CN107240927A - 一种直流线间潮流控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流线间潮流控制器，包括第一、第二、第三和第四端子，第一端子连接第一输电线，第三端子连接连接第二输电线，第二端子和第四端子并联后连接第三输电线，功率从第一输电线和第二输电线流向第三输电线，所述直流线间潮流控制器包括双向DC/DC变换器和固态变压器，所述双向DC/DC变换器和所述固态变压器串联，所述双向DC/DC变换器的输入端为所述第一和第二端子，所述双向DC/DC变换器的输出端与所述固态变压器的输入端连接，所述固态变压器的输出端为第三和第四端子。本发明的直流线间潮流控制器能够实现直流电能的流动控制，使用了固态变压器实现电路的隔离，电路结构简单。

Description

一种直流线间潮流控制器
技术领域
本发明涉及直流输电系统技术领域，特别涉及一种直流线间潮流控制器。
背景技术
多端直流输电系统是由3个及以上换流站，通过串联、并联或混联方式连接起来的直流输电系统，它能够实现多电源供电以及多落点受电，相比于两端高压直流输电系统运行更为经济灵活，是解决我国目前面临的大规模可再生能源并网、大容量远距离电能输送和输电走廊紧缺等问题的有效技术手段之一。典型的环网式三端直流输电系统等效电路如图1所示，假设换流站1和换流站2分别是两个海上风电场的换流站，为定功率模式运行，换流站3为岸上换流站，为定直流电压模式运行，功率从换流站1和换流站2向换流站3传输。为了调节直流输电线Line1、Line2、Line3上的潮流，需要在直流输电线Line1、Line2、Line3中串入直流潮流控制器。由于不存在交流电的无功功率、电抗和相角，直流输电系统只能调节输电线路电阻和直流电压来控制直流潮流。
发明内容
本发明为了克服现有技术的难题，提供一种直流线间潮流控制器。
本发明提供一种直流线间潮流控制器，包括第一、第二、第三和第四端子，第一端子连接第一输电线，第三端子连接连接第二输电线，第二端子和第四端子并联后连接第三输电线，功率从第一输电线和第二输电线流向第三输电线，所述直流线间潮流控制器包括双向DC/DC变换器和固态变压器，所述双向DC/DC变换器和所述固态变压器串联，所述双向DC/DC变换器的输入端为所述第一和第二端子，所述双向DC/DC变换器的输出端与所述固态变压器的输入端连接，所述固态变压器的输出端为第三和第四端子。
本发明一优选的实施例中，所述双向DC/DC变换器包括第九双向开关、第十双向开关、第一电感和第一电容，所述第九双向开关的一端连接第一端子，所述第九双向开关的另一端连接所述第一电感的一端所述第一电感的另一端连接所述第一电容，所述第一电容另一端连接所述第十双向开关，所述第十双向开关的另一端连接所述第九双向开关和所述第一电感的连接点连接。
本发明一优选的实施例中，所述双向DC/DC变换器包括第九双向开关、第十双向开关、第一电感和第一电容，所述第一电感的一端连接所述第一端子，所述第一电感的另一端连接所述第九双向开关的一端，所述第九双向开关的另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端和所述第十双向开关的一点连接，所述第十双向开关的另一端和所述第一双电双向开关和所述第一电感的连接点连接。
本发明一优选的实施例中，所述固态变压器包括原边全桥变换器、变压器、副边全桥变换器，所述原边全桥变换器的输入端与所述第一电容并联，所述原边全桥变换器的输出端与所述变压器的原边绕组并联，所述变压器的副边绕组和所述副边全桥变换器的输出端并联，所述副边全桥变换器的输入端并联一第二电容，所述第二电容的一端连接所述第三端子，所述第二电容的另一端连接所述第四端子。
本发明一优选的实施例中，所述原边全桥变换器包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关和第四双向开关，所述第一双向开关和所述第二双向开关串联构成第一桥臂单元，所述第三双向开关和所述第四双向开关串联构成第二桥臂单元，所述第一桥臂单元和所述第二桥臂单元并联，所述第一桥臂单元的两端为所述原边全桥变换器的输入端，所述第一桥臂单元和第二桥臂单元的中间点为所述原边全桥变换器的输出端。
本发明一优选的实施例中，所述副边全桥变换器包括第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关和第八双向开关，所述第五双向开关和所述第六双向开关串联构成第三桥臂单元，所述第七双向开关和所述第八双向开关串联构成第四桥臂单元，所述第三桥臂单元和所述第四桥臂单元并联，所述第四桥臂单元的两端为所述副边全桥变换器的输入端，所述第三桥臂单元和第四桥臂单元的中间点为所述副边全桥变换器的输出端。
本发明一优选的实施例中，所述第九双向开关包括反向串联的第一单向开关和第二单向开关，所述第一单向开关和所述第二单向开关为MOSFET开关或IGBT开关。
本发明一优选的实施例中，所述第十双向开关包括反向串联的第三单向开关和第四单向开关，所述第三单向开关和所述第四单向开关为MOSFET开关或IGBT开关。
本发明一优选的实施例中，所述直流线间潮流控制器多个串联组合为大功率直流线间潮流控制器，包括第一至第n个直流线间潮流控制器，所述第一直流线间潮流控制器的第二端和所述第二直流线间潮流控制器的第一端连接，所述第一直流线间潮流控制器的第四端和所述第二直流线间潮流控制器的第三端连接，如此依次将第二直流线间潮流控制器至第n个潮流控制器连接，所述第n个直流线间潮流控制器的第二端子和第四端子连接，与第三输入线连接，所述第一直流线间潮流控制器的第一端子与第一输入线连接，所述第一直流线间潮流控制器的第二端子与第二输入线连接。
相较于现有技术，本发明的直流线间潮流控制器能够实现直流电能的流动控制，使用了固态变压器实现电路的隔离，电路结构简单。
附图说明
图1为典型的环网式三端直流输电系统等效电路图。
图2为本发明的直流线间潮流控制器的框图。
图3为本发明多个图2所示直流线间潮流控制器的串联组合实施例框图。
图4为本发明图2所示直流线间潮流控制器的第一具体实施例。
图5为本发明图2所示直流线间潮流控制器的第二具体实施例。。
图6为本发明的双向开关的一具体实施例。
图7为图5中双向DC/DC变换器的另一具体实施方式。
具体实施方式
下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，一种直流线间潮流控制器20，包括第一端子1、第二端子2、第三端子3和第四端子4，第一端子1连接第一输电线Line1，第三端子3连接连接第二输电线Line2，第二端子2和第四端子4并联后连接第三输电线Line3，功率从第一输电线Line1和第二输电线Line2流向第三输电线Line3。所述第一输电线Line1、第二输电线Line2、第三输电线Line3，如图1所示，分别连接换流站1、换流站2、换流站3。
图3所示为将多个图2所示直流线间潮流控制器串联组合为更大功率的直流线间潮流控制器，包括第一至第n个直流线间潮流控制器301至30n，所述第一直流线间潮流控制器301的第二端2和所述第二直流线间潮流控制器302的第一端1连接，所述第一直流线间潮流控制器301的第四端4和所述第二直流线间潮流控制器302的第三端3连接，如此依次将第二直流线间潮流控制器302至第n个直流线间潮流控制器30n连接，所述第n个直流线间潮流控制器30n的第二端子2和第四端子4连接，与第三输入线Line3连接，所述第一直流线间潮流控制器301的第一端子1与第一输入线Line1连接，所述第一直流线间潮流控制器301的第二端子2与第二输入线Line2连接。
如图4所示，本发明直流线间潮流控制器40的一具体实施例，所述直流线间潮流控制器40包括双向DC/DC变换器41和固态变压器42，所述双向DC/DC变换器41和所述固态变压器42串联，所述双向DC/DC变换器41的输入端为所述第一端子1和第二端子2，所述固态变压器42的输出端为第三端子3和第四端子4。
如图4所示，所述双向DC/DC变换器41为一升压变换器，包括第九双向开关S9、第十双向开关S10、第一电感L1和第一电容C1，所述第九双向开关S9的一端连接第一端子1，所述第九双向开关S9的另一端连接所述第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端连接所述第一电容C1，所述第一电容C1另一端连接所述第十双向开关S10，所述第十双向开关S10的另一端连接所述第九双向开关S9和所述第一电感L1的连接点连接。
当能量从Line1传输至line2时，所述双向DC/DC变换器41工作于升压模式，当能量从Line2传输至Line1时，双向DC/DC变换器41工作于降压模式。
如图5所示，为本发明另一具体实施例，该实施例中，所述双向DC/DC变换器51为一降压变换器，包括第九双向开关S9、第十双向开关S10、第一电感L1和第一电容C1，所述第一电感L1的一端连接第一端子1，所述第一电感L1的另一端连接所述第九双向开关S9的一端，所述第九双向开关S9的另一端连接所述第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端和所述第十双向开关S10的一点连接，所述第十双向开关S10的另一端和所述第一双电双向开关S9和所述第一电感L1的连接点连接。
当能量从Line1传输至line2时，所述双向DC/DC变换器51工作于降压模式，当能量从Line2传输至Line1时，双向DC/DC变换器51工作于升压模式。
如图4和图5中所述第九双向开关S9和第十双向开关S10，一优选的实施方式如图6所示，包括反向串联的第一单向开关Q1和第二单向开关Q2，所述第一单向开关Q1和第二单向开关Q2双向开关为MOSFET开关或IGBT开关。
如图4和图5所示的实施例中，所示第九双向开关S9和第十双向开关S10的第一单向开关Q1和第二单向开关Q2的位置放置在一起，但是本发明并不以此为限，如图7所示，也即将第九双向开关S9的两个双向开关Q1和Q2分开放置，同时本发明中的第一电感L1也可以分开放置，如图中L11和L22所示。
如图4所示，所述固态变压器42包括原边全桥变换器421、变压器T、副边全桥变换器422，所述原边全桥变换器421的输入端与所述第一电容C1并联，所述原边全桥变换器421的输出端与所述变压器T的原边绕组N1并联，所述变压器T的副边绕组N2和所述副边全桥变换器422的输出端并联，所述副边全桥变换器422的输入端并联一第二电容C2，所述第二电容C2的一端连接所述第三端子3，所述第二电容C2的另一端连接所述第四端子4。
所述原边全桥变换器421包括第一双向开关S1、第二双向开关S2、第三双向开关S3和第四双向开关S4，所述第一双向开关S1和所述第二双向开关S2串联构成第一桥臂单元4211，所述第三双向开关S3和所述第四双向开关S4串联构成第二桥臂单元4212，所述第一桥臂单元4211和所述第二桥臂单元4212并联，所述第一桥臂单元4211的两端为所述原边全桥变换器421的输入端，所述第一桥臂单元4211和第二桥臂单元4212的中间点为所述原边全桥变换器421的输出端。
所述副边全桥变换器422包括第五双向开关S5、第六双向开关S6、第七双向开关S7和第八双向开关S8，所述第五双向开关S5和所述第六S6双向开关串联构成第三桥臂单元4221，所述第七双向开关S7和所述第八双向开关S8串联构成第四桥臂单元4222，所述第三桥臂单元4221和所述第四桥臂单元4222并联，所述第四桥臂单元4222的两端为所述副边全桥变换器422的输入端，所述第三桥臂单元4221和第四桥臂单元4222的中间点为所述副边全桥变换器422的输出端。
当能量从Line1传输至Line2时，所述原边全桥变换器421工作在逆变状态，副边全桥变换器422工作在整流状态；当能量从Line2传输至Line1时，副边全桥变换器422工作在逆变状态，原边全桥变换器421工作在整流状态。
图5所示的固态变压器52与图4所示的固态变压器42相同，在此不再赘述。
本发明中第一至第八双向开关S1-S8是为了是实现Line1/Line2/Line3中电压变化，在电压极性变化时电路开关能够有效工作。
本发明的直流线间潮流控制器的有效果是：
本发明的直流线间潮流控制器能够实现直流电能的流动控制，使用了固态变压器实现电路的隔离，电路结构简单，实现Line1和Line2之间的能量交换，通过调节双向DC/DC变换器的占空比和变压器T的匝比，实现潮流控制能量传输的比例。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种直流线间潮流控制器，包括第一、第二、第三和第四端子，第一端子连接第一输电线，第三端子连接连接第二输电线，第二端子和第四端子并联后连接第三输电线，功率从第一输电线和第二输电线流向第三输电线，其特征在于，所述直流线间潮流控制器包括双向DC/DC变换器和固态变压器，所述双向DC/DC变换器和所述固态变压器串联，所述双向DC/DC变换器的输入端为所述第一和第二端子，所述双向DC/DC变换器的输出端与所述固态变压器的输入端连接，所述固态变压器的输出端为第三和第四端子。
2.如权利要求1所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器包括第九双向开关、第十双向开关、第一电感和第一电容，所述第九双向开关的一端连接第一端子，所述第九双向开关的另一端连接所述第一电感的一端所述第一电感的另一端连接所述第一电容，所述第一电容另一端连接所述第十双向开关，所述第十双向开关的另一端连接所述第九双向开关和所述第一电感的连接点连接。
3.如权利要求1所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述双向DC/DC变换器包括第九双向开关、第十双向开关、第一电感和第一电容，所述第一电感的一端连接所述第一端子，所述第一电感的另一端连接所述第九双向开关的一端，所述第九双向开关的另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端和所述第十双向开关的一点连接，所述第十双向开关的另一端和所述第一双电双向开关和所述第一电感的连接点连接。
4.如权利要求2或3所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述固态变压器包括原边全桥变换器、变压器、副边全桥变换器，所述原边全桥变换器的输入端与所述第一电容并联，所述原边全桥变换器的输出端与所述变压器的原边绕组并联，所述变压器的副边绕组和所述副边全桥变换器的输出端并联，所述副边全桥变换器的输入端并联一第二电容，所述第二电容的一端连接所述第三端子，所述第二电容的另一端连接所述第四端子。
5.如权利要求4所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述原边全桥变换器包括第一双向开关、第二双向开关、第三双向开关和第四双向开关，所述第一双向开关和所述第二双向开关串联构成第一桥臂单元，所述第三双向开关和所述第四双向开关串联构成第二桥臂单元，所述第一桥臂单元和所述第二桥臂单元并联，所述第一桥臂单元的两端为所述原边全桥变换器的输入端，所述第一桥臂单元和第二桥臂单元的中间点为所述原边全桥变换器的输出端。
6.如权利要求4所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述副边全桥变换器包括第五双向开关、第六双向开关、第七双向开关和第八双向开关，所述第五双向开关和所述第六双向开关串联构成第三桥臂单元，所述第七双向开关和所述第八双向开关串联构成第四桥臂单元，所述第三桥臂单元和所述第四桥臂单元并联，所述第四桥臂单元的两端为所述副边全桥变换器的输入端，所述第三桥臂单元和第四桥臂单元的中间点为所述副边全桥变换器的输出端。
7.如权利要求2所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述第一至第十双向开关包括反向串联的第一单向开关和第二单向开关，所述第一单向开关和所述第二单向开关为MOSFET开关或IGBT开关。
8.如权利要求2所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述第十双向开关包括反向串联的第三单向开关和第四单向开关，所述第三单向开关和所述第四单向开关为MOSFET开关或IGBT开关。
9.如权利要求1所述一种直流线间潮流控制器，其特征在于，所述直流线间潮流控制器多个串联组合为大功率直流线间潮流控制器，包括第一至第n个直流线间潮流控制器，所述第一直流线间潮流控制器的第二端和所述第二直流线间潮流控制器的第一端连接，所述第一直流线间潮流控制器的第四端和所述第二直流线间潮流控制器的第三端连接，如此依次将第二直流线间潮流控制器至第n个潮流控制器连接，所述第n个直流线间潮流控制器的第二端子和第四端子连接，与第三输入线连接，所述第一直流线间潮流控制器的第一端子与第一输入线连接，所述第一直流线间潮流控制器的第二端子与第二输入线连接。
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