CN104124682A - 一种可变换统一潮流控制器 - Google Patents

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田杰
沈全荣
王新宝
黄俊辉
王旭
杨林
王海潜
谢珍建
谈健
赵宏大
汪惟源
董云龙
潘磊
常宝立
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NR Electric Co Ltd
NR Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明提出了一种可变换统一潮流控制器，包含至少一个并联变压器、三个换流器、至少两个串联变压器、至少一组交流转换开关以及三组直流转换开关；所述串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；所述三个换流器的交流侧均经过并联侧转换开关与至少一个并联变压器连接后，再接入交流系统，两个串联侧换流器分别连接至少一组串联变压器，然后串联接在输电线路上；所述三个换流器的直流侧通过转换开关相互连接。此结构可以实现多种运行方式，在任一个换流器故障时，仍可以实现单条线路的统一潮流控制器功能；同时占地面积小、成本低，具有很好的经济性、灵活性和可靠性。

Description

一种可变换统一潮流控制器
技术领域
本发明涉及一种柔性交流输电技术，具体涉及一种可变换统一潮流控制器。
背景技术
随着大型电力系统的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力系统的规模和复杂度；再加上大量的分布式发电系统接入电网，使传统的固定由输电网向配电网传送的潮流发生逆向；用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流控制。
统一潮流控制器，又称UPFC(Unified Power Flow Controller),是目前为止通用性最好的潮流控制装置，最简单的UPFC由两个完全相同的电压源换流器通过直流公共端连接，可以看作是一台静止同步补偿器(STATCOM)和一台静止同步串联补偿器(SSSC)并联构成，仅通过改变控制规律，就能分别或同时并快速地实现并联补偿、串联补偿和移相等不同的控制功能，提高电力系统的性能。
目前对统一潮流控制器研究的较多的是针对单回输电线路统一潮流控制器的拓扑结构及控制策略，对应用于双回输电线路的统一潮流控制器研究的较少。由于目前国内输电网络多为双回线路或者更多回线路，潮流优化问题以及N-1过流问题等会在多回线路上均有体现，如只在多回线路的其中一回线路上安装统一潮流控制器控制线路的潮流，控制的效果不佳。因此，如果统一潮流控制器的优化选址地点为双回线路，则需要在双回线路上均安装。若在双回线路的每回均安装一套完整的UPFC，每套UPFC由一个静止同步补偿器(包括一个并联变压器和一个并联侧换流器)和一个静止同步串联补偿器(包括一个串联变压器和一个串联侧换流器)连接，总共需要四个换流器和四个变压器，占地面积比较大，而且投资成本比较高。
为了解决以上双回线路应用统一潮流控制器的不足，节省投资成本和安装空间，提高统一潮流控制器的效率及可靠性，充分发挥统一潮流控制器的优势，需要一种更经济、更灵活的结构。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种可变换的统一潮流控制器,此拓扑结构可以实现多种运行方式。正常运行时，并联侧换流器控制交流母线电压或者控制与交流系统交换的无功功率，两个串联侧换流器分别控制双回线路的潮流；在一个换流器故障时，通过对转换开关的操作，仍可以实现单回输电线路的潮流控制，与双回线路采用四个换流器的控制效果相同，这样可以节省一个并联侧换流器，具有很好的经济性、灵活性和可靠性。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：
所述的可变换统一潮流控制器包含至少一个并联变压器、三个换流器、至少两个串联变压器、至少一组交流转换开关以及至少一组直流转换开关；所述串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；所述三个换流器的交流侧经过交流转换开关与至少一个并联变压器连接后,再接入交流系统，两个串联侧换流器经过交流转换开关分别连接至少一组串联变压器，然后串联接在输电线路上；所述三个换流器的直流侧通过直流转换开关相互连接。
进一步地：所述的统一潮流控制器还包含至少一个并联侧起动电路，相应地,所述的三个换流器经过交流转换开关后，连接至少一个所述并联侧起动电路，起动电路再与至少一个并联变压器连接。
进一步地：所述旁路开关为旁路断路器或者快速旁路开关。
进一步地：至少一组所述旁路断路器并联在所述串联变压器线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器的接入或者退出线路。
进一步地：至少一组所述快速旁路开关并联在所述串联变压器阀侧的相间，用于故障时将所述换流器快速旁路，与线路隔离。
进一步地：所述的统一潮流控制器通过交流转换开关的倒闸操作，实现多种运行方式，包括但不限于：双回线路统一潮流控制器运行方式、单回线路统一潮流控制器运行方式、静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。
进一步地：所述转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。
进一步地：所述并联变压器接入的交流系统为双回输电线路的公共母线，或者其它交流母线。
进一步地：所述并联侧起动电路包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。
进一步地：所述快速旁路开关为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。
进一步地：所述换流器为电压源型换流器，包括但不限于两电平结构、变压器多重化结构或者模块化多电平结构。
进一步地：所述串联变压器为单相或者三相变压器，所述串联变压器的线路侧绕组分相串入线路。
采用上述方案后，本发明可以提高统一潮流控制器的灵活性、经济性和可靠性。正常运行时，并联侧换流器与并联系统连接，与交流系统进行快速无功补偿或者控制并联侧交流母线，两个串联侧换流器与串联变压器连接，控制双回线路的潮流；当一个换流器故障时，可以通过倒闸操作使剩余两个换流器构成单回线路统一潮流控制器，此时，断开双回线路的其中一条线路，仍能优化系统的潮流；此外，三个换流器均可以作为STATCOM运行，提高系统的无功储备。由于只采用了三个换流器，相比双回线路各安装一套完整的UPFC可以节省一个换流器，具有很好的经济性，特别是对于交流电压比较稳定、不需要大量无功支撑的交流系统，经济效果显著。
附图说明
图1是本发明一个实施例的可变换统一潮流控制器的单相等效结构图；
图2是本发明另一个实施例的可变换统一潮流控制器的单相等效结构图；
图3是本发明一个实施例的并联变压器接入的交流系统是双回线路公共母线的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明提出一种适用于双回输电线路的统一潮流控制器，其一个较优实施例如图1所示。图中，1为并联变压器，2为并联侧起动电路，3为交流转换开关，4为电压源换流器及直流转换开关，5为串联变压器阀侧绕组并联的快速旁路开关，6为串联变压器，7、8为串联变压器线路侧绕组并联的旁路断路器，9为线路值等电抗。
所述的可变换统一潮流控制器包含至少一个并联变压器1、起动电路2、三个换流器及至少一组直流转换开关4、至少两个串联变压器6、至少一组交流转换开关3；所述串联变压器6的至少一侧并联至少一个旁路断路器7、8、或者至少一组快速旁路开关5、或者两者均并联。需要说明的是，起动电路2非必须的，这里以含有起动电路2情况作为实施例。另外，所述串联变压器6的至少一侧并联至少一组旁路开关，旁路开关可以是旁路断路器或者快速旁路开关。串联变压器6可以在一侧同时并联旁路断路器和/或快速旁路开关，也可以在串联变压器的两侧分别并联旁路断路器和/或快速旁路开关。
所述三个换流器4的交流侧经过交流转换开关3与至少一个并联变压器1连接后,再接入交流系统，两个串联侧换流器经过交流转换开关3分别连接至少一组串联变压器6，然后串联接在输电线路上；所述三个换流器4的直流侧通过直流转换开关相互连接。
前述的统一潮流控制器还包含至少一个并联侧起动电路2，相应地,所述的三个换流器4经过交流转换开关后，连接至少一个所述并联侧起动电路2，再与至少一个并联变压器1连接。
前述统一潮流控制器的串联变压器旁路断路器7、8，包括至少一组并联在变压器线路侧绕组两端，用于串联变压器的接入或者退出线路。
前述统一潮流控制器的串联变压器快速旁路开关5，包括至少一组并联在变压器阀侧的相间，用于故障时将换流器快速旁路，与线路隔离。
前述的统一潮流控制器可以通过交流转换开关的倒闸操作，实现多种运行方式，包括双回线路统一潮流控制器运行方式、单回线路统一潮流控制器运行方式、静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。
前述统一潮流控制器的转换开关可以是隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。
前述统一潮流控制器的并联变压器1接入的交流系统，可以为双回输电线路的公共母线，例如图2所示的实施例。或者其它交流母线，如图1所示的实施例。
前述统一潮流控制器的并联侧起动电路2，可以包括一对并联的电阻和开关，所述开关可以为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。
前述统一潮流控制器的串联变压器快速旁路开关7，可以由断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件构成。
前述统一潮流控制器的换流器4可以为两电平结构、变压器多重化结构、模块化多电平结构或者其它拓扑结构的电压源型换流器。
前述统一潮流控制器的串联变压器6为单相或者三相变压器，所述串联变压器6的线路侧绕组分相串入线路。
另外本发明还提供另一个实施例如图3所示，采用多个并联变压器和多个并联起动电路的结构图。
需要说明的是，交流转换开关的组合不限于实施例如示的结构，任何牵涉到采用转换开关将换流器与串联侧变压器和并联侧变压器相接，通过转换开关的倒闸来实现上述功能的统一潮流控制器，都属于本发明范围之内。
另外，本发明中的各元件，如电抗器、电阻、开关等，大多是指等效元件；也就是说，电路结构中的等效元件既可以是单个的元件，也可以是多个同样的元件级联(串联、并联等)而成。对于本发明实施例中的任何等效元件，能够实现同样功能的任何等效电路应当都涵盖在本发明实施例的保护范围之内。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：
所述可变换统一潮流控制器包含至少一个并联变压器、三个换流器、至少两个串联变压器、至少一组交流转换开关以及至少一组直流转换开关；所述串联变压器的至少一侧并联至少一组旁路开关；所述三个换流器的交流侧经过交流转换开关与至少一个并联变压器连接后,再接入交流系统，两个串联侧换流器经过交流转换开关分别连接至少一组串联变压器，然后串联接在输电线路上；所述三个换流器的直流侧通过直流转换开关相互连接。
2.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述的统一潮流控制器还包含至少一个并联侧起动电路，相应地,所述的三个换流器经过交流转换开关后，连接至少一个所述并联侧起动电路，起动电路再与至少一个并联变压器连接。
3.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述旁路开关为旁路断路器或者快速旁路开关。
4.如权利要求3所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：至少一组所述旁路断路器并联在所述串联变压器线路侧绕组的两端，用于控制所述串联变压器的接入或者退出线路。
5.如权利要求3所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：至少一组所述快速旁路开关并联在所述串联变压器阀侧的相间，用于故障时将所述换流器快速旁路，与线路隔离。
6.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述的统一潮流控制器通过交流转换开关的倒闸操作，实现多种运行方式，包括但不限于：双回线路统一潮流控制器运行方式、单回线路统一潮流控制器运行方式、静止同步补偿器运行方式、静止同步串联补偿器运行方式以及线间潮流控制器运行方式。
7.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述转换开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子设备构成的开关。
8.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述并联变压器接入的交流系统为双回输电线路的公共母线，或者其它交流母线。
9.如权利要求2所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述并联侧起动电路包括一对并联的电阻和开关，所述开关为隔离刀闸、或者断路器、或者由电力电子器件构成的开关。
10.如权利要求3所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述快速旁路开关为断路器、双向反并联的晶闸管、或者其它电力电子器件。
11.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述换流器为电压源型换流器，包括但不限于两电平结构、变压器多重化结构或者模块化多电平结构。
12.如权利要求1所述的一种可变换统一潮流控制器，其特征在于：所述串联变压器为单相或者三相变压器，所述串联变压器的线路侧绕组分相串入线路。
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