本發(fā)明涉及柔性交流輸電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)以及各種新設(shè)備的使用，在使發(fā)電、輸電更經(jīng)濟(jì)、高效的同時也增加了電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性，電網(wǎng)運(yùn)行在穩(wěn)定極限邊緣的可能性也大為增加。當(dāng)前，我國已經(jīng)到了大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、全國統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)的新階段。大區(qū)聯(lián)網(wǎng)帶來很多優(yōu)點(diǎn)，但電網(wǎng)運(yùn)行和穩(wěn)定控制將變得更加復(fù)雜。電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、潮流可控性以及電網(wǎng)穩(wěn)定性成為越來越迫切需要解決的問題。

電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)研究中的一項(xiàng)重要課題。電力工業(yè)的市場化變革和近幾年世界范圍內(nèi)多次發(fā)生的大停電事故，使得電壓穩(wěn)定問題受到電力工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注。國際上發(fā)生的多個大型電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的共同特點(diǎn)是：系統(tǒng)受到擾動之后，系統(tǒng)中的頻率和角度基本維持不變，即沒有明顯的功角穩(wěn)定問題，而某些節(jié)點(diǎn)電壓則持續(xù)下降且不可控制，最終導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰、大量負(fù)荷丟失甚至系統(tǒng)崩潰瓦解的局面。

在現(xiàn)代交流輸電系統(tǒng)中，雖然計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是就其控制手段來講，仍然是機(jī)械式的。無論是發(fā)電機(jī)調(diào)速器、斷路器、傳統(tǒng)的有載調(diào)壓器，還是移相器，在控制的終端，任務(wù)最后落實(shí)于機(jī)械動作上。在許多場合，特別是對于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制，速度往往是成敗的關(guān)鍵。機(jī)械慣性限制了機(jī)械式控制動作速度的提高，嚴(yán)重阻礙了在事故處理及系統(tǒng)穩(wěn)定控制中的應(yīng)用。電子化的控制手段，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械式控制不可比擬的動作速度,而且壽命不受動作次數(shù)和動作速度的影響。

近年來，我國電網(wǎng)的快速發(fā)展使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的復(fù)雜程度大大提高，同時，智能電網(wǎng)的建設(shè)要求能靈活可靠地改善潮流分布、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸電能力。柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible Alternate Current Transmission System，以下簡稱為FACTS)技術(shù)，具有快速可靠的調(diào)節(jié)特性，能很好地滿足電網(wǎng)控制要求，從根本上改變了交流輸電網(wǎng)過去基本只依靠機(jī)械型、慢速、間斷及不精確的控制和優(yōu)化技術(shù)措施的局面。

很多FACTS控制器，如靜止無功補(bǔ)償器(SVC)、可控串補(bǔ)(TCSC)以及靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)等已成為提高500kV線路輸電能力與暫態(tài)穩(wěn)定水平的關(guān)鍵技術(shù)，在國外已有示范工程實(shí)施。但由于電力系統(tǒng)控制的復(fù)雜性，目前的FACTS技術(shù)也存在很大的局限性：

(1)FACTS裝置控制器相互影響，導(dǎo)致性能惡化；

(2)工程造價高，推廣應(yīng)用困難；

(3)自身的損耗較大；

(4)FACTS裝置故障引起的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置及其控制方法，該裝置基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器具有的低成本、高可靠性特點(diǎn)。它將提高電力系統(tǒng)的潮流調(diào)節(jié)、輸電能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性等，使我國電網(wǎng)真正成為堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置,其特點(diǎn)在于，該裝置包括：寬范圍可控變壓器、測量與控制模塊、第一功率單元、第二功率單元、交叉相轉(zhuǎn)換模塊、第三濾波電容、第四濾波電容、輸入電壓互感器、輸出電壓互感器和輸出電流互感器：

所述的寬范圍可控變壓器的原邊包含主接頭“1”、正分接頭“1+N”和負(fù)分接頭“1-N”；

所述的第一功率單元由第一組功率管、第二組功率管、第一濾波電感L_f1和第一濾波電容C_f1組成，所述的第一組功率管和第二組功率管均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第一組功率管的一端與所述的寬范圍可控變壓器原邊的正分接頭“1+N”相連，第二組功率管的一端與所述的寬范圍可控變壓器原邊的負(fù)分接頭“1-N”相連，所述的第一組功率管和第二組功率管的另一端均與所述的第一濾波電感L_f1的一端相連，該第一濾波電感L_f1的另一端與所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，所述的第一濾波電容C_f1接在所述的寬范圍可控變壓器原邊的正分接頭“1+N”和負(fù)分接頭“1-N”之間；

所述的第二功率單元由第三組功率管、第四組功率管、第二濾波電感L_f2和第二濾波電容C_f2組成，所述的第三組功率管和第四組功率管均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第三組功率管的一端與所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5的第一輸入端相連，第四組功率管的一端與所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5的第二輸入端相連，所述的第三組功率管和第四組功率管的另一端均與所述的第二濾波電感L_f2的一端相連，該第二濾波電感L_f2的另一端與所述的寬范圍可控變壓器的原邊輸入電壓主電路相連，所述的第二濾波電容C_f2接在所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊的第一輸入端與第二輸入端之間；

所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊由所述的寬范圍可控變壓器的原邊正分接頭、負(fù)分接頭組成的繞組和第一雙向晶閘管、第二雙向晶閘管、第三雙向晶閘管、第四雙向晶閘管組成，所述的第一雙向晶閘管、第二雙向晶閘管、第三雙向晶閘管、第四雙向晶閘管均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成；

所述的第三濾波電容一端和所述的寬范圍可控變壓器的原邊包含主接頭“1”連接，另一端和所述的第一濾波電感L_f1連接；

所述的第四濾波電容一端和所述的獨(dú)特濾波電感L_f1連接，另一端和所述的第二濾波電感L_f2連接；

所述的輸入電壓互感器，一側(cè)與寬范圍可控變壓器原邊輸入電壓主電路相連，電壓信號輸出端V_ain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)與寬范圍可控變壓器原邊輸出電壓主電路相連，電壓信號輸出端V_aout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，串接在寬范圍可控變壓器的輸出主電路中，其電流信號輸出端I_aout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功率單元的第一組功率管和第二組功率管的控制端、所述的第二功率單元的第三組功率管和第四組功率管的控制端及所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊的第一雙向晶閘管、第二雙向晶閘管、第三雙向晶閘管、第四雙向晶閘管的控制端相連，該測量與控制模塊與上位機(jī)相連。

所述的測量與控制模塊是數(shù)字信號處理器、單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。

所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊的各相連接關(guān)系如下：

A相：所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊由C相串入的NVcin繞組、B相串入的NVbin繞組和第一雙向晶閘管、第二雙向晶閘管、第三雙向晶閘管和第四雙向晶閘管組成，所述的第一雙向晶閘管的一端與所述的第一濾波電感Lf1的另一端相連，另一端與所述的C相NVcin繞組的負(fù)分接頭相連，C相NVcin繞組的正分接頭與所述的B相NVbin繞組的負(fù)分接頭相連，B相NVbin繞組的正分接頭與所述的第三雙向晶閘管的一端相連，所述的第三雙向晶閘管的另一端與第二功率單元的第三功率管的輸入端相連；所述的第二雙向晶閘管的一端與所述的第一雙向晶閘管一端相連，另一端與所述的第三雙向晶閘管的一端相連；所述的第四雙向晶閘管的一端與所述的第一雙向晶閘管的另一端相連，另一端與所述的第三雙向晶閘管(Sa3)的另一端相連；

B相：所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊由A相串入的NV_Ain繞組、C相串入的NV_cinn繞組和第一雙向晶閘管、第二雙向晶閘管、第三雙向晶閘管和第四雙向晶閘管組成，所述的第一雙向晶閘管的一端與所述的第一濾波電感的另一端相連，另一端與所述的A相NV_Ainn繞組的負(fù)分接頭相連，A相NV_Ainn繞組的正分接頭與所述的C相NV_cin繞組的負(fù)分接頭相連，C相NV_cin繞組的正分接頭與所述的第三雙向晶閘管的一端相連，該第三雙向晶閘管的另一端與所述的第二功率單元的第三功率管的輸入端相連；所述的第二雙向晶閘管的一端與所述的第一雙向晶閘管一端相連，另一端與所述的第三雙向晶閘一端相連；所述的第四雙向晶閘管的一端與所述的第一雙向晶閘管的另一端相連，另一端與所述的第三雙向晶閘管的另一端相連；

C相：所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊由B相串入的NV_Bin繞組、A相串入的NV_Ain繞組和第一雙向晶閘管、第二雙向晶閘管、第三雙向晶閘管和第四雙向晶閘管組成，所述的第一雙向晶閘管的一端與所述的第一濾波電感L_f1的另一端相連，另一端與所述的B相NV_Bin繞組的負(fù)分接頭相連，B相NV_Bin繞組的正分接頭與所述的A相NV_Ain繞組的負(fù)分接頭相連，A相NV_Ain繞組的正分接頭與所述的第三雙向晶閘管的一端相連，所述的第三雙向晶閘的另一端與第二功率單元的第三功率管的輸入端相連；所述的第二雙向晶閘管的一端與所述的第一雙向晶閘管一端相連，另一端與所述的第三雙向晶閘管的一端相連；所述的第四雙向晶閘管的一端與所述的第一雙向晶閘管的另一端相連，另一端與所述的第三雙向晶閘管的另一端相連。

一種利用所述的基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置進(jìn)行動態(tài)潮流的控制方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列具體驟：

1)所述的測量與控制模塊對測量與控制進(jìn)行初始化，接收上位機(jī)給定的無功功率的給定值Q₀和有功功率的給定值P₀；

2)所述的測量與控制模塊接收所述的輸入電壓互感器、所述的輸出電壓互感器和所述的輸出電流互感器分別輸入的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓與輸出電流的夾角β，設(shè)輸入電壓幅值為V_in，輸出電壓幅值為V_out，輸出電流幅值為I，接收遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V_{電網(wǎng)2}的信息和輸電線路電抗值L：

V_{電網(wǎng)2}＝V₂sin(ω₀t+α),其中V₂為其幅值，α為其相角；

按下列公式計(jì)算實(shí)測的有功功率P、無功功率Q：

$P=\frac{1}{\sqrt{2}}{V}_{out}Icos\mathrm{\β}$

$Q=\frac{1}{\sqrt{2}}{V}_{out}Isin\mathrm{\β};$

3)根據(jù)有功功率P₀和無功功率Q₀，依據(jù)下式，計(jì)算寬范圍可控變壓器的輸出電壓相角θ和輸出電壓幅值V_out：

$P_0=\frac{V_2{V}_{out}}{{\mathrm{\ω}}_{0}L}sin(\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})$

$Q_0=\frac{V_2^2-V_2{V}_{out}cos(\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})}{{\mathrm{\ω}}_{0}L},$

其中：L為輸電線路的電抗值；

ω₀為50或60Hz所對應(yīng)的角頻率；

V₂是遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V_{電網(wǎng)2}的幅值；

4)計(jì)算脈寬調(diào)制占空比及晶閘管控制信號：

根據(jù)寬范圍可控變壓器輸入電壓幅值V_in，輸出電壓相角θ和輸出電壓幅值V_out，按下列公式計(jì)算絕緣柵雙極型晶體管的脈寬調(diào)制信號中的功率單元1占空比控制信號D₁和功率單元2占空比控制信號D₂；

其中：N為寬范圍可控變壓器分接頭變比；K₁為雙向晶閘管S_a1和S_a3開關(guān)信號，K₂為雙向晶閘管S_a2和S_a4開關(guān)信號，此控制信號有兩種工作狀態(tài)：

(1)當(dāng)電壓相角θ取“+”時，K₁＝1，K₂＝0，雙向晶閘管S_a1和S_a3導(dǎo)通，雙向晶閘管S_a2和S_a4關(guān)斷，兩相繞組正向?qū)?，?/p>

(2)當(dāng)電壓相角θ取“-”時，K₁＝0，K₂＝1，雙向晶閘管S_a1和S_a3關(guān)斷，雙向晶閘管S_a2和S_a4導(dǎo)通，兩相繞組反向?qū)ǎ?/p>

5)根據(jù)脈寬調(diào)制占空比D₁和D2，向絕緣柵雙極型晶體管脈寬調(diào)制信號控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通；

6)重復(fù)步驟2)至5)，根據(jù)所獲得的脈寬調(diào)制占空比D₁和D₂，通過控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的動態(tài)潮流的調(diào)節(jié)控制。

其功率與調(diào)制系數(shù)的控制原理推導(dǎo)如下：

IGBT脈寬調(diào)制信號分別為D₁和D₂：

且0≤D₁≤1，0≤D₂≤1

設(shè)寬范圍可控變壓器的輸入電壓V_in為：

V_in＝V₁sin(ω₀t) (1)

上式中，V₁為寬范圍可控變壓器輸入電壓的峰值；

設(shè)寬范圍可控變壓器輸入側(cè)(原邊)正負(fù)分接頭變比分別為(1+N)和(1－N),則寬范圍可控變壓器的輸出電壓V_out為：

V_out＝V_in*{[(1+N)D₁+(1-N)(1-D₁)]+K₁(ND₂∠240°-ND₂∠120°)+K₂(ND₂∠120°-ND₂∠240°)} (2)

于是，

$V_{out}=V_1\[(1+N)D_1+(1-N)(1-D_1)\]*sin\left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)\±V_1\sqrt{3}{\mathrm{ND}}_{2}cos\left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)---\left(3\right)$

因此，寬范圍可控變壓器輸出電壓的幅值、初始相角θ與IGBT脈寬調(diào)制控制信號占空比D₁和D₂相關(guān)；

輸出電壓的初始相角為：

$\mathrm{\θ}=arctan\left(\frac{\±\sqrt{3}{\mathrm{ND}}_2}{\[(1+N)D_1+(1-N)(1-D_1)\]}\right)---\left(4\right)$

(4)式表明，寬范圍可控變壓器輸出電壓幅值主要取決于IGBT脈寬調(diào)制信號中占空比D₂；

假定電網(wǎng)1通過寬范圍可控變壓器與輸電線路相連向電網(wǎng)2輸電，輸電線路的感抗為jωL，電網(wǎng)2母線端的電壓為：

V_{電網(wǎng)2}＝V₂sin(ω₀t+α) (5)

則寬范圍可控變壓器所在傳輸線路的有功功率P和無功功率Q與寬范圍可控變壓器輸出電壓的關(guān)系如下：

$P=\frac{V_2{V}_{out}}{\mathrm{\ω}L}sin(\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})---\left(6\right)$

$Q=\frac{V_2^2-V_2{V}_{out}cos(\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})}{\mathrm{\ω}L}---\left(7\right)$

上述式子中，有功功率、無功功率、電壓等量都采用標(biāo)么值計(jì)算，電壓幅值在1.0附近。從(6)、(7)兩式中可看出，有功功率P主要與寬范圍可控變壓器輸出電壓基頻分量初始相角θ有關(guān)，而無功功率Q則主要與寬范圍可控變壓器輸出電壓幅值有關(guān)；即，傳輸線路有功功率P主要與IGBT脈寬調(diào)制占空比D₂有關(guān)，而無功功率Q則主要與IGBT脈寬調(diào)制信號中占空比D₁有關(guān)；

因此，通過對IGBT脈寬調(diào)制信號中占空比D₁和D₂的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)對有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)；由于對寬范圍可控變壓器的分接頭導(dǎo)通進(jìn)行控制，控制寬范圍可控變壓器分接頭的功率管IGBT容量僅為寬范圍可控變壓器容量的一部分，因而，成本低，從而實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的有功功率和無功功率的控制。

本發(fā)明基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制方法是一種根據(jù)電網(wǎng)需求對寬范圍可控變壓器所在輸電線路的有功功率和無功功率進(jìn)行控制；通過IGBT控制寬范圍可控變壓器原邊分接頭的導(dǎo)通與關(guān)斷，在寬范圍可控變壓器每相分接頭側(cè)串入另外兩相電壓，從而改變寬范圍可控變壓器輸出電壓的相位、幅值，實(shí)現(xiàn)了有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的特點(diǎn)如下：

1.功率管只需對寬范圍可控變壓器分接頭的導(dǎo)通進(jìn)行控制，因而成本低，克服了已有FACTS裝置高成本的問題；

2.平?？煽刈儔浩髦荒芡ㄟ^調(diào)節(jié)其分接頭進(jìn)行電壓幅值的控制，本發(fā)明通過在寬范圍可控變壓器每相分接頭側(cè)串入另外兩相繞組，從而實(shí)現(xiàn)了輸入電壓角度的偏移，實(shí)現(xiàn)了有功功率的控制；

3.本發(fā)明具有成本低，動態(tài)潮流的控制可靠性高等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制示意圖。

圖3是本發(fā)明動態(tài)潮流控制的算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，一種基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置，包括：寬范圍可控變壓器1、測量與控制模塊2、第一功率單元3、第二功率單元4、交叉相轉(zhuǎn)換模塊5、第三濾波電容6、第四濾波電容7、輸入電壓互感器8、輸出電壓互感器9和輸出電流互感器10：

所述的寬范圍可控變壓器1的原邊包含主接頭“1”和正分接頭“1+N”負(fù)分接頭“1-N”；

所述的第一功率單元3由第一組功率管S₁、第二組功率管S₂、第一濾波電感L_f1和第一濾波電容C_f1組成，該第一功率單元3所述的第一組功率管S₁和第二組功率管S₂均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第一組功率管S₁的一端與所述的寬范圍可控變壓器1原邊的正分接頭“1+N”相連，第二組功率管S₂的一端與所述的寬范圍可控變壓器1原邊的負(fù)分接頭“1-N”相連，所述的第一組功率管S₁和第二組功率管S₂的另一端與所述的濾波電感L_f1的一端相連，該第一濾波電感L_f1的另一端與所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5的輸出端相連，所述的第一濾波電容C_f1接在所述的寬范圍可控變壓器1原邊的正分接頭“1+N”和負(fù)分接頭“1-N”之間，所述的第一組功率管S₁和第二組功率管S₂的控制端與所述的測量與控制模塊2的相應(yīng)控制端相連；

所述的第二功率單元4由第三組功率管S₃、第四組功率管S₄、第二濾波電感L_f2和第二濾波電容C_f2組成，該第二功率單元4所述的第三組功率管S₃和第四組功率管S₄均由2個絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第三組功率管S₃的一端與所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端一端相連，第四組功率管S₄的一端與所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端另一端相連，所述的第三組功率管S₃和第四組功率管S₄的另一端與所述的第二濾波電感L_f2的一端相連，該濾波電感L_f2的另一端與寬范圍可控變壓器原邊輸入電壓主電路相連，所述的第二濾波電容C_f2接在所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5的輸入端之間，所述的第三組功率管S₃和第四組功率管S₄的控制端與所述的測量與控制模塊2的相應(yīng)控制端相連；

所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5由另外兩相所述的交叉相繞組即可控變壓器1的原邊正分接頭11、負(fù)分接頭12組成的繞組和四個雙向晶閘管組成；

以A相為例，所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5由C相串入的NV_cin繞組、B相串入的NV_bin繞組和四個雙向晶閘管組成，該交叉相串入模塊的雙向晶閘管S_a1一端與所述的濾波電感L_f1的另一端相連，另一端與所述的C相NV_cin繞組負(fù)分接頭11相連，C相NV_cin繞組正分接頭與所述的B相NV_bin繞組負(fù)分接頭相連，B相NV_bin繞組正分接頭與所述的雙向晶閘管S_a3的一端相連，所述的雙向晶閘管S_a3的另一端與功率單元4的功率管S₃對應(yīng)的輸出端相連；所述的雙向晶閘管S_a2的一端與所述的雙向晶閘管S_a1一端相連，另一端與所述的雙向晶閘管S_a3一端相連；所述的雙向晶閘管S_a4的一端與所述的雙向晶閘管S_a1另一端相連，另一端與所述的雙向晶閘管S_a3另一端相連；

所述的第三濾波電容6一端和所述的寬范圍可控變壓器1的原邊包含主接頭“1”連接，另一端和所述的第一濾波電感L_f1連接；

所述的第四濾波電容7一端和所述的第一濾波電感L_f1連接，另一端和所述的濾波電感L_f2連接；

所述的輸入電壓互感器8，一側(cè)與寬范圍可控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2的電壓信號輸入端口相連；

所述的輸出電壓互感器9，一側(cè)與寬范圍可控變壓器原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2的電壓信號輸入端口相連；

所述的輸出電流互感器10，串接在寬范圍可控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2的電流信號輸入端口相連；

所述的測量與控制模塊2的控制信號輸出端分別與所述的第三功率單元3的所述的第一組功率管S₁和第二組功率管S₂的控制端、所述的第四功率單元4的所述的第三組功率管S₃和第四組功率管S₄的控制端及所述的四個雙向晶閘管相連，該測量與控制模塊2與上位機(jī)相連。

所述的交叉相轉(zhuǎn)換模塊5中包含的轉(zhuǎn)換開關(guān)為雙向晶閘管。

所述的測量與控制模塊2是數(shù)字信號處理器、單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。

對圖2所示的系統(tǒng)，基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制工作流程如圖3所示，利用上述基于含雙向晶閘管的寬范圍可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置進(jìn)行電網(wǎng)動態(tài)潮流控制方法，該方法包括下列具體驟：

1)所述的測量與控制模塊2對測量與控制進(jìn)行初始化，接收上位機(jī)給定的無功功率的給定值Q₀和有功功率的給定值P₀；

2)所述的測量與控制模塊2接收所述的輸入電壓互感器8、所述的輸出電壓互感器9和所述的輸出電流互感器10分別輸入的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓與輸出電流的夾角β，設(shè)輸入電壓幅值為V_in，輸出電壓幅值為V_out，輸出電流幅值為I，接收遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V_{電網(wǎng)2}的信息和輸電線路電抗值L：

V_{電網(wǎng)2}＝V₂sin(ω₀t+α),其中V₂為其幅值，α為其相角；

按下列公式計(jì)算實(shí)測的有功功率P、無功功率Q：

$P=\frac{1}{\sqrt{2}}{V}_{out}Icos\mathrm{\β}$

$Q=\frac{1}{\sqrt{2}}{V}_{out}Isin\mathrm{\β};$

3)根據(jù)有功功率P₀和無功功率Q₀，依據(jù)下式，計(jì)算寬范圍可控變壓器的輸出電壓相角θ和輸出電壓幅值V_out：

$P_0=\frac{V_2{V}_{out}}{{\mathrm{\ω}}_{0}L}sin(\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})$

$Q_0=\frac{V_2^2-V_2{V}_{out}cos(\mathrm{\α}-\mathrm{\θ})}{{\mathrm{\ω}}_{0}L},$

其中：L為輸電線路的電抗值；

ω₀為50或60Hz所對應(yīng)的角頻率；

V₂是遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓V_{電網(wǎng)2}的幅值；

4)計(jì)算脈寬調(diào)制占空比及晶閘管控制信號：

根據(jù)寬范圍可控變壓器輸入電壓幅值V_in，輸出電壓相角θ和輸出電壓幅值V_out，按下列公式計(jì)算絕緣柵雙極型晶體管的脈寬調(diào)制信號中的功率單元3占空比控制信號D₁和功率單元(4)占空比控制信號D₂；

其中：N為寬范圍可控變壓器分接頭變比；K₁為雙向晶閘管S_a1和S_a3開關(guān)信號，K₂為雙向晶閘管S_a2和S_a4開關(guān)信號，此控制信號有兩種工作狀態(tài)：

(1)當(dāng)電壓相角θ取“+”時，K₁＝1，K₂＝0，雙向晶閘管S_a1和S_a3導(dǎo)通，雙向晶閘管S_a2和S_a4關(guān)斷，兩相繞組正向?qū)?，?/p>

(2)當(dāng)電壓相角θ取“-”時，K₁＝0，K₂＝1，雙向晶閘管S_a1和S_a3關(guān)斷，雙向晶閘管S_a2和S_a4導(dǎo)通，兩相繞組反向?qū)ǎ?/p>

5)根據(jù)脈寬調(diào)制占空比D₁和D2，向絕緣柵雙極型晶體管脈寬調(diào)制信號控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通；

6)重復(fù)步驟2)至5)，根據(jù)所獲得的脈寬調(diào)制占空比D₁和D₂，通過控制絕緣柵雙極型晶體管的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的動態(tài)潮流的調(diào)節(jié)控制。

通過DSP控制器對電壓、電流進(jìn)行采樣，計(jì)算傳輸線路的有功功率和無功功率，根據(jù)上位機(jī)給定的有功功率和無功功率值，根據(jù)式(6)和(7)計(jì)算寬范圍可控變壓器輸出電壓的初始相角和幅值，根據(jù)電壓相角正負(fù)確定K₁和K₂的取值，確定四個雙向晶閘管導(dǎo)通方向，再根據(jù)式(3)和(4)計(jì)算相應(yīng)的IGBT脈寬調(diào)制信號中的占空比D₁和D₂。由IGBT脈寬調(diào)制信號D₁和D₂對IGBT功率管進(jìn)行導(dǎo)通控制，使寬范圍可控變壓器輸出相應(yīng)的帶相位偏移的電壓，功率管IGBT工作時產(chǎn)生的高頻開關(guān)信號由濾波回路濾除。通過實(shí)測有功功率和無功功率與給定值的差異，對有功功率和無功功率進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)功率管占空比，使實(shí)測有功功率和無功功率與給定值一致，從而對傳輸線路的潮流進(jìn)行控制。