專利名稱：基于線路3次諧波的分布式潮流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柔性交流輸電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于線路3次諧波的分布式潮流控制器。
背景技術(shù)：
隨著分布式發(fā)電(DG，distributed generation)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的中小型 DG被接入電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)側(cè)，大量DG的接入使傳統(tǒng)的固定由輸電網(wǎng)向配電網(wǎng)傳送的潮流發(fā)生逆向，基于可再生能源DG由于氣候的變化性，使整個輸電系統(tǒng)需要功率控制用于補(bǔ)償DG的間歇性；用戶負(fù)荷的不斷增長需要潮流控制手段提高現(xiàn)有線路的功率輸送能力，以減緩或降低高成本新建線路的需要；聯(lián)絡(luò)線間的功率阻塞、造成巨大線路損耗循環(huán)功率的存在及聯(lián)絡(luò)線間的雙向潮流需要合適的潮流控制；正在蓬勃發(fā)展的智能電網(wǎng)和電力市場間復(fù)雜的功率交換需要頻繁的潮流控制。因此，在輸電線路中增加適當(dāng)?shù)某绷骺刂圃O(shè)備和方法是未來電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。統(tǒng)一潮流控制器(Unified power flow controller, UPFC)是目前功能最為強(qiáng)大的潮流控制裝置，它通過對電力系統(tǒng)的線路阻抗、電壓相角和電壓幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，可同時或獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)母線電壓、線路有功功率潮流、無功功率潮流和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制。然而功能如此強(qiáng)大的UPFC并沒有被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，主要原因如下1、UPFC由背靠背的兩個完全相同的變流器(VSC，voltage source converter)通過直流電容耦合而成，任何一點(diǎn)的故障都將通過直流電容傳遞到整個輸電線路，引起整個輸電線路的癱瘓；2、UPFC往往采用大功率的三相變流器，加之相與相之間的高電壓絕緣使其投資成本高。因此，我們迫切需要一種新的潮流控制器，不僅具有可同時或獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)母線電壓、線路有功功率潮流、無功功率潮流和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制的功能，而且成本低、性能可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、性能可靠的基于線路3次諧波的分布式潮流控制器。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案是一種基于線路3次諧波的分布式潮流控制器，包括輸電線路，在輸電線路的兩端分別設(shè)有第一 Υ-Δ型變壓器和第二 Y-Δ型變壓器，輸電線路上設(shè)有潮流控制器單元，該分布式潮流控制器還包括3次諧波電源，3次諧波電源與第一 Υ-Δ型變壓器的Y型繞組的中性點(diǎn)連接，第二 Y-Δ變壓器的Y型繞組的中性點(diǎn)接地；所述的潮流控制器單元包括變流器，變流器直流側(cè)的正極與電容一端連接，變流器直流側(cè)的負(fù)極與電容另一端連接，變流器通過單匝耦合變壓器串聯(lián)接入到輸電線路中，所述的變流器與控制器的輸出端連接，控制器的輸入端分別與輸電線路上的電流互感器和電壓互感器連接。按上述方案，所述的潮流控制器單元有多個，串聯(lián)接入輸電線路中。CN 102545222 A
按上述方案，所述的變流器由開關(guān)管與二極管組成，所述的開關(guān)管有四個，組成單相全橋電路；每個開關(guān)管上反并聯(lián)一個二極管，起續(xù)流的作用。利用基于線路3次諧波的分布式潮流控制器控制輸電線路潮流的方法第一步在兩端由Υ-Δ型變壓器連接的輸電線路中，將一端變壓器Y型繞組的中性點(diǎn)與3次諧波電源(能產(chǎn)生頻率為150Hz交流電的交流電源)連接，另一端變壓器Y型繞組的中性點(diǎn)接地，形成3次諧波電流(頻率為150Hz的交流電流)通路。第二步變流器和直流電容串聯(lián)后通過單匝耦合變壓器串聯(lián)接入到輸電線路中。第三步控制器啟動，測量得到的直流電容電壓值與給定參考直流電壓值比較得到的誤差經(jīng)過控制器產(chǎn)生3次諧波電壓參考信號控制變流器(3次諧波電壓參考信號送入 PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號，控制變流器)，將3次諧波電流整流給直流電容充電。第四步直流電容的直流電壓達(dá)到給定值并穩(wěn)定后，通過與輸電線路連接的外部電流互感器和電壓互感器，將采集到的電流與電壓信號送入功率計算模塊(功率計算模塊測量得到基波電壓的有效值U、基波電流的有效值I以及電壓與電流的相角差0，利用公式 Ρ =「*/*α)紳、0 =計算出線路基波的有功功率P和無功功率Q)計算出線路實(shí)誤差和實(shí)時無功功率與參考無功功率比較得到的誤差經(jīng)過控制器得到的信號產(chǎn)生基波電壓參考信號。時的有功功率與無功功率。實(shí)時有功功率與給定參考有功功率比較得到的第五步將第三步產(chǎn)生的3次諧波電壓參考信號與第四步產(chǎn)生的基波電壓參考信號疊加得到的信號送入PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號，控制變流器，使變流器逆變出包含基波分量的電壓，作用在輸電線路上，從而實(shí)現(xiàn)對輸電線路潮流的實(shí)時控制。利用輸電線路中的3次諧波電流，對串聯(lián)在線路中的變流器提供有功功率，維持直流電容電壓恒定并逆變出基波電壓，實(shí)時控制輸電線路的潮流。本發(fā)明的有益效果在于1、改變以往UPFC由背靠背的兩個完全相同的變流器通過直流電容耦合而成的連接形式，將兩個變流器分別接直流電容，使兩個變流器彼此獨(dú)立， 提高了可靠性。2、在輸電線路上串聯(lián)多個潮流控制器單元(采用分布式的連接方式)，使每個變流器的容量變小，采用單個電容器或者數(shù)個電容器并聯(lián)作為儲能元件，而UPFC的變流器容量很大，需要數(shù)百個電容器并聯(lián)作為儲能元件。因而每個潮流控制器單元補(bǔ)償度很小， 電容直流電壓一般為500V左右，相比于UPFC的40KV，可以大大降低設(shè)備的絕緣成本，便于推廣應(yīng)用。


圖1為基于線路3次諧波的分布式潮流控制器結(jié)構(gòu)示意2為圖1中變流器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中控制器控制框圖。圖4為基于線路3次諧波的分布式潮流控制器接入輸電線路的一個實(shí)例。圖中1-變流器，2-單匝變壓器，3-電流互感器，4-電壓互感器，5-輸電導(dǎo)線， 6-直流電容器，7-開關(guān)管，8- 二極管，9-潮流控制器單元，10-第一 Y- Δ型變壓器，11-3次諧波電源，12-第二 Υ-Δ型變壓器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。參見圖1、圖2、圖3和圖4，一種基于線路3次諧波的分布式潮流控制器，包括設(shè)有潮流控制器單元9的輸電線路5，在輸電線路5的兩端分別設(shè)有第一 Y- Δ型變壓器10和第二 Υ-Δ型變壓器12，第一 Υ-Δ型變壓器10的Y型繞組的中性點(diǎn)與3次諧波電源11連接， 第二 Υ-Δ變壓器12的Y型繞組的中性點(diǎn)接地；所述的潮流控制器單元9包括變流器1，變流器1直流側(cè)的正極與直流電容6 —端連接，變流器1直流側(cè)的負(fù)極與直流電容6另一端連接，變流器1通過單匝耦合變壓器2串聯(lián)接入到輸電線路5中，所述的變流器1與控制器的輸出端連接，控制器的輸入端分別與輸電線路5上的電流互感器3和電壓互感器4連接。上述方案中，所述的潮流控制器單元9可以有多個，串聯(lián)接入輸電線路5中。按上述方案，所述的變流器1由開關(guān)管7與二極管8組成，所述的開關(guān)管7有四個， 組成單相全橋電路；每個開關(guān)管7上反并聯(lián)一個二極管8，起續(xù)流的作用。參見圖4，由于3次諧波能被變壓器的“ Δ ”側(cè)自然阻截，因此3次諧波將不流入本分布式潮流控制器所在線路之外的系統(tǒng)。潮流控制器單元9串聯(lián)接入在輸電線路中，投入運(yùn)行后，電流互感器3采集到的線路電流I經(jīng)過3次諧波濾波器和單相PLL鎖相環(huán)，取得3次諧波電流相角信號θ 3以此建立三次諧波電壓的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。測量得到的直流電容器6的直流電壓Vse, dc與參考直流電壓值l,d。,ref比較得到的誤差經(jīng)過PI控制器得到的信號refv_,3,d作為3次諧波電壓的d軸分量。由于只需要3次諧波注入有功功率，3次諧波電壓的q軸分量ref；,^,,設(shè)為0 ；將得到3次諧波電流相角信號θ 3,3次諧波電壓的d軸分量、3次諧波電壓的q軸分量經(jīng)過單相 dq變換計算后得到3次諧波電壓參考信號refv,se,3，此信號送入PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號， 控制變流器1觸發(fā)開關(guān)管7動作，使變流器1工作于3次諧波整流的狀態(tài)下，線路中的3次諧波電流經(jīng)過變流器整流后對直流電容器6充電。當(dāng)直流電容電壓穩(wěn)定在設(shè)定值后，電流互感器3和電壓互感器4將采集到的電流信號I與電壓信號V送入功率計算模塊(功率計算模塊測量得到基波電壓的有效值U、基波電流的有效值I以及電壓與電流的相角差識，利用公式Ρ =紳、0 =「*/*如識計算出線路基波的有功功率P和無功功率Q)計算出線路實(shí)時的有功功率P與無功功率Q，電壓 V經(jīng)過基波濾波器和單相PLL鎖相環(huán)，取得基波電壓相角信號θ工以此建立基波電壓的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。無功功率Q與參考無功功率Arf比較得到的誤差經(jīng)過PI控制器得到的信號refv, Sea, d作為基波電壓的d軸分量。有功功率P與參考有功功率Pm比較得到的誤差經(jīng)過PI 控制器得到的信號refv_,“作為基波電壓的q軸分量。將得到基波電壓的相角信號θ ” 基波電壓的d軸分量、基波電壓的q軸分量經(jīng)過單相dq變換計算后得到基波電壓參考信號 refv,Sd，得到的基波電壓參考信號與3次諧波電壓參考信號疊加得到電壓參考信號refv_ 送入PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號，控制變流器1觸發(fā)開關(guān)管7動作。此時變流器1工作于3 次諧波整流、基波逆變的狀態(tài)下，線路中的3次諧波電流經(jīng)過變流器整流后對直流電容器6 充電維持直流電壓穩(wěn)定，直流電容器6作為儲能元件，通過變流器1向外逆變出包含基波分量的電壓，從而實(shí)現(xiàn)對線路潮流的實(shí)時控制。利用基于線路3次諧波的分布式潮流控制器控制輸電線路潮流的方法第一步在兩端由Υ-Δ型變壓器連接的輸電線路中，將一端變壓器Y型繞組的中性點(diǎn)與3次諧波電源(能產(chǎn)生頻率為150Hz交流電的交流電源)連接，另一端變壓器Y型繞組的中性點(diǎn)接地，形成3次諧波電流(頻率為150Hz的交流電流)通路。第二步變流器和直流電容串聯(lián)后通過單匝耦合變壓器串聯(lián)接入到輸電線路中。第三步控制器啟動，測量得到的直流電容電壓值與給定參考直流電壓值比較得到的誤差經(jīng)過控制器產(chǎn)生3次諧波電壓參考信號控制變流器(3次諧波電壓參考信號送入 PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號，控制變流器)，將3次諧波電流整流給直流電容充電。第四步直流電容的直流電壓達(dá)到給定值并穩(wěn)定后，通過與輸電線路連接的外部電流互感器和電壓互感器，將采集到的電流與電壓信號送入功率計算模塊(功率計算模塊測量得到基波電壓的有效值U、基波電流的有效值I以及電壓與電流的相角差0，利用公式 Ρ =「*/*α)紳、0 =計算出線路基波的有功功率P和無功功率Q)計算出線路實(shí)時的有功功率與無功功率。實(shí)時有功功率與給定參考有功功率比較得到的誤差和實(shí)時無功功率與參考無功功率比較得到的誤差經(jīng)過控制器得到的信號產(chǎn)生基波電壓參考信號。第五步將第三步產(chǎn)生的3次諧波電壓參考信號與第四步產(chǎn)生的基波電壓參考信號疊加得到的信號送入PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號，控制變流器，使變流器逆變出包含基波分量的電壓，作用在輸電線路上，從而實(shí)現(xiàn)對輸電線路潮流的實(shí)時控制。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對輸電線路有功功率和無功功率獨(dú)立控制，由于采用分布式控制，在不改變現(xiàn)有輸電線路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上能對輸電線路進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)線路潮流的實(shí)時控制。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改，等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于線路3次諧波的分布式潮流控制器，包括輸電線路，在輸電線路的兩端分別設(shè)有第一 Y-△型變壓器和第二 Y-△型變壓器，輸電線路上設(shè)有潮流控制器單元，其特征在于該分布式潮流控制器還包括3次諧波電源，3次諧波電源與第一 γ-Δ型變壓器的Y 型繞組的中性點(diǎn)連接，第二 Υ-Δ變壓器的Y型繞組的中性點(diǎn)接地；所述的潮流控制器單元包括變流器，變流器直流側(cè)的正極與電容一端連接，變流器直流側(cè)的負(fù)極與電容另一端連接，變流器通過單匝耦合變壓器串聯(lián)接入到輸電線路中，所述的變流器與控制器的輸出端連接，控制器的輸入端分別與輸電線路上的電流互感器和電壓互感器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于線路3次諧波的分布式潮流控制器，其特征在于所述的潮流控制器單元有多個，串聯(lián)接入輸電線路中。
3.如權(quán)利要求1所述的基于線路3次諧波的分布式潮流控制器，其特征在于所述的變流器由開關(guān)管與二極管組成，所述的開關(guān)管有四個，組成單相全橋電路；每個開關(guān)管上反并聯(lián)一個二極管，起續(xù)流的作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于線路3次諧波的分布式潮流控制器，它包括輸電線路，在輸電線路的兩端分別設(shè)有第一Y-Δ型變壓器和第二Y-Δ型變壓器，輸電線路上設(shè)有潮流控制器單元，該分布式潮流控制器還包括3次諧波電源，3次諧波電源與第一Y-Δ型變壓器的Y型繞組的中性點(diǎn)連接，第二Y-Δ變壓器的Y型繞組的中性點(diǎn)接地；所述的潮流控制器單元包括變流器，變流器直流側(cè)的正極與電容一端連接，變流器直流側(cè)的負(fù)極與電容另一端連接，變流器通過單匝耦合變壓器串聯(lián)接入到輸電線路中，所述的變流器與控制器的輸出端連接，控制器的輸入端分別與輸電線路上的電流互感器和電壓互感器連接。本發(fā)明能提高輸電線路的可靠性。
文檔編號H02J3/01GK102545222SQ20111043202
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者盧俊, 唐愛紅, 許湘蓮, 陳躍鵬, 黃萍 申請人:武漢理工大學(xué)