CN109038593B - 一种相位360°合成型直接潮流控制器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相位360°合成型直接潮流控制器及其工作方法，包括三相输入变压模块、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、以及三相输出变压模块；单相Buck交流单元电路模块包括设置6个相互独立的单相Buck交流单元电路，输出滤波模块包括3个输出滤波器，在三相输入变压模块与单相Buck交流单元电路模块之间设置输入选择开关，或在输出滤波模块与三相输出变压模块之间设置输出选择开关；或单相Buck交流单元电路模块包括设置9个相互独立的单相Buck交流单元电路，输出滤波模块包括3个输出滤波器。本发明通过增设一个选择开关或者不需要增设选择开关就能实现输出电压相位角的360°调节，简化了电路结构，降低了设备造价，减少了安全隐患。

Description

一种相位360°合成型直接潮流控制器及其工作方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种相位360°合成型直接潮流控制器（Direct power flow controller，DPFC）及其工作方法。
背景技术
电力作为基础能源，是国民经济健康发展的重要保障。电力系统中的潮流包含有功潮流和无功潮流，总体上由电源、负荷和供电网络三者共同决定。在基础建设投资不足且周期过长、以及现有电力系统设施相对滞后的情况下，提高对电网的潮流控制能力，从而增强电力系统的稳定性，提高其利用率和电网的电能传输能力，具有重要的经济效益和社会意义。
在传统放射状电网系统中，控制电压幅值即可控制电网中的电能传输，其有效方法是采用抽头变压器和并联无功补偿。但对于网状电网系统，该方法不适用，因为它不能控制各条支路的电流。而且，在多条传输线并联的电网系统或网状电网系统中，首条达到热极限（对应最大传输电流）的传输线限制了整个电网的电能传输能力，即使此时其它传输线的载流能力还未得到充分利用。
为了有效地控制线路潮流、提高电网的电能传输能力和电力系统的稳定性，柔性交流传输系统（Flexible AC transmission system，FACTS）技术被广泛研究和应用。但大多数FACTS装置只有一个控制自由度，不能对电网中的有功潮流和无功潮流同时进行分别控制，或由于采用大容量直流储能元件而导致设备故障率高、寿命周期短、维护费用高等诸多问题。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种相位360°合成型直接潮流控制器及其工作方法，只包含简单的Buck交流单元电路，仅通过一级功率变换，可以同时控制电网传送端的电压相位和幅值，能够分别控制线路中的有功潮流和无功潮流，并实现输出电压相位角的360°调节。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种相位360°合成型直接潮流控制器，该直接潮流控制器包括三相输入变压模块、输入选择开关、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、以及三相输出变压模块；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述输入选择开关连接到三相输入变压模块的一次侧或二次侧；
所述单相Buck交流单元电路模块包括6个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端与第二B相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第一B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第一C相Buck交流单元电路的输出端与第二A相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
上述技术方案中，所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组，所述三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第一C相输出绕组和第二C相输出绕组。
上述技术方案中，当所述输入选择开关连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧时；
所述输入选择开关的输入端并联接入高压电网，所述输入选择开关的输入端包括第一输入端点、第二输入端点和第三输入端点，所述输入选择开关的A相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的A相输入端，所述输入选择开关的B相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的B相输入端，所述输入选择开关的C相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的C相输入端；
所述第一A相输出绕组连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端。
上述技术方案中，所述第一输出滤波器包括第一输出滤波电感和第一输出滤波电容；
所述第二输出滤波器包括第二输出滤波电感和第二输出滤波电容；
所述第三输出滤波器包括第三输出滤波电感和第三输出滤波电容。
本发明还公开了另一种方案，一种相位360°合成型直接潮流控制器，该直接潮流控制器包括三相输入变压模块、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、输出选择开关、以及三相输出变压模块；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述输出选择开关连接到三相输出变压模块的一次侧或二次侧；
所述单相Buck交流单元电路模块包括6个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端与第二B相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第一B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第一C相Buck交流单元电路的输出端与第二A相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
上述技术方案中，所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组，所述三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第一C相输出绕组和第二C相输出绕组；
所述第一A相输出绕组连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端。
上述技术方案中，所述三相输出变压模块为三相输出变压器或三相输出变压器组；
所述三相输出变压器或三相输出变压器组的一次侧包括相互独立的A相输入绕组、B相输入绕组和C相输入绕组，所述三相输出变压器或三相输出变压器组的二次侧包括相互独立的A相输出绕组、B相输出绕组和C相输出绕组；
当所述输出选择开关连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的一次侧时；
所述输出选择开关的输入端分别连接到第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器的输出端，所述输出选择开关的A相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的A相输入绕组，所述输出选择开关的B相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的B相输入绕组，所述输出选择开关的C相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的C相输入绕组。
本发明还公开了另一种方案，一种相位360°合成型直接潮流控制器，该直接潮流控制器包括依次连接的三相输入变压模块、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、以及三相输出变压模块；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述单相Buck交流单元电路模块包括9个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第三A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第三B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路、第二C相Buck交流单元电路和第三C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端、第一B相Buck交流单元电路的输出端与第一C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第二A相Buck交流单元电路的输出端、第二B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第三A相Buck交流单元电路的输出端、第三B相Buck交流单元电路的输出端与第三C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
上述技术方案中，所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组；
所述三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第三A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第三B相输出绕组、第一C相输出绕组、第二C相输出绕组和第三C相输出绕组；
所述第一A相输出绕组连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第三A相输出绕组连接到第三A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第三B相输出绕组连接到第三B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端，所述第三C相输出绕组连接到第三C相Buck交流单元电路的输入端。
上述技术方案中，所述三相输出变压模块为三相输出变压器或三相输出变压器组；所述三相输出变压器或三相输出变压器组的一次侧包括相互独立的A相输入绕组、B相输入绕组和C相输入绕组；
所述A相输入绕组连接到第一输出滤波器的输出端，所述B相输入绕组连接到第二输出滤波器的输出端，所述C相输入绕组连接到第三输出滤波器的输出端。
一种相位360°合成型直接潮流控制器的工作方法，通过调整三相输入变压模块的匝比来调节三相交流输入电压的幅值，调整三相输出变压模块的匝比和开关管的占空比来调节该直接潮流控制器的输出电压的幅值，并通过调整开关管的占空比进行矢量合成来调节该直接潮流控制器的输出电压相对于原高压电网输入电压的相位差；
通过输入选择开关改变输入选择开关的3个输入端点与三相输入变压模块一次侧的A相输入端、B相输入端和C相输入端的连接方式，实现输出电压相位角的360°调节；或通过输出选择开关改变3个输出滤波器的输出端与三相输出变压模块一次侧的3个输入绕组的连接方式，实现输出电压相位角的360°调节；或通过将三相输入变压模块二次侧的9个输出绕组与9个单相Buck交流单元电路的输入端的组合连接，实现输出电压相位角的360°调节。
具体地：对于第一种方案，通过输入选择开关改变输入选择开关的3个输入端点与三相输入变压模块一次侧的A相输入端、B相输入端和C相输入端的连接方式，实现输出电压相位角的360°调节。包括：（1）输入选择开关的第一输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的A相输入端，输入选择开关的第二输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的B相输入端，输入选择开关的第三输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的C相输入端；（2）输入选择开关的第一输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的B相输入端，输入选择开关的第二输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的C相输入端，输入选择开关的第三输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的A相输入端；（3）输入选择开关的第一输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的C相输入端，输入选择开关的第二输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的A相输入端，输入选择开关的第三输入端点连接到三相输入变压模块一次侧的B相输入端。其中，每一组合的输出电压相位角的调节宽度都是120°。
对于第二种方案，通过输出选择开关改变第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器的输出端与三相输出变压器或三相输出变压器组的一次侧的A相输入绕组、B相输入绕组和C相输入绕组的连接方式，实现输出电压相位角的360°调节。包括：（1）第一输出滤波器的输出端连接到A相输入绕组，第二输出滤波器的输出端连接到B相输入绕组，第三输出滤波器的输出端连接到C相输入绕组；（2）第一输出滤波器的输出端连接到B相输入绕组，第二输出滤波器的输出端连接到C相输入绕组，第三输出滤波器的输出端连接到A相输入绕组；（3）第一输出滤波器的输出端连接到C相输入绕组，第二输出滤波器的输出端连接到A相输入绕组，第三输出滤波器的输出端连接到B相输入绕组。其中，每一组合的输出电压相位角的调节宽度都是120°。
对于第三种方案，输出电压相位角的调节宽度为360°，无需借助选择开关。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明通过设置6个相互独立的Buck交流单元电路和3个输出滤波器，在三相输入变压模块的一次侧增加输入选择开关来改变输入选择开关的3个输入端点与三相输入变压模块一次侧的A相输入端、B相输入端和C相输入端的连接方式、或者在输出滤波器与三相输出变压模块之间增加输出选择开关改变输出滤波器的输出端与三相输出变压模块一次侧的3个输入绕组的连接方式，或者设置9个相互独立的Buck交流单元电路和3个输出滤波器，实现输出电压相位角的360°调节；
2．本发明通过增设一个选择开关或者不需要增设选择开关就能实现输出电压相位角的360°调节，简化了电路结构，降低了设备造价，减少了安全隐患；
3．本发明采用三相输入变压器或三相输入变压器组和三相输出变压器或三相输出变压器组，使得潮流控制器能够方便地接入高压电网，从而可对高压电网中的电能进行传输控制。
附图说明
图1是本发明实施例一的相位360°合成型直接潮流控制器的拓扑图。
图2是本发明实施例二的相位360°合成型直接潮流控制器的拓扑图。
图3是本发明实施例三的相位360°合成型直接潮流控制器的拓扑图。
图4是本发明的相位和幅值可调范围的示意图。
其中：1、三相输入变压模块；2、输入选择开关；3、单相Buck交流单元电路模块；4、输出滤波模块；5、输出变压模块；6、输出选择开关。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
参见图1所示，一种相位360°合成型直接潮流控制器，该直接潮流控制器包括依次连接的输入选择开关Hi 2、三相输入变压模块1、单相Buck交流单元电路模块3、输出滤波模块4、以及输出变压模块5；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述单相Buck交流单元电路模块包括6个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端与第二B相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第一B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第一C相Buck交流单元电路的输出端与第二A相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
本实施例中，所述输入选择开关Hi设置在三相输入变压模块的一次侧，还可以设置在三相输入变压模块和单相Buck交流单元电路模块之间。
本实施例中，所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组Ti，所述三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组Na1、第二A相输出绕组、第一B相输出绕组Nb1、第二B相输出绕组、第一C相输出绕组Nc1和第二C相输出绕组。
所述输入选择开关Hi的输入端并联接入高压电网，所述输入选择开关Hi的输入端包括第一输入端点A0、第二输入端点B0和第三输入端点C0，所述输入选择开关Hi的A相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的A相输入端，所述输入选择开关Hi的B相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的B相输入端，所述输入选择开关Hi的C相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的C相输入端；
所述第一A相输出绕组Na1连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组Nb1连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组Nc1连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端。
本实施例中，所述输出滤波器用于滤除与其连接的单相Buck交流单元电路中因开关管高频通断产生的高频谐波分量；
所述第一输出滤波器包括第一输出滤波电感Lfa和第一输出滤波电容Cfa；
所述第二输出滤波器包括第二输出滤波电感Lfb和第二输出滤波电容Cfb；
所述第三输出滤波器包括第三输出滤波电感Lfc和第三输出滤波电容Cfc。
本实施例中，所述第一A相Buck交流单元电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的发射极和第二开关管的发射极相连，所述第三开关管的发射极和第四开关管的发射极相连，所述第二开关管的集电极和第三开关管的集电极相连，所述第一开关管的集电极连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的第一A相输出绕组Na1的第一输出端点，所述第四开关管的集电极连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的第一A相输出绕组Na1的第二输出端点，所述第二开关管的集电极和第三开关管的集电极连接到第一输出滤波器的第一输出滤波电感Lfa的前端；第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路的内部结构与第一A相Buck交流单元电路的内部结构相同，各Buck交流单元电路的输入、输出连接方式参照第一A相Buck交流单元电路。
本实施例中所用开关管均为IGBT开关管，然而本发明并不仅限于使用IGBT开关管，还可以用MOSFET开关管等进行替换，以MOSFET开关管为例，此时，MOSFET开关管的源极对应IGBT开关管的发射极，MOSFET开关管的漏极对应IGBT开关管的集电极。
本实施例中，直接潮流控制器工作时，（1）输入选择开关Hi的第一输入端点A0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的A相输入端，输入选择开关Hi的第二输入端点B0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的B相输入端，输入选择开关Hi的第三输入端点C0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的C相输入端；（2）输入选择开关Hi的第一输入端点A0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的B相输入端，输入选择开关Hi的第二输入端点B0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的C相输入端，输入选择开关Hi的第三输入端点C0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的A相输入端；（3）输入选择开关Hi的第一输入端点A0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的C相输入端，输入选择开关Hi的第二输入端点B0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的A相输入端，输入选择开关Hi的第三输入端点C0连接到三相输入变压器或三相输入变压器组Ti一次侧的B相输入端。其中，每一组合的输出电压相位角的调节宽度都是120°。三组组合起来实现输出电压相位角的360°调节。
实施例二：
参见图2所示，一种相位360°合成型直接潮流控制器，该直接潮流控制器包括依次连接的三相输入变压模块1、单相Buck交流单元电路模块3、输出滤波模块4、输出选择开关Ho 6、以及三相输出变压模块5；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述单相Buck交流单元电路模块包括6个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端与第二B相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第一B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第一C相Buck交流单元电路的输出端与第二A相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
本实施例中，所述输出选择开关Ho设置在三相输出变压模块的一次侧，即位于输出滤波模块和三相输出变压模块之间，还可以设置在三相输出变压模块的二次侧。
本实施例中，所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组Ti，所述三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组Na1、第二A相输出绕组、第一B相输出绕组Nb1、第二B相输出绕组、第一C相输出绕组Nc1和第二C相输出绕组。
所述第一A相输出绕组Na1连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组Nb1连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组Nc1连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端。
本实施例中，所述三相输出变压模块为三相输出变压器或三相输出变压器组To；
所述三相输出变压器或三相输出变压器组To的一次侧包括相互独立的A相输入绕组、B相输入绕组和C相输入绕组，所述三相输出变压器或三相输出变压器组To的二次侧包括相互独立的A相输出绕组、B相输出绕组和C相输出绕组。
所述输出选择开关Ho的输入端分别连接到第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器的输出端，所述输出选择开关Ho的A相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组To的A相输入绕组，所述输出选择开关Ho的B相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组To的B相输入绕组，所述输出选择开关Ho的C相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组To的C相输入绕组。
本实施例中，直接潮流控制器工作时，（1）第一A相Buck交流单元电路的输出电压u a1，串联第二B相Buck交流单元电路的输出电压u b2，经第一输出滤波器（L fa和C fa）后，得到矢量合成后的电压u oa3，其相位角调节宽度为120°，同理，第一B相Buck交流单元电路的输出电压u b1，串联第二C相Buck交流单元电路的输出电压u c2，经第二输出滤波器后，得到矢量合成后的电压u ob3，同理，第一C相Buck交流单元电路的输出电压u c1，串联第二A相Buck交流单元电路的输出电压u a2，经第三输出滤波器后，得到矢量合成后的电压u oc3，通过输出选择开关Ho将电压u oa3连接到A相输入绕组（A7和A8两点）、电压u ob3连接到B相输入绕组（B7和B8两点）、电压u oc3连接到C相输入绕组（C7和C8两点），再经三相输出变压器或三相输出变压器组To输出电压u oa、u ob、u oc与原电网电压串联，得到新的电网传送端电压；
（2）通过输出选择开关Ho将电压u oa3连接到B相输入绕组（B7和B8两点）、电压u ob3连接到C相输入绕组（C7和C8两点）、电压u oc3连接到A相输入绕组（A7和A8两点），此时，输出电压相位角调节范围逆时针旋转120°，再经三相输出变压器或三相输出变压器组To输出电压u oa、u ob、u oc与原电网电压串联，得到新的电网传送端电压；
（3）通过输出选择开关Ho将电压u oa3连接到C相输入绕组（C7和C8两点）、电压u ob3连接到A相输入绕组（A7和A8两点）、电压u oc3连接到B相输入绕组（B7和B8两点），此时，输出电压相位角调节范围顺时针旋转120°，再经三相输出变压器或三相输出变压器组To输出电压u oa、u ob、u oc与原电网电压串联，得到新的电网传送端电压。三组组合起来实现输出电压相位角的360°调节。
实施例三：
参见图3所示，一种相位360°合成型直接潮流控制器，该直接潮流控制器包括依次连接的三相输入变压模块1、单相Buck交流单元电路模块3、输出滤波模块4、以及三相输出变压模块5；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述单相Buck交流单元电路模块包括9个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第三A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第三B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路、第二C相Buck交流单元电路和第三C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端、第一B相Buck交流单元电路的输出端与第一C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第二A相Buck交流单元电路的输出端、第二B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第三A相Buck交流单元电路的输出端、第三B相Buck交流单元电路的输出端与第三C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
本实施例中，所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组Ti；
所述三相输入变压器或三相输入变压器组Ti的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第三A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第三B相输出绕组、第一C相输出绕组、第二C相输出绕组和第三C相输出绕组；
所述第一A相输出绕组Na1连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第三A相输出绕组连接到第三A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组Nb1连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第三B相输出绕组连接到第三B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组Nc1连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端，所述第三C相输出绕组连接到第三C相Buck交流单元电路的输入端。
本实施例中，所述三相输出变压模块为三相输出变压器或三相输出变压器组To；所述三相输出变压器或三相输出变压器组To的一次侧包括相互独立的A相输入绕组、B相输入绕组和C相输入绕组；
所述A相输入绕组连接到第一输出滤波器的输出端，所述B相输入绕组连接到第二输出滤波器的输出端，所述C相输入绕组连接到第三输出滤波器的输出端。
本实施例中，直接潮流控制器工作时，第一A相Buck交流单元电路的输出电压u a1，串联第一B相Buck交流单元电路的输出电压u b1，再串联第一C相Buck交流单元电路的输出电压u c1，经第一输出滤波器（L fa和C fa）后，得到矢量合成后的电压u oa3，其相位角调节宽度为360°；同理，第二B相Buck交流单元电路的输出电压u b2，串联第二C相Buck交流单元电路的输出电压u c2，再串联第二A相Buck交流单元电路的输出电压u a2，经第二输出滤波器后，得到矢量合成后的电压u ob3，其相位角调节宽度为360°；第三C相Buck交流单元电路的输出电压u c3，串联第三A相Buck交流单元电路的输出电压u a3，再串联第三B相Buck交流单元电路的输出电压u b3，经第三输出滤波器后，得到矢量合成后的电压u oc3，其相位角调节宽度为360°；三相输出变压器或三相输出变压器组To的输出电压u oa、u ob、u oc的相位角调节范围都是360°，实现了输出电压的360°相位角调节，将它们与原电网电压串联后，得到新的电网传送端电压。相比于原电网电压，新的电网传送端电压相位角可超前或滞后调节，幅值可升压或降压控制。
本发明的上述实施例中的单相Buck交流单元电路的内部结构均相同。
参见图4所示，其给出了本发明相位360°合成型直接潮流控制器的矢量合成范围，U a与U b分别经单相Buck交流单元电路模块调制后，两者输出串联矢量合成，得到电压的幅值和相位均在第二区间②内；同理，U b与U c经单相Buck交流单元电路模块矢量合成得到的电压，其幅值和相位均在第三区间③内；U c与U a经单相Buck交流单元电路模块矢量合成得到的电压，其幅值和相位均在第一区间①内。
具体地，在实施例1和实施例2中，设第一A相Buck交流单元输入电压为u ia1=U iA1sinωt，第二A相Buck交流单元输入电压为u ia2=U iA2sinωt，第一B相Buck交流单元输入电压为u ib1=U iB1sin(ωt-120°)，第二B相Buck交流单元输入电压为u ib2=U iB2sin(ωt-120°)，第一C相Buck交流单元输入电压u ic1=U iC1sin(ωt+120°)，第二C相Buck交流单元输入电压u ic2=U iC2sin(ωt+120°)；则u oa3=u ia1 d a1+u ib2 d b2，其相位在第二区间②内；则u ob3=u ib1 d b1+u ic2 d c2，其相位在第三区间③内；则u oc3=u ic1 d c1+u ia2 d a2，其相位在第一区间①内。其中，d a1为第一A相占空比，d a2为第二A相占空比，d b1为第一B相占空比，d b2为第二B相占空比，d c1为第一C相占空比，d c2为第二C相占空比（下文同理）。
在实施例3中，设第一A相Buck交流单元输入电压为u ia1=U iA1sinωt，第二A相Buck交流单元输入电压为u ia2=U iA2sinωt，第三A相Buck交流单元输入电压为u ia3=U iA3sinωt，第一B相Buck交流单元输入电压为u ib1=U iB1sin(ωt-120°)，第二B相Buck交流单元输入电压为u ib2=U iB2sin(ωt-120°)，第三B相Buck交流单元输入电压为u ib3=U iB3sin(ωt-120°)，第一C相Buck交流单元输入电压u ic1=U iC1sin(ωt+120°)，第二C相Buck交流单元输入电压u ic2=U iC2sin(ωt+120°) 第三C相Buck交流单元输入电压u ic3=U iC3sin(ωt+120°)；以矢量合成电压u oa3为例，u oa3=u ia1 d a1+u ib1 d b1+u ic1 d c1，若期望交流输出电压u oa3的相位在第一区间①内，则u oa3=u ic1 d c1+u ia1 d a1，其中第一B相占空比d b1=0；若期望交流输出电压u oa3的相位在第二区间②内，则u oa3=u ib1 d b1+u ia1 d a1，其中第一C相占空比d c1=0；若期望输出电压u oa3的相位在第三区间③内，则u oa3=u ib1 d b1+u ic1 d c1，其中第一A相占空比d a1=0。
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。对上述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上述实施例，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 (10)

1.一种相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：该直接潮流控制器包括三相输入变压模块、输入选择开关、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、以及三相输出变压模块；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述输入选择开关连接到三相输入变压模块的一次侧或二次侧；
所述单相Buck交流单元电路模块包括6个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端与第二B相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第一B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第一C相Buck交流单元电路的输出端与第二A相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
2.根据权利要求1所述的相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组，所述三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第一C相输出绕组和第二C相输出绕组。
3.根据权利要求2所述的相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：当所述输入选择开关连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧时；
所述输入选择开关的输入端并联接入高压电网，所述输入选择开关的输入端包括第一输入端点、第二输入端点和第三输入端点，所述输入选择开关的A相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的A相输入端，所述输入选择开关的B相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的B相输入端，所述输入选择开关的C相输出端连接到三相输入变压器或三相输入变压器组的C相输入端；
所述第一A相输出绕组连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：所述第一输出滤波器包括第一输出滤波电感和第一输出滤波电容；
所述第二输出滤波器包括第二输出滤波电感和第二输出滤波电容；
所述第三输出滤波器包括第三输出滤波电感和第三输出滤波电容。
5.一种相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：该直接潮流控制器包括三相输入变压模块、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、输出选择开关、以及三相输出变压模块；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述输出选择开关连接到三相输出变压模块的一次侧或二次侧；
所述单相Buck交流单元电路模块包括6个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路和第二C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端与第二B相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第一B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第一C相Buck交流单元电路的输出端与第二A相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
6.根据权利要求5所述的相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组，所述三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第一C相输出绕组和第二C相输出绕组；
所述第一A相输出绕组连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端。
7.根据权利要求5所述的相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：所述三相输出变压模块为三相输出变压器或三相输出变压器组；
所述三相输出变压器或三相输出变压器组的一次侧包括相互独立的A相输入绕组、B相输入绕组和C相输入绕组，所述三相输出变压器或三相输出变压器组的二次侧包括相互独立的A相输出绕组、B相输出绕组和C相输出绕组；
当所述输出选择开关连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的一次侧时；
所述输出选择开关的输入端分别连接到第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器的输出端，所述输出选择开关的A相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的A相输入绕组，所述输出选择开关的B相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的B相输入绕组，所述输出选择开关的C相输出端连接到三相输出变压器或三相输出变压器组的C相输入绕组。
8.一种相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：该直接潮流控制器包括依次连接的三相输入变压模块、单相Buck交流单元电路模块、输出滤波模块、以及三相输出变压模块；
所述直接潮流控制器的输入端并联接入高压电网，所述直接潮流控制器的输出端串联接入高压电网；
所述单相Buck交流单元电路模块包括9个电路结构一致的第一A相Buck交流单元电路、第二A相Buck交流单元电路、第三A相Buck交流单元电路、第一B相Buck交流单元电路、第二B相Buck交流单元电路、第三B相Buck交流单元电路、第一C相Buck交流单元电路、第二C相Buck交流单元电路和第三C相Buck交流单元电路;
所述输出滤波模块包括第一输出滤波器、第二输出滤波器和第三输出滤波器；
所述第一A相Buck交流单元电路的输出端、第一B相Buck交流单元电路的输出端与第一C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第一输出滤波器的输入端，所述第二A相Buck交流单元电路的输出端、第二B相Buck交流单元电路的输出端与第二C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第二输出滤波器的输入端，所述第三A相Buck交流单元电路的输出端、第三B相Buck交流单元电路的输出端与第三C相Buck交流单元电路的输出端串联后连接到第三输出滤波器的输入端。
9.根据权利要求8所述的相位360°合成型直接潮流控制器，其特征在于：所述三相输入变压模块为三相输入变压器或三相输入变压器组；
所述三相输入变压器或三相输入变压器组的一次侧为三角形连接，二次侧包括相互独立的第一A相输出绕组、第二A相输出绕组、第三A相输出绕组、第一B相输出绕组、第二B相输出绕组、第三B相输出绕组、第一C相输出绕组、第二C相输出绕组和第三C相输出绕组；
所述第一A相输出绕组连接到第一A相Buck交流单元电路的输入端，所述第二A相输出绕组连接到第二A相Buck交流单元电路的输入端，所述第三A相输出绕组连接到第三A相Buck交流单元电路的输入端，所述第一B相输出绕组连接到第一B相Buck交流单元电路的输入端，所述第二B相输出绕组连接到第二B相Buck交流单元电路的输入端，所述第三B相输出绕组连接到第三B相Buck交流单元电路的输入端，所述第一C相输出绕组连接到第一C相Buck交流单元电路的输入端，所述第二C相输出绕组连接到第二C相Buck交流单元电路的输入端，所述第三C相输出绕组连接到第三C相Buck交流单元电路的输入端。
10.一种相位360°合成型直接潮流控制器的工作方法，其特征在于：通过调整三相输入变压模块的匝比来调节三相交流输入电压的幅值，调整三相输出变压模块的匝比和开关管的占空比来调节该直接潮流控制器的输出电压的幅值，并通过调整开关管的占空比进行矢量合成来调节该直接潮流控制器的输出电压相对于原高压电网输入电压的相位差；
通过输入选择开关改变输入选择开关的3个输入端点与三相输入变压模块一次侧的A相输入端、B相输入端和C相输入端的连接方式，实现输出电压相位角的360°调节；或通过输出选择开关改变3个输出滤波器的输出端与三相输出变压模块一次侧的3个输入绕组的连接方式，实现输出电压相位角的360°调节；或通过将三相输入变压模块二次侧的9个输出绕组与9个单相Buck交流单元电路的输入端的组合连接，实现输出电压相位角的360°调节。
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