基于電壓幅值與相角控制的動態(tài)潮流控制器及其控制方法技術(shù)

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及柔性輸電
，特別是一種。
技術(shù)介紹
隨著大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)、風(fēng)電等間歇性新能源的接入以及各種新設(shè)備的使用，使得電網(wǎng)運行在穩(wěn)定極限邊緣的可能性大為增加。因此，電網(wǎng)運行的靈活性、潮流可控性以及電網(wǎng)穩(wěn)定性顯得日益重要，同時也是智能電網(wǎng)所追求的目標(biāo)。而在一個結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的電網(wǎng)中，能夠同時控制線路的電壓和電流將成為問題的關(guān)鍵。為了控制線路的電壓和電流，常規(guī)的做法是通過離線的最優(yōu)潮流計算和狀態(tài)估計來調(diào)整發(fā)電機的勵磁，變壓器分接頭和無功補償裝置，來滿足電壓和電流的雙重約束。但在 一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)里，這是一個非常具有挑戰(zhàn)性的問題，以至于在實踐中沒有任何控制器可以實時控制一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。有一些新的方法可以同時控制線路的節(jié)點電壓的幅值和相位，通過對節(jié)點電壓相位與幅值的控制實現(xiàn)對有功功率與無功功率的控制。能夠提供這樣功能的裝置有FACTS設(shè)備，比如統(tǒng)一潮流控制器(united power flow control, UPFC)和靜止同步串聯(lián)補償器(static synchronous series compensator, SSSC)。無功補償裝置如 SVC 和 STATC0M 能夠通過無功支持控制節(jié)點電壓幅值。盡管FACTS裝置已經(jīng)進入成形期，但是上述裝置的經(jīng)濟性仍有待檢驗。移相器能夠提供有功潮流控制，但是不能控制電壓，并且這種控制是遲緩的。固態(tài)變壓器，又稱為電力電子變壓器，能夠控制電壓的幅值和相角，但是需要使用大量的大功率電力電子開關(guān)器件，并且研發(fā)仍停留在理論研究階段。針對以上問題，有人提出了低成本的可控網(wǎng)絡(luò)變壓器(controllable network transformer, CNT),其所需電力電子開關(guān)容量只是變壓器容量的一小部分。它能夠控制輸出電壓的幅值和相角，但是對電壓相角的控制范圍比較小并且電壓幅值和相角控制不能實現(xiàn)解耦，另外為了消除該方法所產(chǎn)生的低頻諧波，需要增加較大的成本。但是，目前的FACTS技術(shù)也存在很大的局限性FACTS裝置工程造價高，推廣應(yīng)用困難；FACTS裝置和電力設(shè)備及其他控制器之間存在不良作用；FACTS裝置自身的損耗大；FACTS裝置的復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)以及對通信設(shè)施等相應(yīng)附屬設(shè)備的要求，對電網(wǎng)的運行和控制提出了更為嚴(yán)格的要求；裝置故障所帶來的額外問題；串聯(lián)接入引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題等等使其在電網(wǎng)中的應(yīng)用受到很大的限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對上述問題，本專利技術(shù)的目的是提供基于電壓幅值與相角獨立控制的可控三相變壓器的動態(tài)潮流控制器及其控制方法，該動態(tài)潮流控制器基于全控型電力電子開關(guān)的可控三相變壓器，通過可控三相變壓器輸出電壓相角與幅值的獨立控制實現(xiàn)輸電線路有功功率與無功功率的解耦控制，具有低成本、高可靠性特點。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案如下一種基于電壓幅值與相角控制的動態(tài)潮流控制器，其特征在于該動態(tài)潮流控制器包括可控三相變壓器、第一功率單元、第二功率單元、測量與控制模塊、串聯(lián)繞組單元、輸入電壓互感器、輸出電壓互感器和輸出電流互感器構(gòu)成所述的可控三相變壓器的副邊包含主接頭、正分接頭、負分接頭、，以及每相各自輸出2組變比為N的獨立繞組，其中0〈N〈0. 2 ；每相的串聯(lián)繞組單元由可控三相變壓器的另外兩相、且電壓極性相反的各I組獨立繞組串接而成；所述的第一功率單元由第一開關(guān)功率管、第二開關(guān)功率管、第一濾波電感第一濾波電容和第二濾波電容組成； 所述的第二功率單元由第三開關(guān)功率管、第三開關(guān)功率管、第二濾波電感第三濾波電容和第四濾波電容組成；所述的第一開關(guān)功率管、第二開關(guān)功率管、第三開關(guān)功率管和第四開關(guān)功率管均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成；所述的第一開關(guān)功率管的一端接所述的可控三相變壓器副邊的正分接頭，所述的第二開關(guān)功率管的一端接負分接頭，該第一組開關(guān)功率管的另一端和第二組開關(guān)功率管的另一端相連且該連接點與所述的第一濾波電感的一端相連，該第一濾波電感的另一端分別與所述的串聯(lián)繞組單元的一端、第四開關(guān)功率管的一端、第二濾波電容的一端相連，第二濾波電容的另一端與所述的可控三相變壓器的副邊主接頭相連，所述的串聯(lián)繞組單元的另一端與第三開關(guān)功率管的一端相連，所述的第三開關(guān)功率管另一端和第四開關(guān)功率管另一端相連且該連接點與所述的第二濾波電感的一端相連，該第二濾波電感的另一端連接輸出電源或負載，所述的第一濾波電容接在所述的可控三相變壓器副邊的正分接頭和負分接頭之間，所述的第三濾波電容跨接在第三開關(guān)功率管與第四開關(guān)功率管不相連的兩端之間，所述的第四濾波電容的一端與串聯(lián)繞組單元中2個串接繞組的連接點相連，第四濾波電容的另一端連接輸出電源或負載端，所述的輸入電壓互感器的一側(cè)與可控三相變壓器原邊輸入電壓主電路相連，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊的電壓信號輸入端口相連；所述的輸出電壓互感器，一側(cè)與可控三相變壓器副邊輸出電壓主電路相連，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊的電壓信號輸入端口相連；所述的輸出電流互感器，串接在可控三相變壓器的輸出主電路中，其電流信號輸出端與所述的測量與控制模塊的電流信號輸入端口相連；所述的測量與控制模塊的控制信號輸出端分別與所述的第一開關(guān)功率管第二開關(guān)功率管、第三開關(guān)功率管和第四開關(guān)功率管的控制端相連，該測量與控制模塊與上位機相連。所述的測量與控制模塊是數(shù)字信號處理器、單片機或計算機。利用所述的動態(tài)潮流控制器進行輸出電壓幅值、相角的控制方法，其特點在于該方法包括下列具體步驟I)設(shè)可控三相變壓器正負分接頭變比分別為(1+N)和(1-N)，可控三相變壓器三相輸入電壓分別為Vain=Sin (ω0 )Vbim=Sin (ω0 +120° )(I)Vcin=Sin (coQt-120。)其中，Vain為A相輸入電壓、V bin為B相輸入電壓、Vcin為C相輸入電壓；2)通過脈寬調(diào)制對第一開關(guān)功率管、第二開關(guān)功率管、第三開關(guān)功率管和第四開關(guān)功率管的占空比進行調(diào)節(jié)設(shè)第一開關(guān)功率管和第二開關(guān)功率管的占空比為D1，設(shè)第三開關(guān)功率管和第四開關(guān)功率管的占空比為D2，其中，O彡D1彡1，0彡D2彡I ;當(dāng)D1=I時，S1導(dǎo)通，S2關(guān)斷，當(dāng)D1=O時，S2導(dǎo)通，S1關(guān)斷；當(dāng)D2=I時，S3導(dǎo)通，S4關(guān)斷，當(dāng)D2=O時，S4導(dǎo)通，S3關(guān)斷；3)計算A相輸出電壓，公式如下Vaout=Vain (2)+(NVbin-NVcin)D24)將步驟I)中Vain，V1 Vein代入公式(2)得到Vaoilt = sin(tt)0/ )(3)-τΤ3ΜΛ gos(o.; /)5)輸出電壓幅值為A = J2 +(SND2)2 (4)6)輸出電壓移相角度Θ為θ = tan (---) (5)通過改變占空KD1和D2能夠改變輸出電壓的幅值和相角。通常N〈0. 2，因此，幅值調(diào)節(jié)主要取決于D1，相角調(diào)節(jié)主要取決于D2。當(dāng)N=O. I時，則近似可得，電壓幅值控制范圍為O. 9 ^ A ^ I. I (6)電壓相角控制范圍為0<0< tan 1(^^) = 10.89° ι -0.97)將所述的動態(tài)潮流控制器串接在兩個電網(wǎng)之間，動態(tài)潮流控制器的輸入端接第一電網(wǎng)(11)，該動態(tài)潮流控制器的輸出端經(jīng)輸出線路與第二電網(wǎng)(21)連接，通過該動態(tài)潮流控制器與輸電線路向第二電網(wǎng)(21)輸電；8)設(shè)動態(tài)潮流控制器輸出與電網(wǎng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于電壓幅值與相角控制的動態(tài)潮流控制器及其控制方法，其特征在于，該動態(tài)潮流控制器包括：可控三相變壓器（1）、第一功率單元（2）、第二功率單元（8）、測量與控制模塊（3）、串聯(lián)繞組單元（4）、輸入電壓互感器(5)、輸出電壓互感器(6)和輸出電流互感器(7)構(gòu)成：所述的可控三相變壓器（1）的副邊包含主接頭（12）、正分接頭（13）、負分接頭（11），以及每相各自輸出2組變比為N的獨立繞組，其中0器（1）副邊的正分接頭（13），所述的第二開關(guān)功率管（S2）的一端接負分接頭（11），該第一組開關(guān)功率管（S1）的另一端和第二組開關(guān)功率管（S2）的另一端相連且該連接點與所述的第一濾波電感（Lf1）的一端相連，該第一濾波電感（Lf1）的另一端分別與所述的串聯(lián)繞組單元（4）的一端、第四開關(guān)功率管（S4）的一端、第二濾波電容（Cf2）的一端相連，第二濾波電容（Cf2）的另一端與所述的可控三相變壓器（1）的副邊主接頭（12）相連，所述的串聯(lián)繞組單元（4）的另一端與第三開關(guān)功率管（S3）的一端相連，所述的第三開關(guān)功率管（S3）另一端和第四開關(guān)功率管（S4）另一端相連且該連接點與所述的第二濾波電感（Lf2）的一端相連，該第二濾波電感（Lf2）的另一端連接輸出電源或負載，所述的第一濾波電容（Cf1）接在所述的可控三相變壓器（1）副邊的正分接頭（13）和負分接頭（11）之間，所述的第三濾波電容（Cf3）跨接在第三開關(guān)功率管（S3）與第四開關(guān)功率管（S4）不相連的兩端之間，所述的第四濾波電容（Cf4）的 一端與串聯(lián)繞組單元（4）中2個串接繞組的連接點相連，第四濾波電容（Cf4）的另一端連接輸出電源或負載端，所述的輸入電壓互感器(5)的一側(cè)與可控三相變壓器原邊輸入電壓主電路相連，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊（3）的電壓信號輸入端口相連；所述的輸出電壓互感器(6)，一側(cè)與可控三相變壓器副邊輸出電壓主電路相連，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊（3）的電壓信號輸入端口相連；所述的輸出電流互感器(7)，串接在可控三相變壓器的輸出主電路中，其電流信號輸出端與所述的測量與控制模塊（3）的電流信號輸入端口相連；所述的測量與控制模塊（3）的控制信號輸出端分別與所述的第一開關(guān)功率管（S1）第二開關(guān)功率管（S2）、第三開關(guān)功率管（S3）和第四開關(guān)功率管（S4）的控制端相連，該測量與控制模塊（3）與上位機相連。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李國杰，許聰，江秀臣，盛戈皞，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：