CN110429581A - 支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器和方法，其中控制器包括线路部分、第一控制部分、第二控制部分以及电池部分；所述线路部分包括线路主体、第一节点、旁路开关以及第二节点；所述第一节点、旁路开关以及第二节点依次设置在线路主体上；所述电池部分一端与第二节点电连接，另一端依次通过第二控制部分、第一控制部分与第一节点电连接；所述电池部分包括电容器。本发明通过合理有效控制电容同侧的3组反向串联IGBT，确保装置可以应对三条直流线路的不种潮流方向情况。

Description

支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器和方法

技术领域

本发明涉及电力电子变换器与直流输电领域，具体地，涉及一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器和方法，尤其涉及一种支持双向调控的电容共用式三线间直流潮流控制器以及直流潮流控制器(DC Power Flow Controller,简称DCPFC)电路拓扑设计与运行控制技术。

背景技术

近年来，高压直流输电系统工程(例如，基于电压源型变换器的南澳三端高压直流输电系统和基于电压源型变换器的舟山五端高压直流输电系统)的快速建设引起了学术界和工业界对高压直流输电系统和直流潮流控制的广泛关注。在直流输电系统中，直流线路的潮流由直流线路端电压和直流线路电阻被动决定。因此，对于一个给定的直流电网，需要通过调节直流线路端电压和直流线路电阻来改变直流网络的潮流控制与分布。对于复杂的多线路直流输电系统，仅通过调节电压源型变换器的输出功率无法实现每一条直流线路潮流的精确调节。复杂直流输电系统的多线路潮流控制是电力输电安全的重要衡量指标，因此直流潮流控制问题受到学术界和工业界的重点关注。

如今，一种新型技术概念，直流潮流控制器被引入到高压直流输电系统，用于增强直流电网潮流的主动和精确控制能力。引入直流潮流控制器的高压直流输电系统，具备更好的系统级直流潮流控制能力和功率调度灵活性，可达到各支路直流潮流主动协同优化与输电安全的目的。

直流潮流控制器可分为两类，电阻型直流潮流控制器和电压型直流潮流控制器，其工作原理分别等效为改变直流线路的线路电阻和直流线路的端电压。

电阻型直流潮流控制器，在直流线路上串联可变电阻来改变直流线路潮流。但电阻型直流潮流控制器增大了直流线路的等效电阻，故直流线路潮流会减小，即只具备单向直流潮流调节能力。且增大直流线路的等效电阻会增大直流输电系统的输电损耗，所以电阻型直流潮流控制器在工程上的应用范围有限。

依据内部电路结构和外部特性，电压型直流潮流控制器可分为直流变压器、串联可调电压源、线间直流潮流控制器和多端口直流潮流控制器。

直流变压器和串联可调电压源，相当于在直流线路中串联一个数值可调的直流电压源，进而调节直流线路的潮流，具有双向调控能力。两者的不同之处是：直流变压器结构复杂且容量大，需要串联安装在不同电压等级的正极性直流线路和负极性直流线路中，即需承受直流电网的系统级电压和功率；串联可调电压源需要外部电源供电，仅串联安装在正极性直流线路或者负极性直流线路中，承受较低的电压等级和功率等级。

为了解决多目标直流潮流控制的需求，多端口直流潮流控制器和线间直流潮流控制器相继被提出。两者相同之处是，均相当于在多条直流线路中串联可调电压源，且无需外部电压源支撑，通过直流线路之间的能量交换实现多条直流线路的主动潮流控制，具有更大的潮流调节范围。两者的不同之处是，多端口直流潮流控制器内含多相交流变压器和模块化多端平结构，装置复杂程度和制造成本较高；线间直流潮流控制是一种全直流拓扑结构解决方案，装置复杂程度和制造成本较低。

文献[1]提出了一种以电容作为能量枢纽的直流潮流控制器，内含三个H桥结构，相等于在三条直流线路中等效串联电压源，三个等效串联电压源之间进行功率交换以改变线路的潮流。该电路相应的工作原理和控制方法仅一条直流线路的主动潮流控制，另外两条直流线路的潮流被动变化，该技术方案的主动潮流控制能力并未充分挖掘。文献[2]在提出一种双H桥结构的两线间直流控制器，适用于同一节点连接的两条线路之间的潮流控制，且能应对潮流反转的场景，实现一条直流线路的潮流主动控制，另一条直流线路的潮流被动变化。文献[3]研究了一种三端口直流潮流控制器，装置内含一个三相变压器和18个模块化多电平子模块，呈现DC/AC/DC两级功率变换，适用于三条直流线路场景，实现其中两条直流线路潮流主动控制，另一条直流线路的潮流被动改变。

综上所述，文献[1]和[2]所提的直流潮流控制器及其控制策略，只能实现一条线路潮流主动增大/减小，未能实现多条直流线路的主动潮流控制，应用场合受限。为解决高压直流输电系统的多目标直流潮流控制问题，需要充分挖掘电路结构，对工作原理和控制策略进行改进，构造新型直流潮流控制器，使其具备实现两条直流线路潮流的主动控制功能，且能应对潮流反向流动的场景。

其中，文献[1]为：

Diab H Y,Marei M I,Tennakoon S B.Operation and control of aninsulated gate bipolar transistor-based current controlling device for powerflow applications in multi-terminal high-voltage direct current grids[J](基于绝缘栅双极晶体管的电流控制设备的运行和控制在多端高压直流电网中的潮流应用).IetPower Electronics(IET电力电子),2016,9(2):305-315.

文献[2]为：

Balasubramaniam S,Ugalde-Loo C E,Liang J,et al.ExperimentalValidation of Dual H-Bridge Current Flow Controllers for Meshed HVdc Grids[J](应用于复杂高压直流电网的双H桥潮流控制器的实验验证).IEEE Transactions onPower Delivery(IEEE电力传输会刊),2017,PP(99):1-1.

文献[3]为：

Mike R,Peter W.L.A multiport Power-Flow Controller for DCTransmission Grids[J].(用于直流输电网的多端口潮流控制器)IEEE Transactions onPower Delivery(IEEE电力传输会刊),vol.31,no.1,pp.389-396,Feb.2016.

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器和方法。

根据本发明提供的一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，包括线路部分、第一控制部分、第二控制部分以及电池部分；

所述线路部分包括线路主体、第一节点、旁路开关以及第二节点；所述第一节点、旁路开关以及第二节点依次设置在线路主体上；

所述电池部分一端与第二节点电连接，另一端依次通过第二控制部分、第一控制部分与第一节点电连接；

所述电池部分包括电容器。

优选地，3个所述线路部分对应着3个第一控制部分和3个第二控制部分。

优选地，所述电池部分还包括第三控制部分；所述第三控制部分能够改变电容器接入的正负极性。

优选地，所述第三控制部分包括设定数量的控制元件组；所述控制元件组包括反向并联的IGBT和二极管。

优选地，所述第一控制部分包括设定数量的控制元件组；所述第二控制部分包括设定数量的控制元件组；所述控制元件组包括反向并联的IGBT和二极管。

优选地，所述第一控制部分和第二控制部分相对设置；所述相对设置是指第一控制部分的IGBT发射极与第二控制部分的IGBT发射极电连接、第一控制部分的二极管导通方向与第二控制部分的二极管导通方向相反。

根据本发明提供的一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法，利用上述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，包括控制部分驱动步骤；

控制部分驱动步骤：第一差值经过比例-积分-微分控制器，即PID调节器后与锯齿载波生成PWM波，通过逻辑运算得到三路互补的脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3，分别用来驱动各个控制元件组；

所述第一差值为：

-设定的线路部分电流参考值与实际测量电流值的差值；或者

-设定的线路部分电压参考值与实际测量电压值的差值。

优选地，所述支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法还包括功率转出步骤和功率转入步骤；

功率转出步骤：依次连通电池部分与待转出功率的线路部分，并通过第三控制部分调整电池元件接入的正负极性实现功率转出；

功率转入步骤：依次连通电池部分与待转入功率的线路部分，并通过第三控制部分调整电池元件接入的正负极性实现功率转入。

优选地，所述功率转出步骤包括如下子步骤：

步骤O1：选取待转出功率的线路部分中的任一个并记为X，关闭设置在X线路主体上的旁路开关；

步骤O2：以设定的方式开启与X相连的第一控制部分和第二控制部分，所述设定的方式开启是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地导通X与电池部分；

步骤O3：通过第三控制部分调整电容器接入的正负极性实现X的功率转出；

步骤O4：以设定的方式关闭与X相连的第一控制部分和第二控制部分，开启设置在X线路主体上的旁路开关，X的功率转出过程完成，所述设定的方式关闭是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地断路X与电池部分；

步骤O5：判断是否还存在待转出功率的线路部分，若存在，则返回步骤O1，否则，则功率转出步骤完成。

优选地，所述功率转入步骤包括如下子步骤：

步骤I1：选取待转入功率的线路部分中的任一个并记为Y，关闭设置在Y线路主体上的第一控制部分；

步骤I2：以设定的方式开启与Y相连的第一控制部分和第二控制部分，所述设定的方式开启是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地导通X与电池部分；

步骤I3：通过第三控制部分调整电容器接入的正负极性实现Y的功率转入；

步骤I4：以设定的方式关闭与Y相连的第一控制部分和第二控制部分，开启设置在Y线路主体上的旁路开关，Y的功率转入过程完成，所述设定的方式关闭是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于Y电流方向地断路Y与电池部分；

步骤I5：判断是否还存在待转入功率的线路部分，若存在，则返回步骤I1，否则，功率转入步骤完成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本专利针对上述应用于三条直流线路的直流潮流控制器的不足，提出一种能控制三条线路潮流的新型全直流潮流控制器，其中两条线路潮流实现主动控制，另一条线路潮流被动控制，适用于多潮流控制目标的场合，提高直流输电系统的潮流控制自由度，且能应对潮流反向流动的场景，具有更为广泛的应用前景。

本发明提出的新型直流潮流控制器，具有以下优点：

实现三条线路潮流的控制，其中两条线路实现主动控制，提升复杂多端直流电力系统的潮流控制维度；

该拓扑具有对称结构，线路潮流可以双向流动，应用场景多样；

该拓扑不需承受系统电压，电压应力较低，可应用于各直流电压等级；

该电路结构框架无需外部电压源，故设计难度和装置成本较低。

尤其是，相比于其他现有的潮流控制器，本发明通过合理有效控制电容同侧的3组反向串联IGBT，确保装置可以应对三条直流线路的不种潮流方向情况。如果采用电容两侧分别串联同向的IGBT的技术方案，会导致如下问题：潮流发生反转时会导致电容短路，无法有效控制反向潮流。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为电容共用式直流潮流控制器拓扑结构示意图；

图2为四端直流输电系统示意图；

图3为直流潮流控制器原理示意图；

图4为第一工况第一子状态示意图；

图5为第一工况第二子状态示意图；

图6为第一工况第三子状态示意图；

图7为第二工况第一子状态示意图；

图8为第二工况第二子状态示意图；

图9为第二工况第三子状态示意图；

图10为控制策略框图；

图11为开关信号仿真波形示意图；

图12为线路电流仿真波形示意图；

图13为电容电压及线路等效串联电压仿真波形示意图.

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，包括线路部分、第一控制部分、第二控制部分以及电池部分；

所述线路部分包括线路主体、第一节点、旁路开关以及第二节点；所述第一节点、旁路开关以及第二节点依次设置在线路主体上；

所述电池部分一端与第二节点电连接，另一端依次通过第二控制部分、第一控制部分与第一节点电连接；

所述电池部分包括电容器。

3个所述线路部分对应着3个第一控制部分和3个第二控制部分。

所述电池部分还包括第三控制部分；所述第三控制部分能够改变电容器接入的正负极性。

所述第三控制部分包括设定数量的控制元件组；所述控制元件组包括反向并联的IGBT和二极管。

所述第一控制部分包括设定数量的控制元件组；所述第二控制部分包括设定数量的控制元件组；所述控制元件组包括反向并联的IGBT和二极管。

所述第一控制部分和第二控制部分相对设置；所述相对设置是指第一控制部分的IGBT发射极与第二控制部分的IGBT发射极电连接、第一控制部分的二极管导通方向与第二控制部分的二极管导通方向相反。

根据本发明提供的一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法，利用上述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，包括控制部分驱动步骤；

控制部分驱动步骤：第一差值经过比例-积分-微分控制器，即PID调节器后与锯齿载波生成PWM波，通过逻辑运算得到三路互补的脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3，分别用来驱动各个控制元件组；

所述第一差值为：

-设定的线路部分电流参考值与实际测量电流值的差值；或者

-设定的线路部分电压参考值与实际测量电压值的差值。

所述支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法还包括功率转出步骤和功率转入步骤；

功率转出步骤：依次连通电池部分与待转出功率的线路部分，并通过第三控制部分调整电池元件接入的正负极性实现功率转出；

功率转入步骤：依次连通电池部分与待转入功率的线路部分，并通过第三控制部分调整电池元件接入的正负极性实现功率转入。

所述功率转出步骤包括如下子步骤：

步骤O1：选取待转出功率的线路部分中的任一个并记为X，关闭设置在X线路主体上的旁路开关；

步骤O2：以设定的方式开启与X相连的第一控制部分和第二控制部分，所述设定的方式开启是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地导通X与电池部分；

步骤O3：通过第三控制部分调整电容器接入的正负极性实现X的功率转出；

步骤O4：以设定的方式关闭与X相连的第一控制部分和第二控制部分，开启设置在X线路主体上的旁路开关，X的功率转出过程完成，所述设定的方式关闭是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地断路X与电池部分；

步骤O5：判断是否还存在待转出功率的线路部分，若存在，则返回步骤O1，否则，则功率转出步骤完成。

所述功率转入步骤包括如下子步骤：

步骤I1：选取待转入功率的线路部分中的任一个并记为Y，关闭设置在Y线路主体上的第一控制部分；

步骤I2：以设定的方式开启与Y相连的第一控制部分和第二控制部分，所述设定的方式开启是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地导通X与电池部分；

步骤I3：通过第三控制部分调整电容器接入的正负极性实现Y的功率转入；

步骤I4：以设定的方式关闭与Y相连的第一控制部分和第二控制部分，开启设置在Y线路主体上的旁路开关，Y的功率转入过程完成，所述设定的方式关闭是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于Y电流方向地断路Y与电池部分；

步骤I5：判断是否还存在待转入功率的线路部分，若存在，则返回步骤I1，否则，功率转入步骤完成。

进一步地，针对既有技术方案存在的缺点和不足，本发明的优选例旨在解决以下问题：

提高直流电力系统的潮流自由度：其中两条线路的潮流实现主动控制，另一条线路潮流被动控制；

直流潮流控制器的功能演化：除控制三条线路的潮流控制功能外，亦可实现任意两条线路的线间潮流控制；

减少交直流变换环节：取消交流变压器的使用，直接进行DC/DC变换，简化了装置的结构。

具有潮流双向调控能力，应用范围更加广泛。

本专利所申请的技术方案为一种可双向调控潮流的电容共用式直流潮流控制器电路拓扑。潮流控制器拓扑结构如图1所示，该潮流控制器配置在3条输电线路的公共节点处，属于一种直流潮流控制器(Triple Interline DC Power Flow Controller,简称TI-DCPFC)。该潮流控制器由1个公共电容、10个IGBT及对应反向并联的二极管、3个旁路开关组成(每个旁路开关由两个IGBT反向串联组成)。各电气量的参考方向如图1所示。

下面对其应用场景、工作原理和控制策略进行简要阐述。

A.直流潮流控制器的应用场景和基本原理

TI-DCPFC安装在多端直流电网同一换流站连接的三条线路之间，其应用场景如图2所示，为四端环网式单极大地回线直流输电系统。4个电压源型变换器VSC作为换流装置将直流电网和光伏电站或交流电网相连，彼此之间由直流输电线连接。直流输电线路的等效电阻分别为R₁₂、R₁₄、R₂₃、R₂₄、R₃₄。VSC1、VSC2和VSC3以恒功率向直流系统输送能量，输出功率分别为P₁、P₂和P₃，端电压分别为V₁、V₂和V₃；VSC4为能量接收端，采用恒电压控制模式，端电压为V₄。线路1-5的潮流分别为线路电流I₁、I₂、I₃、I₄、I₅。直流潮流控制器安装在线路1、线路2和线路3的公共连接点，即VSC4处。

对于单极大地回线直流系统，仅需在单极线路上安装该潮流控制器。对于双极中性线接地直流系统，需要在正极线路和负极线路均安装该直流潮流控制器。由于双极中心线接地直流系统具有对称性，本专利选择单极大地回线直流系统作为应用背景对该直流潮流控制器进行说明。

电容共用式三线间潮流控制器原理图如图3所示，等效为在三条线路上分别串联了一个大小和极性可调的直流电压源。能量在两条受控线路和相邻线路之间交换，通过改变串联电压源的电压，实现对两条线路潮流的主动控制。

B.直流潮流控制器的工作原理

本部分针对图1所示的拓扑结构的工作原理进行阐述。

当旁路开关闭合时，线路电流通过旁路开关，潮流控制器未投入使用，不影响系统正常运行。当旁路开关断开时，通过控制全桥开关T₁-T₄改变电容接入的正负极性，控制开关S₁-S₆改变电容接入的线路和作用时间，可频繁地将电容接入三条线路中。TI-DCPFC接入每条线路的端口电压分别为V_C1、V_C2和V_C3。TI-DCPFC中反串联IGBT的使用，使得该装置适用于潮流双向流动的场景。反向串联的IGBT可应对潮流双向流动的情况，下面选取两种不同潮流流向组合的工况，对三子开关模态工作原理进行说明。

第一工况：当电流I₁、I₂、I₃均为正时，以功率从线路1向线路2和线路3传递为例，其不同子模态下的开关状态如图4-6所示。

初始状态时潮流控制器未投入使用，旁路开关Q₁、Q₂、Q₃导通。

第一工况第一子状态：系统达到稳态后，线间潮流控制器投入使用，关断Q₁，开通S₁，与开关的反并联二极管D_S4、D_T2、D_T3形成通路，将电容C正向串联入线路1，即电容电压正方向与线路潮流方向相同，V_C1＝V_C。此时电容以电流I₁充电，电容电压增加，线路1潮流减小，线路2、3不受影响，此时电路开关状态如图4所示。

第一工况第二子状态：一段时间后关断Q₂、S₁，并开通Q₁、S₂、T₁、T₄，与二极管D_S5形成通路，将电容反向串联在线路2上，此时电容电压方向与线路2潮流方向相反，V_C2＝-V_C。电容以电流I₂放电，电压减小，线路2潮流增大，线路1、3不受影响，此时电路开关状态如图5所示；

第一工况第三子状态：一段时间后关断Q₃、S₂，并开通Q₂、S₃，与D_S6、T₁、T₄形成通路，此时电容反向串联在线路3上，V_C3＝-V_C。电容以电流I₃放电，电压减小，线路3潮流增大，线路1、2不受影响，此时电路开关状态如图6所示。一段时间后再关断Q₁、S₃、、T₁、T₄，并开通Q₃、S₁，电路又回到阶段1，重复上一周期的过程。该潮流控制器利用电容C储存能量，然后将能量从C中转移到线路2和线路3中，达到增大I₂、I₃的目标。

第二工况：当线路3潮流反向，线路1、线路2潮流仍为正时，以减小线路1的潮流同时增大线路2、3的潮流的控制目标为例，电路在一个周期内的三个子开关状态如图7-9所示。

第二工况第一子状态：系统达到稳态后，线间潮流控制器投入使用，关断Q₁，开通S₁，与二极管D_S4、D_T2、D_T3形成通路，将电容C正向串联入线路1，即电容电压正方向与线路潮流方向相同，V_C1＝V_C。此时电容以电流I₁充电，电容电压增大，线路1潮流减小，线路2、3不受影响，此时电路开关状态如图7所示。

第二工况第二子状态：一段时间后关断Q₂、S₁，并开通Q₁、S₂、T₂、T₃，与二极管D_S5形成通路，将电容反向串联在线路2上，此时电容电压方向与线路2潮流方向相反，V_C2＝-V_C。电容以电流I₂放电，电压减小，线路2潮流增大，线路1、3不受影响，此时电路开关状态如图8所示；

第二工况第三子状态：一段时间后关断Q₃、S₂、T₂、T₃，并开通Q₂、S₆、T₁、T₄，与D_S3形成通路，此时电容正向串联在线路3上，V_C3＝V_C。电容电压与线路3潮流方向相反，以电流I₃放电，电压减小，线路3潮流反向增大，线路1、2不受影响，此时电路开关状态如图9所示。一段时间后再关断Q₁、S₆、T₁、T₄，并开通Q₃、S₁，电路又回到第一子状态，重复上一周期的过程。利用电容C作为能量中枢，将能量从线路1中转移到线路2和线路3中，达到减小I₁增大I₂、I₃的目标。

从以上分析可知，在不同工况下为实现潮流控制目标需要控制13个开关的通断，三个子状态的工作时间在一个周期内互补。该工作原理可以适用于线路潮流双向流动的场景，实现功率从2条线路向另1条线路转移，或者从1条线路向另2条线路转移，其他工况和控制目标下类似。

C.直流潮流控制器的特性分析

以第一工况为例分析该潮流控制器的工作特性。设第一工况第一子状态的占空比为D₁，第一工况第二子状态的占空比为D₂，第一工况第三子状态的占空比与第一子状态、第二子状态互补导通，为1-D₁-D₂。

系统处于稳态时，电容C的电压连续，根据安秒平衡原则，有：

I₁D₁-I₂D₂-I₃(1-D₁-D₂)＝0

各个节点与公共节点之间串联的等效电压为：

其中V_C为电容电压的平均值。

可以得到线路潮流和线路上等效串联电压的关系：

I₁V_C1+I₂V_C2+I₃V_C3＝0

该公式表明，该线间潮流控制器不产生额外损失时，可实现100％功率转移。

结合系统的电路方程：

以上方程组包括12个方程和10个未知数，给定两条线路潮流的参考值后，可解出占空比D₁和D₂，从而生成控制信号控制开关开通和关断。由此方程组体现出的工作特性，表明该工作模式下的直流潮流控制器，具备主动控制两条线路潮流的能力。

特别地，当D₁＝0或D₂＝0或D₁+D₂＝1时，线路2与线路3或线路1与线路3或线路1与线路2交换能量，潮流控制器能实现两线间潮流控制器的功能。

D.直流潮流控制器的控制策略

控制策略框图如图10所示。I_1ref为线路1的电流参考值，I_2ref为线路2的电流参考值，该参考值与实际测量得到的电流I₁和I₂进行比较，所得差值经过PID调节器后与锯齿载波生成PWM波，通过逻辑运算得到三路互补的脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3，分别用来驱动各个工况、各个子状态中的各个开关。电流参考信号和采样电流也可换成电压信号，即以线路1、2串联等效电压为控制量。该控制策略需要利用逻辑电路，由2个控制目标产生3组驱动信号。对于不同的工况和控制目标，控制策略与之类似，改变被测电流、电流参考值以及被控器件即可。

下面结合附图及具体实施例对本发明方案进行进一步的详细说明。

实施举例1：

为了验证本专利提出的TI-DCPFC拓扑的可行性和有效性，搭建了一个四端环网式单极大地回线直流输电系统，如图2所示。其中VSC1和VSC2为功率注入端，以恒功率模式工作，P₁＝300MW，P₂＝120MW；VSC3和VSC4为功率吸收端，VSC3以恒功率模式工作，P₃＝-200MW，VSC4以恒电压模式工作，V₄＝200kV，线路等效电阻R₁₄＝2Ω,R₂₄＝R₃₄＝1.5Ω,R₁₂＝R₂₃＝1Ω。TI-DCPFC接在Bus4处。电容C＝50μF,开关频率为1kHz。未投入直流潮流控制器时，线路1、2、3的电流分别为I₁＝0.7321kA,I₂＝0.4715kA,I₃＝-0.1175kA，其中线路3的潮流方向与线路1、2相反。

设置TI-DCPFC控制线路1的电流减小为0.6kA，线路2的电流增大为0.7kA，同时反向增大线路3的电流。此时一个周期的开关状态如图5所示，线路串联等效电压与电容平均电压和占空比的关系如下：

t＝1s时，TI-CDPFC投入运行，仿真波形如图7、图8和图9所示，通过TI-DCPFC的调节，3条线路的潮流可得到稳定控制，理论值和仿真结果的数据对比表如下表1所示。图7为3组互补导通的开关信号波形，符合控制策略的理论分析，验证了三线间潮流控制器的工作原理。图8为3条线路电流的波形图，可以看到TI-DCPFC投入运行0.3s后，线路电流达到并稳定在预期值。图9为线路串电容电压仿真波形，V_C1、V_C2和V_C3电压达到稳定，且稳定值和通过理论计算得到的电压值相符。可见线路电流I₁、I₂和I₃受TI-DCPFC控制后稳定维持在0.6kA、0.7kA和-0.215kA左右，两条受控线路潮流的控制效果良好，其他线路电流也符合理论分析。计及开关损耗后，串联等效电压与理想值的偏差在也在误差范围内。

表1三线间潮流控制器投入运行后系统参数和仿真结果对比

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，其特征在于，包括线路部分、第一控制部分、第二控制部分以及电池部分；

所述线路部分包括线路主体、第一节点、旁路开关以及第二节点；所述第一节点、旁路开关以及第二节点依次设置在线路主体上；

所述电池部分一端与第二节点电连接，另一端依次通过第二控制部分、第一控制部分与第一节点电连接；

所述电池部分包括电容器。

2.根据权利要求1所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，其特征在于，3个所述线路部分对应着3个第一控制部分和3个第二控制部分。

3.根据权利要求1所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，其特征在于，所述电池部分还包括第三控制部分；所述第三控制部分能够改变电容器接入的正负极性。

4.根据权利要求3所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，其特征在于，所述第三控制部分包括设定数量的控制元件组；所述控制元件组包括反向并联的IGBT和二极管。

5.根据权利要求1所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，其特征在于，所述第一控制部分包括设定数量的控制元件组；所述第二控制部分包括设定数量的控制元件组；所述控制元件组包括反向并联的IGBT和二极管。

6.根据权利要求5所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，其特征在于，所述第一控制部分和第二控制部分相对设置；所述相对设置是指第一控制部分的IGBT发射极与第二控制部分的IGBT发射极电连接、第一控制部分的二极管导通方向与第二控制部分的二极管导通方向相反。

7.一种支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法，其特征在于，利用权利要求1至6中任一项所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制器，包括控制部分驱动步骤；

控制部分驱动步骤：第一差值经过比例-积分-微分控制器，即PID调节器后与锯齿载波生成PWM波，通过逻辑运算得到三路互补的脉冲信号PWM1、PWM2、PWM3，分别用来驱动各个控制元件组；

所述第一差值为：

-设定的线路部分电流参考值与实际测量电流值的差值；或者

-设定的线路部分电压参考值与实际测量电压值的差值。

8.根据权利要求7所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法，其特征在于，所述支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法还包括功率转出步骤和功率转入步骤；

功率转出步骤：依次连通电池部分与待转出功率的线路部分，并通过第三控制部分调整电池元件接入的正负极性实现功率转出；

功率转入步骤：依次连通电池部分与待转入功率的线路部分，并通过第三控制部分调整电池元件接入的正负极性实现功率转入。

9.根据权利要求8所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法，其特征在于，所述功率转出步骤包括如下子步骤：

步骤O1：选取待转出功率的线路部分中的任一个并记为X，关闭设置在X线路主体上的旁路开关；

步骤O2：以设定的方式开启与X相连的第一控制部分和第二控制部分，所述设定的方式开启是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地导通X与电池部分；

步骤O3：通过第三控制部分调整电容器接入的正负极性实现X的功率转出；

步骤O4：以设定的方式关闭与X相连的第一控制部分和第二控制部分，开启设置在X线路主体上的旁路开关，X的功率转出过程完成，所述设定的方式关闭是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地断路X与电池部分；

步骤O5：判断是否还存在待转出功率的线路部分，若存在，则返回步骤O1，否则，则功率转出步骤完成。

10.根据权利要求8所述的支持双向调控的电容共用式直流潮流控制方法，其特征在于，所述功率转入步骤包括如下子步骤：

步骤I1：选取待转入功率的线路部分中的任一个并记为Y，关闭设置在Y线路主体上的第一控制部分；

步骤I2：以设定的方式开启与Y相连的第一控制部分和第二控制部分，所述设定的方式开启是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于X电流方向地导通X与电池部分；

步骤I3：通过第三控制部分调整电容器接入的正负极性实现Y的功率转入；

步骤I4：以设定的方式关闭与Y相连的第一控制部分和第二控制部分，开启设置在Y线路主体上的旁路开关，Y的功率转入过程完成，所述设定的方式关闭是指第一控制部分和第二控制部分能够匹配于Y电流方向地断路Y与电池部分；

步骤I5：判断是否还存在待转入功率的线路部分，若存在，则返回步骤I1，否则，功率转入步骤完成。