CN110518565B - 基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，包括：连接第一输电线路的第一衔接单元、连接第二输电线路的第二衔接单元、连接第三输电线路的第三衔接单元、能量枢纽以及交互环节部分；第一衔接单元、第二衔接单元和第三衔接单元的输出端连接在一起；能量枢纽分别与第一衔接单元、第二衔接单元和第三衔接单元的输出端连接在一起，承担三线路复合直流潮流控制器内部能量传递媒介；交互环节部分分别与第一衔接单元、第二衔接单元和第三衔接单元的输出端连接在一起，并连接外部直流电压源。三条直流线路潮流实现主动控制，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。

Description

基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器

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，涉及一种基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器。

背景技术

我国多端直流输配电工程的快速建设，新能源规模化场站或集群基地的直流并网趋势，均凸显了直流潮流控制技术需求的必要性和紧迫性。在未来我国电力系统的形态中，直流输配电线路数目不断增长，直流电力系统部分的系统灵活性和冗余性大大增强，因而潮流分布问题将显著影响其运行安全性。对直流电力系统的线路潮流加以精确控制，可以避免某条直流线路因功率过大所造成的过负荷问题，同时亦可以促进高比例新能源的并网消纳。

对于一条给定的直流输配电线路，其潮流仅由直流线路两端的端口直流电压及直流线路电阻决定。在复杂的多端直流输配电网络中，任意两个直流换流站之间存在多条直流线路，因此每一条直流线路的潮流难以独立控制，即多条直流线路潮流的独立调控能力缺乏，彼此之间紧密耦合，对线路潮流的控制自由度不足。

直流潮流控制器作为一种新型潮流调控技术概念，通过先进电力电子技术装备，可实现一条乃至多条直流线路的功率主动调配，实现直流电力系统的线路潮流的优化与安全运行。基于直流潮流控制器的潮流调控，已成为直流输配电与新能源并网控制等交叉领域的核心问题，具备需求现实性与前瞻性。

从工作机理上划分，直流潮流控制器可分为电阻型直流潮流控制器和电压型直流潮流控制器，电阻型直流潮流控制器的工作原理等效为改变直流线路的线路电阻，电压型直流潮流控制器的工作原理等效为直流线路的端电压。

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。电阻型直流潮流控制器相当于在直流线路中串联了可调电阻，导致直流线路的等效电阻的增大，进而减小直流线路潮流，只具备单向直流潮流调节能力。且直流线路等效电阻的增大会导致直流输电系统的线路输电损耗的增大，因而电阻型直流潮流控制器的应用范围有限。

从连接方式和工作原理上划分，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，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，其工作原理等效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，具有双向直流潮流调节能力。但其结构复杂且容量大，需承受直流电网的系统级电压和功率，设计难度较大，制造成本较高。

串联可调电压源，串联安装在正极性直流线路或者负极性直流线路中，其工作原理等效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，具有双向直流潮流调节能力。串联可调电压源需要外部电源供电，仅需要承受较低的电压等级和功率等级。

多端口直流潮流控制器，串联安装在多条正极性直流线路或者负极性直流线路中，其工作原理等效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。但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。

线间直流潮流控制器是一种全直流拓扑结构解决方案，串联安装在多条正极性直流线路或者负极性直流线路中，其工作原理等效于在多条直流线路中串联可调电压源，且无需外部电压源，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，且装置复杂程度和制造成本较低。

文献1“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].IetPower Electronics,2016,9(2):305-315.”提出了一种新型三线间直流潮流控制器，内含三个H桥结构，相当于在三条直流线路中等效串联电压源，以电容作为能量枢纽，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。文献所阐述的技术方案仅实现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“Balasubramaniam S,Ugalde-Loo C E,Liang J,etal.Experimental Validation of Dual H-Bridge Current Flow Controllers forMeshed HVdc Grids[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2017,PP(99):1-1.”在提出一种具有双H桥结构的新型两线间直流潮流控制器，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。该技术方案可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“Mike R,Peter W.L.A multiport Power-Flow Controller for DC Transmission Grids[J].IEEE Transactions on PowerDelivery,vol.31,no.1,pp.389-396,Feb.2016.”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多个模块化多电平子模块，呈现DC/AC和AC/DC两级功率变换，适用于三条直流线路场景。该技术方案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所提的三线间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。文献3所提的三端口直流潮流控制器及其控制策略，只能实现两条直流线路的主动潮流控制，未能实现三条直流线路的主动潮流控制，应用场合受限。为解决输配电直流电力系统中的多目标直流潮流控制问题，需要改进电路结构，对工作原理和控制策略进行改进，构造适用于三条直流线路的新型直流潮流控制器，使其具备实现三条直流线路的主动潮流控制功能，且能应对潮流反向流动的场景。

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基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器。三条直流线路潮流实现主动控制，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。

根据本发明提供的一种基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，包括：连接第一输电线路的第一衔接单元、连接第二输电线路的第二衔接单元、连接第三输电线路的第三衔接单元、能量枢纽以及交互环节部分；

所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起；

所述能量枢纽分别与所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起，承担三线路复合直流潮流控制器内部能量传递媒介；

所述交互环节部分分别与所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起，并连接外部直流电压源。

优选地，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元均包括输入端分别连接输电线路的：第一组件、第二组件和串联电容；

所述第一组件和所述第二组件均包括：IGBT、反向并联二极管以及串联二极管，所述反向并联二极管与所述IGBT构成反向并联结构，所述串联二极管与所述反向并联结构串联；

所述第一组件和所述第二组件的连接方向相反。

优选地，每个所述串联电容分别设置有旁路开关。

优选地，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第一组件的输出端分别连接总线a，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第二组件的输出端分别连接总线b，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述串联电容的输出端分别连接总线c。

优选地，所述能量枢纽包括第一电感和第二电感，所述第一电感的一端连接所述总线a，另一端连接所述总线c，所述第二电感的一端连接所述总线b，另一端连接所述总线c。

优选地，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第一组件的所述串联二极管的正极分别连接在输电线路上，所述反向并联结构的所述IGBT的发射极所在端作为输出端，相互连接在一起。

优选地，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第二组件的所述IGBT的发射极所在端作为输入端分别连接在输电线路上，所述串联二极管的正极相互连接在一起。

优选地，所述交互环节部分包括四组所述反向并联结构以及一个二极管；

其中，第一组反向并联结构与第三组反向并联结构串联，第二组反向并联结构与第四组反向并联结构串联，第三组反向并联结构与第二组反向并联结构的IGBT集电极所在端分别连接总线c，第三组反向并联结构与第二组反向并联结构的IGBT发射极所在端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接总线a。

优选地，所述外部直流电压源连接在所述第一组反向并联结构与所述第三组反向并联结构、所述第二组反向并联结构与所述第四组反向并联结构之间。

优选地，所述反向并联二极管的正极连接所述IGBT的发射极，所述反向并联二极管的负极连接所述IGBT的集电极。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、电路以耦合电感作为能量枢纽，实现三条线路潮流的主动控制功能，提升复杂多端直流电力系统的潮流控制维度；

2、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；

3、由于采用串联电容接入输电线路的方式，因而线路直流电压纹波较小；

4、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；

5、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。

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为本发明的基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器的拓扑结构图；

图2为本发明的四端直流输电系统示意图；

图3为本发明的原理图；

图4a-4d为本发明工况一的开关状态示意图；

图5a-5d为本发明工况二的开关状态示意图；

图6为本发明的功能分布图；

图7a为本发明的控制策略框图；

图7b为本发明的开关管信号产生过程示意图；

图8本发明的四端直流输电系统仿真模型示意图；

图9a本发明的开关信号仿真波形图；

图9b本发明的线路电流仿真波形图；

图9c本发明的线路串电容电压仿真波形图。

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。

本发明提供的一种基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，包括：连接第一输电线路的第一衔接单元、连接第二输电线路的第二衔接单元、连接第三输电线路的第三衔接单元、能量枢纽以及交互环节部分；

所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起；

所述能量枢纽分别与所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起，承担三线路复合直流潮流控制器内部能量传递媒介；

所述交互环节部分分别与所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起，并连接外部直流电压源。

本发明提供的三线路复合直流潮流控制器的拓扑结构如图1所示，该潮流控制器配置在3条直流输电线路的公共节点处，属于一种应用于三直流线路场景的复合直流潮流控制器(3-line Composite DC Power Flow Controller,简称3-line CDCPFC)。该直流潮流控制器由10个IGBT(Q_A1，Q_A2，Q_A3，Q_B1，Q_B2，Q_B3，Q₁，Q₂，Q₃，Q₄)及对应反向并联的11个二极管(D_A1，D_A2，D_A3，D_B1，D_B2，D_B3，D₁，D₂，D₃，D₄，D₅)、6个串联二极管(D_As1，D_As2，D_As3，D_Bs1，D_Bs2，D_Bs3)，3个旁路开关(S₁，S₂，S₃)、一个耦合电感(L1||L2)、四个串联输出电容(C₁、C₂、C₃、C₄)组成(每个旁路开关由两个IGBT反向串联组成)。从结构特点来看，3-line CDCPFC有三个衔接单元用来连接三条直流线路和控制器，一个能量枢纽部分用来承担控制器内部能量传递媒介的功能，一个交互环节部分用来连接外部直流电压源。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.3-line CDCPFC的应用场景和基本原理

3-line CDCPFC安装在多端直流输电网络的同一换流站连接的三条直流线路之间，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(Voltage Source Converter,简称VSC)作为换流装置将直流电网和交流电网，VSC之间由直流输电线路连接。直流输电线路的等效电阻分别为R₁₂、R₁₄、R₂₃、R₂₄、R₃₄。VSC1和VSC2和VSC3工作在恒功率模式，向直流系统输送能量，相应的输出功率分别为P₁、P₂、P₃，直流侧的端电压分别为V₁、V₂、V₃；VSC4为该直流输电系统的受端，采用恒电压控制模式工作，直流侧端电压为V₄。线路1-5的潮流分别为线路电流I₁₄、I₁₂、I₂₄、I₂₃、I₃₄。该适用于三条直流线路的复合直流潮流控制器安装在线路1、线路3和线路5的公共连接点，即VSC4的直流侧处。该直流潮流控制器的交互环节外接直流恒压源，其输出电压值为V_c4。

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。

3-line CDCPFC的原理图如图3所示，3个衔接单元(衔接单元1、衔接单元2和衔接单元3)可以等效为在三条直流线路上分别串联了一个大小和极性可调的直流电压源，能量枢纽可以等效为一个直流电压源，一个交互环节连接外部直流电压源和能量枢纽。能量枢纽作为内部能量储存转移平台，与3个衔接单元的等效直流电压源和交互环节的等效直流电压源进行能量转移，交互环节与外部直流电压源和能量枢纽进行能量转移。能量在三条受控线路和外部电压源之间交换，通过改变衔接单元的串联电压源的电压，实现对三条线路潮流的主动控制。

B.3-line CDCPFC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S₁、S₂和S₃闭合时，线路电流通过对应线路的旁路开关，潮流控制器未投入使用，不参与直流输电系统的正常运行。当旁路开关断开时，通过控制IGBT(Q_A1，Q_A2，Q_A3，Q_B1，Q_B2，Q_B3，Q₁，Q₂，Q₃，Q₄)使衔接单元1、衔接单元2、衔接单元3和交换环节轮流与能量枢纽进行能量交换。对于单个衔接单元i(i＝1，2，3)，若与之衔接的直流线路的潮流为正方向(即图示参考方向)，IGBT(Q_Ai)工作；若与之衔接的直流线路的潮流为负方向(即图示参考方向的反方向)，IGBT(Q_Bi)工作。串入在三条直流线路的电容C₁、C₂和C₃的电压值V_C1、V_C2和V_C3在长时间尺度上为定值，在短时间尺度上处于动态平衡状态，等效于改变三条直流线路的端电压，进而改变直流线路的潮流。能量枢纽中耦合电感的存在使得该潮流控制器能适应潮流反转的场合。下面选取两种不同潮流方向的工况，对该直流潮流控制器的工作原理进行说明。

工况一：当电流I₁、I₂、I₃均为正时，以减小线路1，线路2和线路3的潮流为例，其单个工作周期内的不同子模态下的开关状态如下。

子状态1：首先开通Q_A1，C₁-D_As1-Q_A1-L₁形成回路，如图4a所示。该子状态所持续的时间内，电容C₁向电感L₁转移能量，电感L₁的电流变化量呈线性增长。

子状态2：Q_A1关断/Q_A2导通，此时C₂-D_As2-Q_A2-L₁形成回路，如图4b所示。在该子模态所持续的时间内，能量从电容C₂向电感L₁转移，L₁的电流变化量继续呈现线性增长。

子状态3：Q_A2关断/Q_A3导通，此时C₃-D_As3-Q_A3-L₁形成回路，如图4c所示。在该子模态所持续的时间内，能量从电容C₃向电感L₁转移，L₁的电流变化量继续呈现线性增长。

子状态4：Q_A3关断/Q₃和Q₄导通，此时C₄-Q₄-L₁-Q₃形成回路，如图4d所示。在该子模态所持续的时间内，能量从电感L₁向电容C₃转移，L₁的电流变化量呈现线性减小。

从上述分析可知，I₁、I₂、I₃、V_c1、V_c2、V_c3和I_L1在一个开关周期内处于动态平衡状态。该工况下，耦合电感中仅L₁部分工作，L₂部分不工作。同时，对于该工况需控制Q_A1、Q_A2、Q_A3、Q₃、Q₄的通断(Q_A1、Q_A2、Q_A3、Q₃与Q₄互补导通Q_B1，Q_B2，Q_B3，Q₁，Q₂一直处于关断状态)。

工况二：当线路2潮流反向，线路1、线路3潮流仍为正方向时，以减小线路1和线路3的潮流同时增大线路2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下。

子状态1：首先开通Q_A1，C₁-D_As1-Q_A1-L₁形成回路，如图5a所示。该子状态所持续的时间内，电容C₁向电感L₁转移能量，电感L₁的电流变化量呈线性增长。

子状态2：Q_A1关断/Q_B2导通，此时C₂-Q_B2-D_Bs2-L₂形成回路，如图5b所示。由于电感的耦合作用，L₁中的能量转移到L₂中，能量从电感L₂向电容C₂转移，L₂的电流变化量继续呈现线性减小。

子状态3：Q_B2关断/Q_A3导通，此时C₃-D_As3-Q_A3-L₁形成回路，如图5c所示。由于电感的耦合作用，L₂中的能量转移到L₁中，能量从电容C₃向电感L₁转移，L₁的电流变化量继续呈现线性增长。

子状态4：Q_A3关断/Q₃和Q₄导通，此时C₄-Q₄-L₁-Q₃形成回路，如图5d所示。在该子模态所持续的时间内，能量从电感L₁向电容C₃转移，L₁的电流变化量呈现线性减小。反之，若子状态1和子状态3中电感L₁能量的增量小于子状态2中电感L₂能量的减量，则需要电容C₃向电感L₁充电，需闭合Q₁和Q₂，电感L₁的电流线性减小。

从上述分析可知，该直流潮流控制器利用耦合电感，应对线路2的负方向电流情景，具体开关模态如图5a-5d所示。本工况需要控制Q_A1、Q_B2、Q_A3、Q₃、Q₄的通断(Q_A1、Q_B2、Q_A3、Q₃与Q₄互补导通Q_B1，Q_A2，Q_B3，Q₁，Q₂一直处于关断状态)。

C.3-line CDCPFC的特性分析

以工况一为例分析该潮流控制器的工作特性。设子状态1的占空比为D₁，子状态2的占空比为D₂，子状态3的占空比为D₃，子状态4的占空比与子状态1、子状态2和子状态3互补导通，为(1-D₁-D₂-D₃)。

耦合电感的电流连续时，根据伏秒平衡有：

V_c1D₁T_s-V_c2D₂T_s+V_c3D₃T_s-V_c4(1-D₁-D₂-D₃)T_s＝0

其中，T_s为开关周期。

电容C₁、C₂和C₃的电压连续时，根据电荷守恒定律有：

简化得：

其中，I_L为电感的平均电流。

上式即为3-line CDCPFC的平均值模型，占空比D₁、D₂、D₃与直流线路电流呈线性关系，表明控制占空比D₁、D₂、D₃即可控制三条直流线路的电流，

该直流潮流控制器的功率守恒式为：

V_c1I₁-V_c2I₂+V_c3I₃-V_c4I_L(1-D₁-D₂-D₃)＝0

由于3-line CDCPFC能主动控制三条直流线路的潮流，因此它也可以控制较少的线路潮流，具体情况如下：

·当D₁＝D₂＝0或D₁＝D₃＝0或D₂＝D₃＝0时，即图6中的①：L_OA、L_OB和L_OC，实现串联可调电压源的功能，主动控制单条直流线路潮流；

·当(D₁＝0&D₂+D₃＝1)或(D₂＝0&D₁+D₃＝1)或(D₃＝0&D₁+D₂＝1)时，即图6中的②：L_AC、L_AB和L_BC，实现两线间直流潮流控制器功能，主动控制单条直流线路潮流，被动改变另一条线路潮流；

·当(D₁＝0&D₂+D₃<1)或(D₂＝0&D₁+D₃<1)或(D₃＝0&D₁+D₂<1)时，即图6中的③：ΔOBC、ΔOAC和ΔOAB，实现两条直流线路的主动潮流控制功能；

·当D₁+D₂+D₃＝1时，即图6中的④：ΔABC，实现三线间直流潮流控制器功能，主动控制其中两条直流线路的潮流，被动改变另一条直流线路的潮流；

·当D₁+D₂+D₃<1时，即图6中的⑤：三棱锥C-OAB，实现3-line CDCPFC的功能，主动控制三条直流线路的潮流；

D.3-line CDCPFC的控制策略

控制策略框图如图7a所示。I_{1_ref}为线路1的电流参考值，I_{2_ref}为线路2的电流参考值，I_{3_ref}为线路3的电流参考值。该参考值与实际测量得到的电流I₁，I₂和I₃进行比较，所得差值经过PID调节器后与锯齿载波生成PWM波(PWM1、PWM2、PWM3)，特别地，PWM0＝1，PWM4＝0，通过逻辑运算得到四路互补的脉冲信号CH1、CH2、CH3、CH4。

分别用来驱动子状态1～4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和3的串联等效电压为控制量。该控制策略需要利用逻辑电路，由3个控制目标产生4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。具体的开关管信号生产过程如图7b所示。

实施举例1：

为了验证本专利提出的3-line CDPFC拓扑的可行性和有效性，搭建了一个四端单极大地回线直流输电系统，如图8所示。其中VSC1、VSC2和VSC3为功率注入端，以恒电压模式工作，V₁＝V₂＝152kV，V₃＝151kV；VSC4为功率吸收端，VSC4以恒电压模式工作，V₄＝150kV；外部直流电压源V_c4＝1kV。线路等效电阻R₁₄＝R₂₄＝R₃₄＝1.0kΩ。3-line CDCPFC接在VSC4的直流侧处。电容C₁、C₂、C₃分别串入线路1、线路2和线路3中。仿真参数设置为：C₁＝C₂＝C₃＝C₄＝0.6mF，L₁＝L₂＝L＝2mH,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I₁₄＝2.0kA,I₂₄＝2.0kA,I₃₄＝1.0kA。

设置3-line CDCPFC控制线路1的电流减小为1.0kA，线路2的电流减小为1.0kA，线路3的电流减小为0.5kA(同工况1)。t＝0.3s时，3-line CDCPFC投入运行，仿真波形如图9a-9c所示，通过3-line CDCPFC的调节，3条线路的潮流可得到稳定控制。图9a为4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3-line CDCPFC的工作原理。图9b为3条直流线路电流的波形图，可以看到3-line CDCPFC投入运行0.1s后，线路电流达到并稳定在预期值。图9c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。可见三条直流线路电流I₁₄、I₂₄和I₃₄受3-line CDCPFC控制后稳定维持在1.0kA、1.0kA和0.5kA左右，三条受控线路潮流的控制效果良好，符合理论分析。

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 (6)

1.一种基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，其特征在于，包括：连接第一输电线路的第一衔接单元、连接第二输电线路的第二衔接单元、连接第三输电线路的第三衔接单元、能量枢纽以及交互环节部分；

所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起；

所述能量枢纽分别与所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起，作为三线路复合直流潮流控制器内部能量传递媒介；

所述交互环节部分分别与所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的输出端连接在一起，并连接外部直流电压源；

所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元均包括输入端分别连接输电线路的：第一组件、第二组件和串联电容；

所述第一组件和所述第二组件均包括：IGBT、反向并联二极管以及串联二极管，所述反向并联二极管与所述IGBT构成反向并联结构，所述串联二极管与所述反向并联结构串联；

所述第一组件和所述第二组件的连接方向相反；

所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第一组件的输出端分别连接总线a，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第二组件的输出端分别连接总线b，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述串联电容的输出端分别连接总线c；

所述能量枢纽包括第一电感和第二电感，所述第一电感的一端连接所述总线a，另一端连接所述总线c，所述第二电感的一端连接所述总线b，另一端连接所述总线c；

所述交互环节部分包括四组反向并联组件以及一个二极管；

其中，第一组反向并联组件与第三组反向并联组件串联，第二组反向并联组件与第四组反向并联组件串联，第三组反向并联组件与第二组反向并联组件的IGBT集电极所在端分别连接总线c，第一组反向并联组件与第四组反向并联组件的IGBT发射极所在端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接总线a。

2.根据权利要求1所述的基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，其特征在于，每个所述串联电容分别设置有旁路开关。

3.根据权利要求1所述的基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，其特征在于，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第一组件的所述串联二极管的正极分别连接在所述第一输电线路、所述第二输电线路和所述第三输电线路上，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第一组件的所述反向并联结构的所述IGBT的发射极所在端作为输出端，相互连接在一起。

4.根据权利要求1所述的基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，其特征在于，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第二组件的所述IGBT的发射极所在端作为输入端分别连接在所述第一输电线路、所述第二输电线路和所述第三输电线路上，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第一组件的所述串联二极管的正极相互连接在一起，所述第一衔接单元、所述第二衔接单元和所述第三衔接单元的所述第二组件的所述串联二极管的正极相互连接在一起。

5.根据权利要求1所述的基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，其特征在于，所述外部直流电压源连接在所述第一组反向并联组件与所述第三组反向并联组件的连接点、所述第二组反向并联组件与所述第四组反向并联组件的连接点之间。

6.根据权利要求1所述的基于耦合电感能量枢纽的三线路复合直流潮流控制器，其特征在于，所述反向并联二极管的正极连接所述IGBT的发射极，所述反向并联二极管的负极连接所述IGBT的集电极。

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