一種分布式潮流控制器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分布式潮流控制器及其 控制方法，適用于多分裂導(dǎo)線，用于提升輸電線路傳輸功率能力。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、特高壓交直流、遠(yuǎn)距離大容量輸電格局基本形成。隨著 特高壓的規(guī)劃建設(shè)，我國電網(wǎng)將呈現(xiàn)1〇〇〇、500、220千伏三級電壓等級電磁環(huán)網(wǎng)和交直聯(lián)混 聯(lián)的復(fù)雜型態(tài)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。電磁環(huán)網(wǎng)的存在和潮流的自然分布往往使得電網(wǎng)的關(guān)鍵輸電斷 面在正常及事故后存在潮流分布不均的現(xiàn)象，限制了斷面整體輸送能力，尋求一種提高輸 電能力的潮流控制方法極其緊迫。
[0003] 統(tǒng)一潮流控制器UPFC(unified power flow controller)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(shí)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。但是由 于其成本及可靠性問題其推廣應(yīng)用受到了限制。研究一種既具有UPFC的強(qiáng)大功能，其可靠 性和成本又能被電力系統(tǒng)廣泛接受的潮流控制方法對我國電力經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著極為重 要的意義。
[0004] 分布式潮流控制器(DPFC,distributed power flow controller)將UPFC原有結(jié) 構(gòu)中通過直流電容連接的串并聯(lián)變流器分開并利用分布式靜止串聯(lián)補(bǔ)償器（DSSC， distributed static series compensator)的思想將串聯(lián)側(cè)分布化，在該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 上，通過3次諧波在串并聯(lián)變流器之間交換有功功率從而達(dá)到綜合調(diào)節(jié)線路潮流的目的，其 三相單線圖如圖1所示。并聯(lián)側(cè)由兩個(gè)背靠背的三相變流器8、單相變流器6組成，三相變流 器8、單相變流器6由一個(gè)公共直流電容7相連。通過一個(gè)耦合的首端Υ-Λ變壓器1將電網(wǎng)電 壓接入到三相變流器8的交流側(cè)，三相變流器8吸收電網(wǎng)的有功功率來穩(wěn)定直流電容電壓； 單相變流器6輸出一定大小的三次諧波電流，該電流經(jīng)由首端Υ-Λ變壓器1的Y側(cè)的中性點(diǎn) 均勻分布到輸電線路2中。串聯(lián)側(cè)多個(gè)變流器11通過單匝變壓器3接入輸電線路2,根據(jù)其控 制器的指令，一方面吸收輸電線路2上的三次諧波電流，用以維持自身電容電壓的穩(wěn)定；另 一方面按照實(shí)際的功率補(bǔ)償需求，產(chǎn)生一定幅值和相位的基頻交流電壓，串聯(lián)變流器11電 壓和線路首端Υ-Λ變壓器1電壓疊加在一起，以此來改變線路的潮流。由于三次諧波電流被 首端Υ-Λ變壓器1的Λ側(cè)阻隔，無法流通，因而經(jīng)過末端Υ-Λ變壓器4的Y側(cè)的中性點(diǎn)接地后 形成回路。
[0005] 但是，目前展開的對DPFC研究的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法、安裝方法均只適應(yīng)于非分裂 導(dǎo)線，而1000kV、500kV、220kV系統(tǒng)多采用分裂導(dǎo)線，500kV及以上系統(tǒng)多采用4分裂、6分裂 導(dǎo)線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種適用于多 分裂導(dǎo)線的分布式潮流控制器及其控制方法，控制器有效實(shí)現(xiàn)多分裂導(dǎo)線的輸電系統(tǒng)傳輸 功率，控制方法使得潮流分布較為均衡，提高設(shè)備控制靈活性和可靠性。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一種分布式潮流控制器，安裝在輸電線路上，輸電線路兩端設(shè)置有首端Υ-Λ變壓 器和末端Υ-Λ變壓器，該控制器包括并聯(lián)側(cè)設(shè)備和串聯(lián)側(cè)設(shè)備，并聯(lián)側(cè)設(shè)備包括背靠背設(shè) 置的三相變流器、單相變流器，三相變流器的直流側(cè)和單相變流器的直流側(cè)之間并聯(lián)有直 流電容，三相變流器的交流側(cè)通過首端Υ-Λ變壓器的Λ側(cè)接入輸電線路，單相變流器的交 流側(cè)通過首端Υ-Λ變壓器的Y側(cè)的中性點(diǎn)接入輸電線路;每相輸電線路分裂成若干根分裂 導(dǎo)線，所述串聯(lián)側(cè)設(shè)備包括多組串聯(lián)在每相輸電線路上的潮流補(bǔ)償器，每組潮流補(bǔ)償器包 括變流器、與分裂導(dǎo)線根數(shù)匹配的若干個(gè)單匝變壓器、控制器、電流互感器、電壓互感器和 通信模塊，某組同一相多分裂導(dǎo)線的多個(gè)單匝變壓器共用一套變流器、控制器、電流互感 器、電壓互感器和通信模塊，變流器的交流側(cè)通過各個(gè)單匝變壓器分別接入各根分裂導(dǎo)線， 電流互感器和電壓互感器設(shè)置在其中一根分裂導(dǎo)線上，電流互感器和電壓互感器與控制器 的輸入端連接，控制器的輸出端與變壓器的直流側(cè)連接，通信模塊同時(shí)與控制器的輸入端 以及電壓互感器連接。
[0009] 按上述方案，所述變流器由開關(guān)管與二極管組成，所述開關(guān)管有四個(gè)、組成單相全 橋電路;每個(gè)開關(guān)管上反并聯(lián)一個(gè)二極管。
[0010] 按上述方案，所述串聯(lián)側(cè)設(shè)備的某相上的某組潮流補(bǔ)償器集成在一個(gè)箱體內(nèi)，箱 體內(nèi)各個(gè)單匝變壓器采用偏心安裝分別卡入某相輸電線路的各根分裂導(dǎo)線，并通過連接線 與控制器和變流器相連;通信模塊、控制器和變流器集成在箱體內(nèi)的集成模塊上。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種上述分布式潮流控制器的控制方法，將輸電線路架設(shè)在耐張 桿塔上配合首端Υ-Λ變壓器和末端Υ-Λ變壓器構(gòu)成輸電系統(tǒng)，控制方法包括如下步驟：
[0012] S1、設(shè)每相輸電線路安裝了 η組潮流補(bǔ)償器，輸電系統(tǒng)通過并聯(lián)側(cè)設(shè)備的三相變流 器向直流電容充電到目標(biāo)值Vshdcref，同時(shí)向串聯(lián)側(cè)設(shè)備的3η個(gè)變流器直流電容充電到目標(biāo) {直Vsedcref (η);
[0013] S2、通過電流互感器、電壓互感器檢測每相輸電線路的某根分裂導(dǎo)線的電流和電 壓，并將采集到的電流和電壓信號送入控制器；
[0014] S3、設(shè)分裂導(dǎo)線的根數(shù)為m，將電流互感器檢測的電流乘以m(該處各組分裂導(dǎo)線對 稱、電壓相等，電流相等），再與電壓互感器檢測的電壓信號結(jié)合通信模塊的信號在控制器 中進(jìn)行功率計(jì)算；
[0015] S4、將步驟S3計(jì)算得出的數(shù)據(jù)輸入變流器，對變流器進(jìn)行觸發(fā)控制；
[0016] S5、將步驟S4變流器輸出的數(shù)據(jù)一式m份分別發(fā)送給各個(gè)單匝變壓器；
[0017] S6、并聯(lián)側(cè)設(shè)備的單相變流器向變流器提供維持直流電壓Vd。恒定的3次諧波電流 ish ;
[0018] S7、通過切換各組潮流補(bǔ)償器的變流器一個(gè)周期內(nèi)所有開關(guān)管接入電路時(shí)間的序 列，獲得步驟S5及S6所需的參數(shù)值。
[0019]按上述方案，步驟S3具體為:通過通信模塊獲取由輸電系統(tǒng)調(diào)度計(jì)算出的輸電線 路分裂的各根分裂導(dǎo)線所需的傳輸功率目標(biāo)值PLref、QLref，控制器結(jié)合電流互感器、電壓互 感器采集的信號計(jì)算得到某根分裂導(dǎo)線的傳輸功率參數(shù)I\、Ql，計(jì)算AP = P^3f-Ph AQ = QLref-QL;則步驟S4中，單相輸電線路上每組潮流補(bǔ)償器的變流器向輸電系統(tǒng)提供的有功功 率為A P/(3n);步驟S5中，各個(gè)單匝變壓器向輸電系統(tǒng)提供耦合進(jìn)的功率為△ P/ (3mn)、Δ Q/(3mn)〇
[0020] 按上述方案，步驟S7通過改變各開關(guān)管開通的時(shí)間值實(shí)現(xiàn)各潮流補(bǔ)償器開關(guān)的有 序切換，針對單機(jī)無窮大系統(tǒng)具體為:考慮外部干擾及內(nèi)部參數(shù)不確定性，利用下式所述的 切換PCH系統(tǒng)得出各潮流補(bǔ)償器的變流器開關(guān)的切換序列：
[0021]
(1)
[0022] 式中，X為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，轉(zhuǎn)子角速度，發(fā)電機(jī)電勢，分布式潮流控制器串聯(lián)側(cè)向 輸電系統(tǒng)注入的基波電壓幅值與相角、并聯(lián)側(cè)向輸電系統(tǒng)注入的基波電流有功分量與無功 分量，影響串并聯(lián)變流器直流電容電壓的基波及3次諧波有功功率電流等狀態(tài)變量矢量;p 為輸電系統(tǒng)參數(shù)干擾的未知向量；ω為外部干擾;z是罰信號;lu(t)(x)為權(quán)矩陣;Jx(t)(x，p) 為由切換路徑?jīng)Q定的分布式潮流控制器及單機(jī)無窮大系統(tǒng)組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù);RMt)(x， P)為由切換路徑?jīng)Q定的系統(tǒng)耗量參數(shù);Ηλ(?) (X)是作用區(qū)間對應(yīng)的各變流器系統(tǒng)Hami I ton 函數(shù)；W/⑴=冊(τ)Μ.φ映射A(t):[t0，+⑴）-Λ={1，2,…，N}是一分段右連續(xù)函數(shù)， 為切換率;XO為該系統(tǒng)暫態(tài)平衡點(diǎn);U為反饋控制率。
[0023] 按上述方案，當(dāng)多根分裂導(dǎo)線上某個(gè)單匝變壓器損壞，則將變流器與該單匝變壓 器的連接線路斷開，其它部件繼續(xù)正常向輸電系統(tǒng)提供所需的補(bǔ)償功率。
[0024] 按上述方案，當(dāng)某個(gè)單匝變壓器損壞，則該相同組變流器所連接的剩下的單匝變 壓器向系統(tǒng)提供的功率為Δ P/(3mn-l)、Δ Q/(3mn-l)。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明控制器有效實(shí)現(xiàn)多分裂導(dǎo)線的輸電 系統(tǒng)傳輸功率，采用成熟、廉價(jià)、可以批量生產(chǎn)的開關(guān)設(shè)備形成可替換、可分批建設(shè)的、可靠 性高的潮流控制;采用多個(gè)小容量變壓器，可進(jìn)一步降低設(shè)備投資;控制方法使得潮流分布 較為均衡，提高設(shè)備控制靈活性和可靠性。
【附圖說明】
[0026] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中分布式潮流控制器在單相輸電線路上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明分布式潮流控制器接入輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明分布式潮流控制器的串聯(lián)側(cè)設(shè)備的每組潮流補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明潮流補(bǔ)償器安裝在箱體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖中，1.首端Υ-Λ變壓器;2.輸電線路;3.單匝變壓器;4.末端Υ-Λ變壓器;5.潮流 補(bǔ)償器;6.單相變流器;7 .直流電容;8.三相變流器;9.第一單匝變壓器；10.第二單匝變壓 器；11.變流器；12.控制器；13.電流互感器；14.電壓互感器；15.第一分裂導(dǎo)線；16.第二分 裂導(dǎo)線；17.耐張桿塔;18.集成模塊;19.通信模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，以 2分裂導(dǎo)線為例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032] 參照圖1~圖4所示，本發(fā)明所述的分布式潮流控制器，安裝在輸電線路2上，輸電 線路兩端設(shè)置有首端Υ-Λ變壓器1和末端Υ-Λ變壓器4,該控制器包括并聯(lián)側(cè)設(shè)備和串聯(lián)側(cè) 設(shè)備，并聯(lián)側(cè)設(shè)備包括背靠背設(shè)置的三相變流器8、單相變流器6，三相變流器8的直流側(cè)和 單相變流器6的直流側(cè)之間并聯(lián)有直流電容7,三相變流器8的交流側(cè)通過首端Υ-Λ變壓器1 的Λ側(cè)接入輸電線路2，單相變流器6的交流側(cè)通過首端Υ-Λ變壓器1的Y側(cè)的中性點(diǎn)接入輸 電線路2;
[0033]每相輸電線路2分裂成兩根，分別為第一分裂導(dǎo)線15、第二分裂導(dǎo)線16;串聯(lián)側(cè)設(shè) 備包括多組串聯(lián)在每相輸電線路2上的潮流補(bǔ)償器5,每組潮流補(bǔ)償器5包括變流器11、第一 單匝變壓器9、第二單匝變壓器10、控制器12、電流互感器13、電壓互感器14和通信模塊19; 每相輸電線路2上的某組潮流補(bǔ)償器5的第一單匝變壓器9和第二單匝變壓器10共用一套變 流器11、控制器12、電流互感器13、電壓互感器14和通信模塊19,變流器11的交流側(cè)通過第 一單匝變壓器9和第二單匝變壓器10分