改進(jìn)型sen變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法，由SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)構(gòu)成，SEN變壓器串聯(lián)入輸電線路；統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變化器VSC1并聯(lián)在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效首端，統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變化器VSC2并聯(lián)在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效末端。SEN變壓器通過控制普通的有載調(diào)壓開關(guān)實現(xiàn)360°離散可調(diào)串聯(lián)電壓；統(tǒng)一潮流控制器通過電力電子開關(guān)實現(xiàn)360°連續(xù)可調(diào)的串聯(lián)電壓。本發(fā)明具有電壓連續(xù)可調(diào)、補(bǔ)償精確度高、且能避免投切振蕩問題等優(yōu)點，可用于調(diào)控輸電線路潮流分布。
【專利說明】改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性交流輸電系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程加劇，電力工業(yè)面臨來自各行各業(yè)越來越多的挑戰(zhàn)。工業(yè)用電需求不斷上升，環(huán)境能源方面壓力不斷加大，正促使電力系統(tǒng)向更堅強(qiáng)、更高效、更清潔的方向發(fā)展。而近年發(fā)生的一些大的停電事故表明，電力系統(tǒng)輸電效率和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是尤其需要重點解決的問題。目前，世界上電能的生產(chǎn)、輸電和分仍以集中式發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)為主。由于一次能源的分布不平衡，導(dǎo)致了我國電網(wǎng)不得不向大容量、遠(yuǎn)距離輸電的方面發(fā)展。當(dāng)前，我國電網(wǎng)正逐漸向大機(jī)組、超高壓、遠(yuǎn)距離輸送和跨區(qū)域互聯(lián)的方向深入發(fā)展，在這種大規(guī)模的電網(wǎng)運(yùn)行下保證整個系統(tǒng)的靈活可控、安全穩(wěn)定是現(xiàn)在關(guān)注和研究的熱點與難點。其中最為關(guān)鍵的幾個問題就是系統(tǒng)潮流控制、改善系統(tǒng)穩(wěn)定性和提高線路傳輸容量。
[0003]電力網(wǎng)絡(luò)中對輸電方面的控制相較于配電網(wǎng)和發(fā)電端要復(fù)雜一些，線路中的潮流分布會隨著自然負(fù)荷的變化而實時產(chǎn)生變化，不僅會造成較大的電能損失、降低輸電效率，同時還會影響電能質(zhì)量。而區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)使電網(wǎng)規(guī)模越來越大，會造成潮流的分布不均衡。假設(shè)從甲地到乙地有兩條輸電線路，在潮流傳輸不均衡極其嚴(yán)重時，就可能會造成一條輸電線接近或超過其輸電約束邊緣，而另一條輸電線路卻只達(dá)到了它能傳輸容量的幾分之一，這不僅會造成設(shè)備的利用不合理(有的過負(fù)荷、有的卻輕載)，更可能影響整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在互聯(lián)的電力系統(tǒng)區(qū)域間的功率交換過程中，也需要對潮流的控制作用來改善功率交換能力。故對整個系統(tǒng)的潮流控制，使傳輸、分配更加合理是至關(guān)重要的。
[0004]由于區(qū)域電網(wǎng)的相互聯(lián)接，系統(tǒng)網(wǎng)架越來越復(fù)雜，就會造成在大系統(tǒng)中系統(tǒng)的阻尼特性變得越來越低，電磁環(huán)網(wǎng)和過負(fù)載情況嚴(yán)重，更有可能誘發(fā)系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩。為此，需要有效的控制手段來調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，抑制功率振蕩。同時在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為減小由于系統(tǒng)無功不足而造成的電壓崩潰問題，也需要尋求一定的控制方法和有效的控制手段來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的節(jié)點電壓和無功分布。從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0005]電能的產(chǎn)生和利用是通過電網(wǎng)來連接起來的，故而發(fā)電和用電的水平與效率和電網(wǎng)的輸電能力密切相關(guān)。當(dāng)前電力系統(tǒng)大多運(yùn)行在重載情況下，電力網(wǎng)絡(luò)的損耗很大，系統(tǒng)的可用輸電能力比較有限。同時，由于受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，交流遠(yuǎn)距離輸電的傳輸功率遠(yuǎn)低于輸電線路發(fā)熱所能允許的極限值，線路的輸電容量并沒有得到充分的利用。以往，為了增加兩個區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量通常采用假設(shè)新輸電線路的方法，但由于環(huán)境保護(hù)、輸電成本、輸電走廊等一系列因素的限制，新建電源和輸電線路的方法越來越難以成行。為此，需要尋求在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的情況下，通過一些裝置的調(diào)控作用來提高輸電線路的傳輸容量。
[0006]采用大功率電力電子技術(shù)的靈活交流輸電系統(tǒng)(Flexible AC TransmissionSystem, FACTS)是目前和未來解決這些問題的一條重要途徑。SEN變壓器是一種用于調(diào)控輸電線路傳輸容量的常用靈活交流輸電系統(tǒng)，但SEN變壓器的輸出電壓是一系列離散點，補(bǔ)償精確度受限于二次側(cè)抽頭數(shù)目，在抽頭投切過程中可能因?qū)げ坏阶顑?yōu)位置點而發(fā)生投切振蕩問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有SEN變壓器存在的不足，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)電壓連續(xù)可調(diào)、提高補(bǔ)償精確度、且能避免投切振蕩問題、用于調(diào)控輸電線路潮流分布的改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0009]改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)構(gòu)成，SEN變壓器串聯(lián)入輸電線路；統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變化器VSCl并聯(lián)在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效首端，統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變化器VSC2并聯(lián)在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效末端。SEN變壓器通過控制普通的有載調(diào)壓開關(guān)實現(xiàn)360°離散可調(diào)串聯(lián)電壓；統(tǒng)一潮流控制器通過電力電子開關(guān)實現(xiàn)360°連續(xù)可調(diào)的串聯(lián)電壓。
[0010]上述改進(jìn)型SEN變壓器的控制方法，包括步驟:
[0011]步驟1，對輸電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，確定輸電線路實時功率；
[0012]步驟2，根據(jù)實時功率和目標(biāo)功率，獲得需補(bǔ)償功率；
[0013]步驟3，根據(jù)需補(bǔ)償功率進(jìn)行功率容量分配，分別獲得SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器的補(bǔ)償功率；
[0014]步驟4，計算根據(jù)SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器的補(bǔ)償功率補(bǔ)償后輸電線路是否符合目標(biāo)功率，若符合，執(zhí)行步驟5 ;否則，SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器分別根據(jù)各自的控制策略重新進(jìn)行功率容量分配，直到輸電線路符合目標(biāo)功率，然后，執(zhí)行步驟5 ；
[0015]步驟5，根據(jù)SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器的當(dāng)前補(bǔ)償功率，分別將SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器分別置為各自的補(bǔ)償位置，進(jìn)行輸電線路功率補(bǔ)償。
[0016]上述SEN變壓器的控制策略為滑模變結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制。
[0017]上述統(tǒng)一潮流控制器的控制策略為PI結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制。
[0018]步驟3中所述的根據(jù)需補(bǔ)償功率進(jìn)行功率容量分配，具體為:
[0019]統(tǒng)一潮流控制器最大輸出電壓幅值其中，vSi為SEN變壓器的最大輸出電壓，M為SEN變壓器的抽頭數(shù)量。
[0020]SEN變壓器控制簡單、成本低、容量大、可靠性高，但是其二次側(cè)抽頭數(shù)目有限，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流時，其離散調(diào)節(jié)的特征可能導(dǎo)致控制點無法精確達(dá)到系統(tǒng)控制任務(wù)的需求，而且響應(yīng)速度慢。在運(yùn)行過程中，SEN變壓器只能改善系統(tǒng)的無功分布卻不能向系統(tǒng)提供無功功率，若是在系統(tǒng)無功不足的情況下，則更加有可能給系統(tǒng)帶來極大的負(fù)擔(dān)。統(tǒng)一潮流控制器雖然功能強(qiáng)大，但是其設(shè)備成本、運(yùn)行費(fèi)用都非常高，而且控制系統(tǒng)極其復(fù)雜，功率又比較有限，這些問題都極大的束縛了它在實際系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用。統(tǒng)一潮流控制器可以補(bǔ)償一定的系統(tǒng)無功，但是受限于其容量，它所能補(bǔ)償?shù)臒o功功率是比較有限的。如果用大容量的SEN變壓器輔以小容量的統(tǒng)一潮流控制器，那么在調(diào)節(jié)系統(tǒng)潮流的時候，不僅可以充分發(fā)揮SEN變壓器的大容量、穩(wěn)定性高的功能，也可以用統(tǒng)一潮流控制器實現(xiàn)快速靈活、連續(xù)平滑的調(diào)節(jié)，而且其設(shè)備成本相對來說，又是比較經(jīng)濟(jì)實惠的。
[0021]為充分利用SEN變壓器的經(jīng)濟(jì)性和潮流調(diào)控能力，并解決SEN變壓器補(bǔ)償不精確問題，本發(fā)明提供了改進(jìn)型SEN變壓器(簡稱為:IST)，1ST由SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)組成，且1ST以串聯(lián)形式接入輸電線路中。SEN變壓器通過控有載調(diào)壓開關(guān)，實現(xiàn)360°離散可調(diào)的串聯(lián)電壓；統(tǒng)一潮流控制器利用電力電子開關(guān)實現(xiàn)360°連續(xù)可調(diào)的串聯(lián)電壓；SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器共同工作起到控制系統(tǒng)潮流的作用。
[0022]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0023]1、通過在SEN變壓器ST側(cè)串連統(tǒng)一潮流控制器UPFC來調(diào)節(jié)輸電線路潮流分布，避免了輸出的電壓是一系列離散點，使輸電線路電壓連續(xù)可調(diào)。[0024]2、提高輸電線路補(bǔ)償精確度，實現(xiàn)了精確補(bǔ)償。
[0025]3、解決了抽頭投切過程中因可能尋不到最優(yōu)位置點而發(fā)生的投切振蕩問題，使得統(tǒng)一潮流控制器穩(wěn)定不至于過度切換。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為本發(fā)明改進(jìn)型SEN變壓器調(diào)節(jié)的電壓向量圖；
[0028]圖3為本發(fā)明改進(jìn)型SEN變壓器等效的橋臂單元分解結(jié)構(gòu)；
[0029]圖4為本發(fā)明改進(jìn)型SEN變壓器的電流和電壓控制框圖；
[0030]圖5為本發(fā)明改進(jìn)型SEN變壓器控制策略流程圖；
[0031]圖6為仿真模型示意圖；
[0032]圖7為輸電線路傳輸潮流圖；
[0033]圖8為輸電線路首端輸出功率圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0035]見圖1，本發(fā)明改進(jìn)型SEN變壓器由大容量的ST和小容量的UPFC串聯(lián)構(gòu)成，UPFC的并聯(lián)變化器VSCl并聯(lián)接在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效首端電圧P處。配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的首
端和末端電源電壓為^、A，首端和末端電源的內(nèi)阻抗為W ;改進(jìn)型SEN變壓器補(bǔ)償后
的等效首端電壓為6'、等效末端電壓為之；輸電線路阻抗等效為\，忽略線路電阻。
[0036]ST和UPFC配合起來調(diào)節(jié)配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)潮流，UPFC的并聯(lián)變換器VSCl配合起來補(bǔ)償系統(tǒng)無功，ST串接一幅值和相位均離散可調(diào)的電壓，即ST的輸出電壓；UPFC通過
串聯(lián)部分串接一幅值和相位均連續(xù)可調(diào)的電壓，即UPFC的輸出電壓。當(dāng)需要改善系統(tǒng)
潮流時，由L和配合實現(xiàn):&提供離散的、較大的電壓，提供精確的、余下的較小
電壓，兩者配合實現(xiàn)連續(xù)的、大容量的潮流控制。UPFC并聯(lián)變換器VSCl可提供連續(xù)的、可調(diào)的，從感性區(qū)域到容性區(qū)域的無功功率。[0037]在調(diào)控線路潮流時，假設(shè)配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)首端和末端電壓匕、匕保持不變。由圖1可知，ST和UPFC補(bǔ)償后的等效首端電圧K =Fs + Fsr + FupJ V、匕改變匕也隨之改
變，即+Δ?.^，Afii分別表不ft、匕#的變化量。由于輸電
線路參數(shù)通常是不變的，即\保持不變，那么根據(jù):
【權(quán)利要求】
1.改進(jìn)型SEN變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于: 由SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器串聯(lián)構(gòu)成，SEN變壓器串聯(lián)入輸電線路；統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變化器VSCl并聯(lián)在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效首端，統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變化器VSC2并聯(lián)在配電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的等效末端。
2.改進(jìn)型SEN變壓器的控制方法，其特征在于，包括步驟: 步驟1，對輸電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行潮流分析，確定輸電線路實時功率； 步驟2，根據(jù)實時功率和目標(biāo)功率，獲得需補(bǔ)償功率； 步驟3，根據(jù)需補(bǔ)償功率進(jìn)行功率容量分配，分別獲得SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器的補(bǔ)償功率； 步驟4，計算根據(jù)SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器的補(bǔ)償功率補(bǔ)償后輸電線路是否符合目標(biāo)功率，若符合，執(zhí)行步驟5 ;否則，SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器分別根據(jù)各自的控制策略重新進(jìn)行功率容量分配，直到輸電線路符合目標(biāo)功率，然后，執(zhí)行步驟5 ; 步驟5，根據(jù)SEN變壓器 和統(tǒng)一潮流控制器的當(dāng)前補(bǔ)償功率，分別將SEN變壓器和統(tǒng)一潮流控制器分別置為各自的補(bǔ)償位置，進(jìn)行輸電線路功率補(bǔ)償。
3.如權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型SEN變壓器的控制方法，其特征在于: 所述的SEN變壓器的控制策略為滑模變結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制。
4.如權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型SEN變壓器的控制方法，其特征在于: 所述的統(tǒng)一潮流控制器的控制策略為PI結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制。
5.如權(quán)利要求2所述的改進(jìn)型SEN變壓器的控制方法，其特征在于: 步驟3中所述的根據(jù)需補(bǔ)償功率進(jìn)行功率容量分配，具體為: 統(tǒng)一潮流控制器最大輸出電壓幅值
【文檔編號】H02J3/12GK103701131SQ201310754788
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】袁佳歆, 陳立, 費(fèi)雯麗, 曾雯珺, 周攀, 趙震, 陳柏超, 田翠華 申請人:武漢大學(xué)