与至少一个旁路开关1并联连接；所有串联变压器2第二侧绕组的三相出线分相并联连接，再与第一组串联补偿装置的电压源换流器3的交流侧分相连接。第二组串联补偿装置的串联变压器2的数量与第二组多回线路的数量相等，第二组串联补偿装置的旁路开关的数量1不少于第二组多回线路的数量，第二组串联补偿装置包含一个电压源换流器3；第二组固定补偿单元4的数量与第二组多回线路的数量相等。第一组串联补偿装置中两个串联变压器2的第二侧绕组的三相出线并联连接后，再与电压源换流器3的交流侧分相连接；第二组串联补偿装置中的两个串联变压器2的第二侧绕组与固定补偿单元4的第一侧分相连接，两个固定补偿单元4的第二侧分相连接后，再与电压源换流器3的交流侧分相连接。

如图6所示的另一种适用于两组多回线路输电通道的混合补偿型线路间功率转移装置，在图5实施例的基础上还可以包括一组并联补偿装置，；并联补偿装置的电压源换流器3的直流侧与两组串联补偿装置的电压源换流器3的直流侧连接；并联补偿装置的电压源换流器3的交流侧连接与并联变压器6的第一侧连接；并联变压器3的第二侧与任意交流母线连接。

本实用新型的混合补偿型线路间功率转移装置还可以应用于多组输电线路通道，如图7所示。对于n组输电线路通道，包括n组串联补偿装置，每一组串联补偿装置接入一组线路输电通道。每一组串联补偿装置的串联变压器的数量与对应的输电通道中线路的数量相同；每一组串联补偿装置的旁路开关的数量量不少于对应的输电通道中线路的数量；每一组串联补偿装置仅包含一台电压源换流器；最多n-1组串联补偿装置包含固定补偿单元。不包含固定补偿单元的串联补偿装置中，每台串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入本组输电通道的各条线路，每台串联变压器的第一侧绕组均与至少一个旁路开关并联连接；所有串联变压器第二侧绕组的三相出线分相并联连接，再与本组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。包含固定补偿单元的串联补偿装置中，固定补偿单元的数量与对应的输电通道中线路的数量相同；每台串联变压器的第一侧绕组的两端分别串联接入本组输电通道的各条线路，每台串联变压器的第一侧绕组均与至少一个旁路开关并联连接；每个串联变压器第二侧绕组的三相出线与一个固定补偿单元的第一侧分相连接，所有固定补偿单元的第二侧分相并联连接，再与本组串联补偿装置的电压源换流器的交流侧分相连接。所有串联补偿装置的电压源换流器直流侧并联连接。如图7所示应用于三组双回线路的输电通道的混合补偿型线路间功率转移装置，第二组串联补偿装置中包含固定补偿单元，在第二输电线路通道需要降低线路功率时，分开固定补偿单元中的机械开关；或者需要降低第二输电线路通道的故障电流时，分开固定补偿单元中的机械开关。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本实用新型的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。