一種直流潮流控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于正交功率解禪的新型直流潮流控制器，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng) 域，主要應(yīng)用于直流輸電場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 多端直流輸電系統(tǒng)是由3個及W上換流站，通過串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)方式連接起來 的直流輸電系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電W及多落點受電，相比于兩端高壓直流輸電系統(tǒng) 運行更為經(jīng)濟靈活，是解決我國目前面臨的大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)、大容量遠(yuǎn)距離電能輸 送和輸電走廊緊缺等問題的有效技術(shù)手段之一。相比于傳統(tǒng)電流源型換流器，電壓源換流 器（voltagesourceconverter,VSC)在潮流反轉(zhuǎn)時直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓不變， 且沒有換相失敗等問題，因而有利于構(gòu)成多端柔性直流輸電（VSCbasedmulti-terminal hi曲voltagedirect州rrent,VSC-MTDC)系統(tǒng)。典型的環(huán)網(wǎng)式S端VSC-MTDC系統(tǒng)等效 電路如圖10所示，假設(shè)VSC1和VSC2分別是兩個海上風(fēng)電場的換流站，為定功率模式運行， VSC3為岸上換流站，為定直流電壓模式運行，功率從VSC1和VSC2向VSC3傳輸。為了調(diào)節(jié) 直流輸電線上的潮流，需要在輸電線中串入直流潮流控制器。由于不存在交流電的無功功 率、電抗和相角，VSC-MTDC系統(tǒng)只能調(diào)節(jié)輸電線路電阻和直流電壓來控制直流潮流。
[0003] 在控制輸電線路電阻方面，通常是在輸電線路中串入可變電阻來控制直流潮流。 輸電線路中串入可變電阻方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)和控制簡單，其缺點也很明顯，如損耗大，對裝 置散熱提出了很高要求，且只能增大輸電線路等效電阻，潮流單向調(diào)節(jié)。
[0004] 在控制直流電壓方面，有學(xué)者提出了采用DC/DC變壓器的方案，該方案的優(yōu)點 是可W用于連接不同電壓等級的直流系統(tǒng)，W提高直流輸電系統(tǒng)的運行靈活性，還可將 變比為1左右的DC/DC變壓器串入同一電壓等級的直流系統(tǒng)中，通過微調(diào)變比來調(diào)節(jié)直 流系統(tǒng)潮流，不足是所有的功率都需要通過DC/DC變壓器，損耗較大。另一個方案是在 輸電線路中串入可調(diào)電壓源來改變直流電壓進(jìn)而控制直流潮流。如加拿大麥吉爾大學(xué)的 B.-T.Ooi教授等提出了一種基于晶閩管控制的可調(diào)電壓源電路結(jié)構(gòu)（VeilleuxE，Ooi B.MultiterminalHVDCwiththyristorpower-flowcontroller.IEEETransactions onPowerDelivery，2012,27(3) ; 1205-1212)W及中國電力科學(xué)研究院的李亞樓高 工等提出了一種AC/DC+DC/DC兩級式可調(diào)電壓源電路結(jié)構(gòu)（MuQ,LiangJ,LiY,化OU X.PowerflowcontroldevicesinDCgrids.IEEEPowerandEnergySocietyGeneral Meeting, 2012:1-7)。相比于DC/DC變壓器，串入可調(diào)電壓源的功率和相應(yīng)損耗都小，電壓 等級低，更易實現(xiàn)。但該種兩種方案的電路結(jié)構(gòu)需要一個外部電源來為可調(diào)電壓源提供功 率或吸收其功率，還需低頻高壓隔離變壓器進(jìn)行電壓隔離，且所需的開關(guān)器件較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明針對多端直流輸電系統(tǒng)中直流潮流控制的技術(shù)要求，提出一種 基于正交功率解禪的直流潮流控制器，該控制器不需要低頻隔離變壓器W及外部電源的 直流潮流控制方式，通過簡單的控制方法即可實現(xiàn)潮流的有效控制，提高了輸電網(wǎng)絡(luò)潮流 方向的控制能力W及輸電線路輸送能力。
[0006] 技術(shù)方案；一種直流潮流控制器，適用于多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)，包括兩個變換器和一 個帶通濾波器；
[0007] 所述兩個變換器的輸出分別串聯(lián)在多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)的某個換流站任意兩個不 同的輸電線路中，所述帶通濾波器串聯(lián)于兩個變換器的輸出之間，使得兩個變換器的輸出、 帶通濾波器和換流站之間形成一個輔助環(huán)路；
[000引每個變換器在W-個直流輸出或吸收功率的同時，能夠交流吸收或發(fā)出功率；在 兩個變換器之間的帶通濾波器能夠?qū)⒅绷鬏旊娋€路上的交流電壓、交流電流形成的功率限 制在輔助通路中，抑制直流輸電線路上的交流分量；實現(xiàn)直流功率環(huán)和交流功率環(huán)中功率 的解禪控制，使直流功率環(huán)專口用于直流輸電線上的潮流控制，交流功率環(huán)用于變換器的 功率平衡。
[0009] 進(jìn)一步的，所述變換器包括H橋、連接于H橋輸入端的輸入電容。。和連接于H橋 輸出端的LC濾波電路，所述LC濾波電路包括串聯(lián)的電感和輸出電容Cwt，所述輸出電容C"t 串聯(lián)在輸電線路中。當(dāng)H橋的直流功率與交流功率相平衡時，輸入電容。。的電壓就能穩(wěn)定 在設(shè)定值。且潮流控制器工作時在Cwt中會產(chǎn)生一個直流量和一個固定頻率的交流量，直流 量參與潮流調(diào)節(jié)，交流量用于平衡H橋的功率。H橋上的直流功率和交流功率是相互獨立， 互不影響的，穩(wěn)態(tài)時H橋上的直流功率與交流功率相平衡，H橋無需外部電源。
[0010] 進(jìn)一步的，所述帶通濾波器由LC串聯(lián)諧振電路構(gòu)成，一端連接一個變換器輸出電 容Cwt的正極、一端連接另一個變換器輸出電容C的負(fù)極，帶通濾波器的諧振頻率為輔助 環(huán)路中交流功率環(huán)的頻率。
[0011] 有益效果：本發(fā)明的直流潮流控制器適用于多端直流輸電場合，與傳統(tǒng)的直流潮 流控制器相比，本發(fā)明的直流潮流器電路結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)器件少、無需低頻隔離變壓器W及 外部電源，通過簡單的控制方法即可實現(xiàn)潮流的有效控制，提高了輸電網(wǎng)絡(luò)潮流方向的控 制能力W及輸電線路輸送能力。
【附圖說明】
[0012] 圖1是包含本發(fā)明的直流潮流控制器的環(huán)網(wǎng)式S端直流輸電系統(tǒng)；
[0013] 圖2是包含本發(fā)明的直流潮流控制器的環(huán)網(wǎng)式S端直流輸電系統(tǒng)等效電路；
[0014] 圖3是可調(diào)電壓源直流分量的等效電路；
[0015] 圖4是可調(diào)電壓源交流分量的等效電路；
[0016] 圖5是可調(diào)電壓源的電路拓?fù)洌?br>[0017] 圖6是潮流控制器不參與工作時輸電線路的電流波形；
[0018] 圖7是潮流控制器參與工作時輸電線路的電流波形；
[0019] 圖8是潮流控制器參與工作時H橋輸入側(cè)電容的電壓波形；
[0020] 圖9是潮流控制器參與工作時H橋輸出側(cè)電容的電壓波形；
[002U圖10是典型的環(huán)網(wǎng)式S端VSC-MTDC系統(tǒng)等效電路。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023] 本發(fā)明適用多端端及S端W上）高壓直流輸電系統(tǒng)，下面僅端直流輸電 系統(tǒng)為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0024] 包含本發(fā)明直流潮流控制器的S端直流輸電系統(tǒng)如圖1所示，VSC3為定直流電壓 模式運行，VSC1和VSC2為定功率模式運行，直流潮流控制方案包括兩個變換器，變換器安 裝在變流站VSC2內(nèi)，變換器的輸出（V,和Vy)分別串聯(lián)在VSC2處的兩個輸電線路中。包含 本發(fā)明直流潮流控制方式的=端直流輸電系統(tǒng)等效電路如圖2所示。變換器一和變換器二 均同時產(chǎn)生直流電壓（Vyd，Vyd)和交流電壓（Vy。。，Vy。。)。選用變換器為H橋電路，H橋由開 關(guān)S1-S4構(gòu)成，S1與S2的串聯(lián)支路與S3和S4的串聯(lián)支路并聯(lián)。H橋的輸入側(cè)為電容。。， H橋的輸出側(cè)采用LC濾波，其中電容C"t串聯(lián)在輸電線路中，潮流控制器工作時在C中會 產(chǎn)生一個直流量和一個固定頻率的交流量，為減少交流量在直流輸電線上的流動范圍，增 加了LC旁路環(huán)節(jié)。當(dāng)H橋的直流功率與交流功率相平衡時，輸入電容。。的電壓就能穩(wěn)定 住。設(shè)功率P,。。為電壓源VX發(fā)出的交流功率，Pxd為電壓源VX發(fā)出的直流功率，Py。。為電壓 源Vy發(fā)出的交流功率，Pyd為電壓源Vy發(fā)出的直流功率則有：
[00巧]Pxae+Pxd= 0
[0026] Pyac+Pyd= 0
[0027] 可調(diào)電壓源無需向外界傳遞能量，能量通過輸電線在兩個可調(diào)電壓源之間傳遞， 忽略線路損耗則一個電壓源發(fā)出的直流功率和交流功率會被另一個電壓源完全吸收，貝U 有：
[002引Pxae+Pyac= 0
[0029] Pxd+Pyd= 0
[0030] 如圖3所示，直流量通過整個直流輸電線來傳遞能量，用于調(diào)節(jié)直流潮流。通過將 Ls和Cs的諧振頻率設(shè)計在可調(diào)電壓源交流電壓的頻率下，可W使交流量通過極短的直流 輸電線，極大得減少了輸電線上的交流損耗?？烧{(diào)電壓源的交流量只用于H橋的功率自平 衡，對直流輸電線的潮流控制沒有貢獻(xiàn)。
[0031] 本發(fā)明的基于正交功率解禪的新型直流潮流控制器可W用于控制直流輸電線上 某條線路的電流，下面W-個具體的仿真實例來分析直流控制器對直流輸電線潮流的控制 作用。仿真采用圖1所示的S端環(huán)網(wǎng)式柔性直流輸電系統(tǒng)，VSC3為為定直流電壓模式運 行，控制Vs= 1000V，VSC1和VSC2為定功率模式運行，分別向系統(tǒng)注入P1= 50kW和P2 = lOOkw功率，S段輸電線路的參數(shù)如表1所示。
[0032] 表1圖1所示的S端柔性直流輸電系統(tǒng)的線路參數(shù)
[0033]
【主權(quán)項】
1. 一種直流潮流控制器，適用于多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)，其特征在于：包括兩個變換器和 一個帶通濾波器； 所述兩個變換器的輸出分別串聯(lián)在多端直流輸電網(wǎng)絡(luò)的某個換流站任意兩個不同的 輸電線路中，所述帶通濾波器串聯(lián)于兩個變換器的輸出之間，使得兩個變換器的輸出、帶通 濾波器和換流站之間形成一個輔助環(huán)路； 每個變換器在以一個直流輸出或吸收功率的同時，能夠交流吸收或發(fā)出功率；在兩個 變換器之間的帶通濾波器能夠?qū)⒅绷鬏旊娋€路上的交流電壓、交流電流形成的功率限制在 輔助通路中，抑制直流輸電線路上的交流分量；實現(xiàn)直流功率環(huán)和交流功率環(huán)中功率的解 耦控制，使直流功率環(huán)專門用于直流輸電線上的潮流控制，交流功率環(huán)用于變換器的功率 平衡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流潮流控制器，其特征在于：所述變換器包括H橋、連 接于H橋輸入端的輸入電容Cin和連接于H橋輸出端的LC濾波電路，所述LC濾波電路包括 串聯(lián)的電感和輸出電容Ctjut,所述輸出電容Cwt串聯(lián)在輸電線路中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直流潮流控制器，其特征在于：所述帶通濾波器由LC串 聯(lián)諧振電路構(gòu)成，一端連接一個變換器輸出電容Crat的正極、一端連接另一個變換器輸出電 容Ctjut的負(fù)極。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直流潮流控制器，適用于多端直流輸電系統(tǒng)，該控制方案包括兩個變換器。變換器的輸出分別串聯(lián)在不同的輸電線路中，每個變換器在以一個直流輸出或吸收功率的同時，可以交流吸收或發(fā)出功率。在兩個變換器之間的帶通濾波器可以將交流電壓、電流形成的功率限制在輔助通路中，可以有效抑制直流輸電線路上的交流分量。因此直流功率環(huán)和交流功率環(huán)中的功率可以實現(xiàn)解耦控制，直流功率環(huán)專門用于直流輸電線上的潮流控制，交流功率環(huán)用于變換器的功率平衡。本發(fā)明的直流潮流控制器電路結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)器件少、無需低頻隔離變壓器以及外部電源。
【IPC分類】H02J3-36
【公開號】CN104767218
【申請?zhí)枴緾N201510179145
【發(fā)明人】陳武, 吳小剛
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月15日