CN112003293A - 一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置和方法,包括机械开关、晶闸管模块、电压源逆变器、直流电容器和主控制器;机械开关和晶闸管模块均并联于电压源逆变器的交流侧,直流电容器并联于电压源逆变器的直流侧,主控制器与机械开关、晶闸管模块、电压源逆变器和上层控制器连接,实现高压交流输电线路的灵活潮流控制,通过机械开关和晶闸管模块对电压源逆变器进行旁路保护,避免对电压源逆变器造成损坏;通过扼流电感抑制晶闸管模块关合瞬间的电流变化率,同时对流经电压源逆变器的电流进行滤波,且能够有效避免高频共模干扰导致的过压保护误动,整个潮流控制装置体积小,成本低,且安装灵活。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,具体涉及一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置和方法。
背景技术
随着电网运行市场化的推进,提升电网运行的经济竞争力势在必行。灵活交流输电(FACTS)是基于电力电子技术和控制技术对交流输电系统的阻抗、电压、相位、功率等实施灵活快速调节的一种交流输电技术。
灵活交流输电(FACTS)分为集中式灵活交流输电和分布式灵活交流输电(Distributed FACTS,D-FACTS),其中D-FACTS包括分布式串联电抗(Distributed SeriesReactor,DSR)、分布式静止串联补偿器(Distributed Static Series Compensator,DSSC)和分布式统一潮流控制器(Distributed Unified Power Flow Controller,DUPFC)。以上三种结构形式均通过内部的单匝串联变压器与高压交流输电线路连接,通过自身调节,实现控制断面潮流、减轻拥塞、增大电力传输能力以及抑制次同步振荡等功能。考虑到220kV及以上电压等级电网实际系统短路水平较高,串联变压器制造难度非常大,相应的潮流控制器体积大且成本高。
发明内容
为了克服上述现有技术中体积大且成本高的不足,本发明提供一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,分布式潮流控制装置串联于高压交流输电线路上,其包括:机械开关(3)、双向晶闸管(4)、电压源逆变器(7)、直流电容器(8)和主控制器(13);
所述机械开关(3)和晶闸管模块(4)均并联于电压源逆变器(7)的交流侧,所述直流电容器(8)并联于电压源逆变器(7)的直流侧,所述主控制器(13)与上层控制器连接,用于获取上层控制器下发的投入指令、功率调节指令或退出指令,所述主控制器(13)还与机械开关(3)、晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)连接,用于基于投入指令、功率调节指令或退出指令发送动作指令给机械开关(3),并发送触发指令给晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)。
还包括扼流电感(5),所述扼流电感(5)串联在高压交流输电线路上,且位于电压源逆变器(7)和晶闸管模块(4)之间,用于抑制晶闸管模块(4)导通瞬间的电流变化率,同时用于对流经电压源逆变器(7)的电流进行滤波;
所述扼流电感(5)采用带铁芯的电抗器。
还包括第一电压测量模块(2)、第二电压测量模块(9)、第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11);
所述第一电压测量模块(2)设置于电压源逆变器(7)的交流侧,用于测量电压源逆变器(7)的交流电压;
所述第二电压测量模块(9)并联在直流电容器(8)两端,用于测量直流电容器(8)的直流电压;
所述第一电流测量模块(6)设置于电压源逆变器(7)的交流侧,用于测量流经电压源逆变器(7)的电流;
所述第二电流测量模块(11)设置于高压交流输电线路上,用于测量高压交流输电线路的电流;
所述第一电压测量模块(2)和第二电压测量模块(9)均采用电压互感器;
所述第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11)均采用电流互感器。
所述主控制器(13)还与第一电压测量模块(2)、第二电压测量模块(9)、第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11)连接,用于获取第一电压测量模块(2)、第二电压测量模块(9)、第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11)各自采集的信息,并基于所述信息控制机械开关(3)、晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)。
还包括取能模块(10),所述取能模块(10)设置于高压交流输电线路上,用于从高压交流输电线路取能并为主控制器(13)供电;
所述取能模块(10)采用电流互感器。
还包括能量吸收模块(1);
所述能量吸收模块(1)设置于电压源逆变器(7)的交流端,用于对电压源逆变器(7)进行过电压保护;
所述能量吸收模块(1)采用金属氧化物避雷器。
所述机械开关(3)采用低压真空断路器;
所述晶闸管模块(4)包括双向晶闸管,所述双向晶闸管采用压接式晶闸管或焊接式晶闸管。
所述电压源逆变器(7)采用H桥结构,其桥臂上设有IGBT模块,所述IGBT模块采用自冷却方式或风冷方式进行散热;
所述直流电容器(8)为电压源逆变器(7)提供稳定的电压支撑,其采用油式电力电容器或干式电力电容器。
另一方面,本发明一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制方法,包括:
当所述电压源逆变器(7)投入时,所述主控制器(13)收到上层控制器下发的投入指令时,其下发触发指令给电压源逆变器(7),使电压源逆变器(7)解锁,之后下发分闸指令给机械开关(3),使机械开关(3)分闸,接着电压源逆变器(7)为直流电容器(8)充电;当直流电容器(8)的电压达到预设的电压阈值时,投入过程结束;
当所述电压源逆变器(7)正常运行时,所述主控制器(13)基于上层控制器下发的功率调节指令,采用脉冲宽度调制方式控制电压源逆变器(7);
当所述电压源逆变器(7)退出时,所述主控制器(13)收到上层控制器下发的退出指令或主控制器(13)判定所述分布式潮流控制装置发生故障时,其下发触发指令给电压源逆变器(7),使电压源逆变器(7)闭锁,之后下发触发指令给晶闸管模块(4),使晶闸管模块(4)导通,同时下发合闸指令给机械开关(3),使机械开关(3)合闸;当机械开关(3)合闸后,退出过程结束。
本发明提供的技术方案具有以下有益效果:
本发明提供的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置串联于高压交流输电线路12上,其包括:机械开关(3)、晶闸管模块(4)、电压源逆变器(7)、直流电容器(8)和主控制器(13);机械开关(3)和晶闸管模块(4)均并联于电压源逆变器(7)的交流侧,所述直流电容器(8)并联于电压源逆变器(7)的直流侧,主控制器(13)与上层控制器连接,用于获取上层控制器下发的投入指令、功率调节指令或退出指令,所述主控制器(13)还与机械开关(3)、晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)连接,用于基于投入指令、功率调节指令或退出指令发送动作指令给机械开关(3),并发送触发指令给晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7),进而实现高压交流输电线路的灵活潮流控制,体积小,成本低;
本发明中的主控制器通过控制电压源逆变器的闭锁和解锁,实现直流电容器的电压稳定和输出目标电压值控制,且主控制器根据第一电压测量模块、第二电压测量模块、第一电流测量模块和第二电流测量模块采集的信息判断电压源逆变器是否出现过压或过流,并能够在电压源逆变器出现过压或过流时通过机械开关和晶闸管模块对电压源逆变器进行保护,避免对电压源逆变器造成损坏;
本发明提供的分布式潮流控制装置直接串联在高压交流输电线路上,不仅具备灵活调节线路潮流的功能,且安装灵活;
本发明提供的分布式潮流控制装置避免使用单匝串联变压器,体积和重量不受限,能够满足高电压交流输电线路的应用需求;
本发明提供的分布式潮流控制装置能实时、连续且快速地控制和调节高压交流输电线路的潮流,实现对高压交流输电线路潮流的优化分布;
本发明中的扼流电感能够抑制晶闸管模块关合瞬间的电流变化率,降低晶闸管模块的关合电流应力,且能够有效避免高频共模干扰导致的过压保护误动;
本发明中的能量吸收模块能够有效解决线路雷击、操作过电压导致的过压或过流问题,对电压源逆变器进行保护;
本发明提供的技术方案在电压源逆变器需要退出或电压源逆变器发生故障时,由晶闸管模块和机械开关将电压源逆变器可靠旁路,不影响高压交流输电线路的正常运行。
附图说明
图1是本发明实施例中基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置框图;
图2是本发明实施例中基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置结构图;
图3是本发明实施例中多个分布式潮流控制装置串联形式平台式安装示意图;
图4是本发明实施例中多个分布式潮流控制装置串联形式车载式安装示意图;
图5是本发明实施例中多个分布式潮流控制装置串联示意图;
图中,1-能量吸收模块;2-第一电压测量模块;3-机械开关;4-晶闸管模块;5-扼流电抗;6-第一电流测量模块;7-电压源逆变器;8-直流电容器;9-第二电压测量模块;10-取能模块;11-第二电流测量模块;12-高压交流输电线路,13-主控制器;14-隔离开关;15-接地开关;16-集中滤波电路;17-支柱绝缘子;18-分布式潮流控制装置;19-对地绝缘平台,20-移动平板车;21-旁路断路器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,如图1所示,分布式潮流控制装置串联于高压交流输电线路12上,其包括:机械开关3、晶闸管模块4、电压源逆变器7、直流电容器8和主控制器13;
机械开关3和晶闸管模块4均并联于电压源逆变器7的交流侧,直流电容器8并联于电压源逆变器7的直流侧,主控制器13与上层控制器连接,用于获取上层控制器下发的投入指令、功率调节指令或退出指令,主控制器13还与机械开关3、晶闸管模块4和电压源逆变器7连接,用于基于投入指令、功率调节指令或退出指令发送动作指令给机械开关3,并发送触发指令给晶闸管模块4和电压源逆变器7。
如图2所示,本发明实施例1提供的分布式潮流控制装置还包括扼流电感5,扼流电感5串联在高压交流输电线路12上,且位于电压源逆变器7和双向晶闸管4之间,用于抑制晶闸管模块4关合瞬间的电流变化率,同时对流经电压源逆变器7的电流进行滤波;
扼流电感5设有2个,布置于电压源逆变器7交流侧,能够有效避免高频共模干扰导致的过压保护误动。
扼流电感5采用带铁芯的电抗器。
如图2所示,本发明实施例1提供的分布式潮流控制装置还包括第一电压测量模块2、第二电压测量模块9、第一电流测量模块6和第二电流测量模块11;
第一电压测量模块2设置于电压源逆变器7的交流侧,用于测量电压源逆变器7的交流电压;
第二电压测量模块9并联在直流电容器8两端,用于测量直流电容器8的直流电压;
第一电流测量模块6设置于电压源逆变器7的交流侧,用于测量流经电压源逆变器7的电流;
第二电流测量模块11设置于高压交流输电线路12上,用于测量流经高压交流输电线路12的电流;
第一电压测量模块2和第二电压测量模块9均采用电压互感器;
第一电流测量模块6和第二电流测量模块11均采用电流互感器。
主控制器13还与第一电压测量模块2、第二电压测量模块9、第一电流测量模块6和第二电流测量模块11连接,用于获取第一电压测量模块2、第二电压测量模块9、第一电流测量模块6和第二电流测量模块11各自采集的信息,并基于信息控制机械开关3、晶闸管模块4和电压源逆变器7。本发明实施例1中的主控制器13可采用电压取能、电流取能或电压电流混合方式进行取能。
如图2所示,本发明实施例1提供的分布式潮流控制装置还包括取能模块10,取能模块10设置于高压交流输电线路12上,用于从高压交流输电线路12取能并为主控制器13供电;当没有电流流经高压交流输电线路12或者流经高压交流输电线路12的电流低于预设的电流阈值时,取能模块10获取不到足够的能量,此时机械开关3保持合闸状态,电压源逆变器7不投入。
取能模块10采用电流互感器。
如图2所示,本发明实施例1提供的分布式潮流控制装置还包括能量吸收模块1;
能量吸收模块1设置于电压源逆变器7的交流端,用于对电压源逆变器7进行过电压保护;
能量吸收模块1采用金属氧化物避雷器。
机械开关3与晶闸管模块4配合使用,实现电压源逆变器7的旁路保护,防止晶闸管模块4长期通流导致过热损坏。
机械开关3采用低压真空断路器;能够分断和长期承受所在线路的负载电流,且能够关合并短时承受高压交流输电线路12的短路电流。
晶闸管模块4用于实现电压源逆变器7的快速旁路,短时承担短路电流,防止IGBT模块闭锁后因过压或过流而导致IGBT模块损坏,晶闸管模块4包括双向晶闸管,双向晶闸管采用压接式晶闸管或焊接式晶闸管,晶闸管可采用自冷却方式或风冷方式进行散热。
电压源逆变器7采用H桥结构,其桥臂上设有IGBT模块,IGBT模块采用自冷却方式或风冷方式进行散热;
直流电容器8为电压源逆变器7提供稳定的电压支撑,其采用油式电力电容器或干式电力电容器。
多个分布式潮流控制装置18串联情况下,分布式潮流控制装置18的个数可以根据交流系统潮流需求进行灵活配置,多个分布式潮流控制装置18的触发控制可以是同步触发控制方式,也可以是载波移相控制方式。多个分布式潮流控制装置串联示意图如图5所示,图5中,旁路断路器21用于多个分布式潮流控制装置18的整体旁路,可作为单个分布式潮流控制装置18的后备保护,隔离开关14、接地开关15配合使用,用于多个分布式潮流控制装置18检修隔离操作。对于同步触发控制方式,可配置集中滤波电路16,用于对多个分布式潮流控制装置18串联后的输出电压进行滤波;对于载波移相控制方式,由于整体谐波含量较少,可根据交流系统情况考虑是否配置集中式滤波电路16。对于多个潮流控制器串联的结构形式,可通过支柱绝缘子17实现平台式或车载式安装的绝缘支撑,具以多个串联的形式进行平台式安装(如图3所示)或车载式安装(如图4所示),图3中,多个分布式潮流控制装置18串联后,部署于对地结缘平台19上;图4中,多个分布式潮流控制装置18串联后,部署于移动平板车20上。本发明实施例1提供的分布式潮流控制装置还可以单个形式安装于耐张塔上。
实施例2
本发明实施例2提供了一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制方法,具体流程图如图1所示,具体过程如下:
当电压源逆变器7投入时,主控制器13收到上层控制器下发的投入指令时,其下发触发指令给电压源逆变器7,使电压源逆变器7解锁,之后下发分闸指令给机械开关3,使机械开关3分闸,接着电压源逆变器7为直流电容器8充电;当直流电容器8的电压达到预设的电压阈值时,投入过程结束;
当电压源逆变器7正常运行时,主控制器13基于上层控制器下发的功率调节指令,采用脉冲宽度调制方式控制电压源逆变器7;具体是主控制器13根据上层控制器下发的功率参考指令值和第二电流测量模块11测量的流经高压交流输电线路12的电流,采用脉冲宽度调制方式控制电压源逆变器7的输出电压,具体为控制电压源逆变器7输出电压的幅值和方向,向高压交流输电线路12注入幅值可调且相位超前或滞后线路电流90°的电压,使其呈现电感/电容特性而改变高压交流输电线路12的阻抗,实现对高压交流输电线路12输送潮流的调节;
当电压源逆变器7退出时,主控制器13收到上层控制器下发的退出指令或主控制器13判定分布式潮流控制装置发生故障时,其下发触发指令给电压源逆变器7,使电压源逆变器7闭锁,之后下发触发指令给晶闸管模块4,使晶闸管模块4导通,同时下发合闸指令给机械开关3,使机械开关3合闸;当晶闸管模块4导通时,电压源逆变器7被晶闸管模块4旁路,流经高压交流输电线路12的电流转移至晶闸管模块4,当机械开关3合闸后,晶闸管模块4被机械开关3旁路,流经高压交流输电线路12的电流转移至机械开关3,退出过程结束。
主控制器13确定分布式潮流控制装置发生故障具体是将第一电压测量模块2、第二电压测量模块9、第一电流测量模块6和第二电流测量模块11各自测量的信息与预设的阈值对比。若超过阈值,主控制器13确定电压源逆变器7发生过压、过流和/或器件损坏,即主控制器13确定分布式潮流控制装置发生故障。
为了描述的方便,以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然,在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以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参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,所述分布式潮流控制装置串联于高压交流输电线路上,其包括:机械开关(3)、晶闸管模块(4)、电压源逆变器(7)、直流电容器(8)和主控制器(13);
所述机械开关(3)和晶闸管模块(4)均并联于电压源逆变器(7)的交流侧,所述直流电容器(8)并联于电压源逆变器(7)的直流侧,所述主控制器(13)与上层控制器连接,用于获取上层控制器下发的投入指令、功率调节指令或退出指令,所述主控制器(13)还与机械开关(3)、晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)连接,用于基于投入指令、功率调节指令或退出指令发送动作指令给机械开关(3),并发送触发指令给晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)。
2.根据权利要求1所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,还包括扼流电感(5),所述扼流电感(5)串联在高压交流输电线路上,且位于电压源逆变器(7)和晶闸管模块(4)之间,用于抑制晶闸管模块(4)导通瞬间的电流变化率,同时用于对流经电压源逆变器(7)的电流进行滤波;
所述扼流电感(5)采用带铁芯的电抗器。
3.根据权利要求1所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,还包括第一电压测量模块(2)、第二电压测量模块(9)、第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11);
所述第一电压测量模块(2)设置于电压源逆变器(7)的交流侧,用于测量电压源逆变器(7)的交流电压;
所述第二电压测量模块(9)并联在直流电容器(8)两端,用于测量直流电容器(8)的直流电压;
所述第一电流测量模块(6)设置于电压源逆变器(7)的交流侧,用于测量流经电压源逆变器(7)的电流;
所述第二电流测量模块(11)设置于高压交流输电线路上,用于测量高压交流输电线路的电流;
所述第一电压测量模块(2)和第二电压测量模块(9)均采用电压互感器;
所述第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11)均采用电流互感器。
4.根据权利要求3所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,所述主控制器(13)还与第一电压测量模块(2)、第二电压测量模块(9)、第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11)连接,用于获取第一电压测量模块(2)、第二电压测量模块(9)、第一电流测量模块(6)和第二电流测量模块(11)各自采集的信息,并基于所述信息控制机械开关(3)、晶闸管模块(4)和电压源逆变器(7)。
5.根据权利要求1所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,还包括取能模块(10),所述取能模块(10)设置于高压交流输电线路上,用于从高压交流输电线路取能并为主控制器(13)供电;
所述取能模块(10)采用电流互感器。
6.根据权利要求1所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,还包括能量吸收模块(1);
所述能量吸收模块(1)设置于电压源逆变器(7)的交流端,用于对电压源逆变器(7)进行过电压保护;
所述能量吸收模块(1)采用金属氧化物避雷器。
7.根据权利要求1所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,所述机械开关(3)采用低压真空断路器;
所述晶闸管模块(4)包括双向晶闸管,所述双向晶闸管采用压接式晶闸管或焊接式晶闸管。
8.根据权利要求1所述的基于电压源逆变器的分布式潮流控制装置,其特征在于,所述电压源逆变器(7)采用H桥结构,其桥臂上设有IGBT模块,所述IGBT模块采用自冷却方式或风冷方式进行散热;
所述直流电容器(8)为电压源逆变器(7)提供稳定的电压支撑,其采用油式电力电容器或干式电力电容器。
9.一种基于电压源逆变器的分布式潮流控制方法,其特征在于,包括:
当所述电压源逆变器(7)投入时,所述主控制器(13)收到上层控制器下发的投入指令时,其下发触发指令给电压源逆变器(7),使电压源逆变器(7)解锁,之后下发分闸指令给机械开关(3),使机械开关(3)分闸,接着电压源逆变器(7)为直流电容器(8)充电;当直流电容器(8)的电压达到预设的电压阈值时,投入过程结束;
当所述电压源逆变器(7)正常运行时,所述主控制器(13)基于上层控制器下发的功率调节指令,采用脉冲宽度调制方式控制电压源逆变器(7);
当所述电压源逆变器(7)退出时,所述主控制器(13)收到上层控制器下发的退出指令或主控制器(13)判定所述分布式潮流控制装置发生故障时,其下发触发指令给电压源逆变器(7),使电压源逆变器(7)闭锁,之后下发触发指令给晶闸管模块(4),使晶闸管模块(4)导通,同时下发合闸指令给机械开关(3),使机械开关(3)合闸;当机械开关(3)合闸后,退出过程结束。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116266722A (zh) * | 2021-12-16 | 2023-06-20 | 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) | 高转速电机对地绝缘机构 |
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