專利名稱：帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柔性輸電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著大型電力系統(tǒng)的互聯(lián)以及各種新設(shè)備的使用，在使發(fā)電、輸電更經(jīng)濟(jì)、高效的同時(shí)也增加了電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性，電網(wǎng)運(yùn)行在穩(wěn)定極限邊緣的可能性也大為增加。 因此，電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、潮流可控性以及電網(wǎng)穩(wěn)定性成為越來(lái)越迫切需要解決的問(wèn)題。因此，21世紀(jì)的輸電系統(tǒng)運(yùn)行壓力所產(chǎn)生的需求可以概括為以下3個(gè)方面(1)增大輸電能力由于用電的增加從而使得輸送電能需求增大，另一方面線路建設(shè)縮減的局面使提高輸電能力的要求更為突出。(2)保持系統(tǒng)穩(wěn)定嚴(yán)重的電力系統(tǒng)事故會(huì)給廣大供電區(qū)內(nèi)的社會(huì)生活造成嚴(yán)重的損害，如交通中斷、停水停電、通訊癱瘓、金融流通受到破壞、精密加工工藝過(guò)程受損、計(jì)算機(jī)信息丟失等，直接影響用戶的正常用電。因此，如何在電力系統(tǒng)被迫更長(zhǎng)距離輸送更多電力的同時(shí)仍能保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，就成為調(diào)度運(yùn)行人員的另一重要任務(wù)。(3)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行因運(yùn)行條件變化和電力市場(chǎng)所決定的功率輸送的變化次數(shù)快速增加，系統(tǒng)控制變得更為復(fù)雜，需要對(duì)整體系統(tǒng)的潮流進(jìn)行優(yōu)化。這種優(yōu)化需要在越來(lái)越大的地區(qū)內(nèi)綜合考慮全局運(yùn)行的情況。此外，電力市場(chǎng)要求系統(tǒng)通過(guò)一特定的“合同路徑” 去控制電力流向，要求電網(wǎng)對(duì)潮流控制有更高的駕馭能力，而這在交流輸電系統(tǒng)中是很難做到的，因?yàn)槠渲忻恳弧奥窂健钡碾娏Χ际怯善渌休旊娋€的電氣特性決定的。針對(duì)上述需求應(yīng)運(yùn)而生的柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible Alternate Current Transmission System, FACTS)技術(shù)，從根本上改變了交流輸電網(wǎng)過(guò)去基本只依靠機(jī)械型、 慢速、間斷及不精確的控制和優(yōu)化技術(shù)措施的局面。FACTS裝置同時(shí)或有選擇性地控制傳輸線上的電壓、阻抗和相角，實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功潮流控制，為交流輸電網(wǎng)提供了快速、連續(xù)和精確的控制以及優(yōu)化潮流的能力。在不改變系統(tǒng)發(fā)電模式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下，可以利用FACTS裝置來(lái)改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的輸電能力，并在一定程度上緩解系統(tǒng)的阻塞狀況。目前的FACTS技術(shù)雖然具有以上許多優(yōu)點(diǎn)，但是，也存在很大的局限性=FACTS裝置工程造價(jià)高，推廣應(yīng)用困難；FACTS和電力設(shè)備及其他控制器之間存在不良作用；FACTS 裝置自身的損耗大；FACTS裝置的復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)以及對(duì)通信設(shè)施等相應(yīng)附屬設(shè)備的要求， 對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行和控制提出了更為嚴(yán)格的要求；裝置故障所帶來(lái)的額外問(wèn)題；串聯(lián)接入引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題等等使其在電網(wǎng)中的應(yīng)用受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置及其控制方法，通過(guò)陷波器，濾除可控變壓器輸出的低次諧波，提高電力系統(tǒng)的潮流調(diào)節(jié)、輸電能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置，其特點(diǎn)在于該動(dòng)態(tài)潮流控制裝置的構(gòu)成包括可控變壓器、功率單元、測(cè)量與控制模塊、陷波器、旁路開(kāi)關(guān)、輸入電壓互感器、輸出電壓互感器和輸出電流互感器所述的可控變壓器的副邊包含主接頭和正分接頭負(fù)分接頭；所述的功率單元接在可控變壓器副邊的正分接頭、負(fù)分接頭與輸出電源或負(fù)載之間，該功率單元由第一組功率管、第二組功率管、濾波電感和濾波電容組成，所述的第一組功率管和第二組功率管均由2個(gè)絕緣柵雙極型晶體管(簡(jiǎn)稱為IGBT)反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第一組功率管和第二組功率管的一端分別接所述的可控變壓器副邊的正分接頭和負(fù)分接頭，所述的第一組功率管和第二組功率管的另一端接所述的濾波電感的一端，該濾波電感的另一端接所述陷波器的輸入端，該陷波器的輸出端接所述的輸出電源或負(fù)載，所述的濾波電容接在所述的可控變壓器副邊的正分接頭和負(fù)分接頭之間，所述的第一組功率管和第二組功率管的控制端與所述的測(cè)量與控制模塊的相應(yīng)控制端相連；所述的陷波器由無(wú)源的電抗器與電容器構(gòu)成；所述的旁路開(kāi)關(guān)連接在所述的可控變壓器副邊的主接頭和輸出電源或負(fù)載之間；所述的輸入電壓互感器的一側(cè)與可控變壓器原邊輸入電壓主電路相連，電壓信號(hào)輸出端與所述的測(cè)量與控制模塊的電壓信號(hào)輸入端口相連；所述的輸出電壓互感器的一側(cè)與可控變壓器副邊輸出電壓主電路相連，輸出端與所述的測(cè)量與控制模塊的電壓信號(hào)輸入端口相連；所述的輸出電流互感器串接在可控變壓器的輸出主電路中，其電流信號(hào)輸出端與所述的測(cè)量與控制模塊的電流信號(hào)輸入端口相連；所述的測(cè)量與控制模塊的控制信號(hào)輸出端分別與所述的功率單元的所述的第一組功率管和第二組功率管的控制端及所述的旁路開(kāi)關(guān)的控制端相連，該測(cè)量與控制模塊與上位機(jī)相連。所述的測(cè)量與控制模塊是數(shù)字信號(hào)處理器、單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。一種利用所述的基于輸出側(cè)開(kāi)關(guān)的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)潮流的控制方法，其特點(diǎn)在于該方法包括下列具體驟1)所述的測(cè)量與控制模塊對(duì)測(cè)量與控制進(jìn)行初始化，向旁路開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)關(guān)斷旁路開(kāi)關(guān)，接收上位機(jī)給定的無(wú)功功率的給定值％和有功功率的給定值Po;2)所述的測(cè)量與控制模塊接收所述的輸入電壓互感器、所述的輸出電壓互感器和所述的輸出電流互感器分別輸入的輸入電壓Vin、輸出電壓V。ut、輸出電流I、輸出電壓與輸出電流的夾角β，接收遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓Vw52的信息和輸電線路電抗值L :V_2 = V2sin(co0t+a)，其中V2為其幅值，α為其相角；按下列公式計(jì)算實(shí)測(cè)的有功功率P、無(wú)功功率Q P = ^=VoutIcosfi
權(quán)利要求
1.一種帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置，其特征在于該裝置包括可控變壓器(1)、功率單元O)、測(cè)量與控制模塊(3)、陷波器(8)、旁路開(kāi)關(guān)G)、輸入電壓互感器 (5)、輸出電壓互感器(6)和輸出電流互感器(7)構(gòu)成所述的可控變壓器(1)的副邊包含主接頭(1 和正分接頭(1 負(fù)分接頭(11)；所述的功率單元O)由第一組功率管餌)、第二組功率管(S2)、濾波電感(Lf)和濾波電容(Cf)組成，該功率單元(2)所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)均由2個(gè)絕緣柵雙極型晶體管反向串聯(lián)構(gòu)成，所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)的一端分別接所述的可控變壓器(1)副邊的正分接頭(1 和負(fù)分接頭11)，所述的第一組功率管 (S1)和第二組功率管(S2)的另一端接所述的濾波電感(Lf)的一端，該濾波電感(Lf)的另一端接陷波器(8)的輸入端，該陷波器(8)的輸出端接所述的輸出電源或負(fù)載，所述的濾波電容(Cf)接在所述的可控變壓器(1)副邊的正分接頭(1 和負(fù)分接頭(11)之間，所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)的控制端與所述的測(cè)量與控制模塊(3)的相應(yīng)控制端相連；所述的陷波器(8)由無(wú)源的電抗器與電容器構(gòu)成；所述的旁路開(kāi)關(guān)(4)連接在所述的可控變壓器(1)副邊的主接頭(1 和輸出電源或負(fù)載之間；所述的輸入電壓互感器(5)的一側(cè)與可控變壓器原邊輸入電壓主電路相連，電壓信號(hào)輸出端與所述的測(cè)量與控制模塊⑶的電壓信號(hào)輸入端口相連；所述的輸出電壓互感器(6)，一側(cè)與可控變壓器副邊輸出電壓主電路相連，電壓信號(hào)輸出端與所述的測(cè)量與控制模塊(3)的電壓信號(hào)輸入端口相連；所述的輸出電流互感器(7)，串接在可控變壓器的輸出主電路中，其電流信號(hào)輸出端與所述的測(cè)量與控制模塊(3)的電流信號(hào)輸入端口相連；所述的測(cè)量與控制模塊(3)的控制信號(hào)輸出端分別與所述的功率單元的所述的第一組功率管(S1)和第二組功率管(S2)的控制端及所述的旁路開(kāi)關(guān)(4)的控制端相連，該測(cè)量與控制模塊(3)與上位機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置，其特征在于所述的測(cè)量與控制模塊C3)是數(shù)字信號(hào)處理器、單片機(jī)或計(jì)算機(jī)。
3.利用權(quán)利要求1所述的帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置進(jìn)行電網(wǎng)動(dòng)態(tài)潮流控制方法，其特征在于該方法包括下列具體步驟1)所述的測(cè)量與控制模塊⑶對(duì)測(cè)量與控制進(jìn)行初始化，向旁路開(kāi)關(guān)⑷發(fā)出信號(hào)關(guān)斷旁路開(kāi)關(guān)，接收上位機(jī)給定的無(wú)功功率的給定值％和有功功率的給定值Pci;2)所述的測(cè)量與控制模塊C3)接收所述的輸入電壓互感器(5)、所述的輸出電壓互感器(6)和所述的輸出電流互感器(7)分別輸入的輸入電壓Vin、輸出電壓V。ut、輸出電流I、輸出電壓與輸出電流的夾角β，接收遠(yuǎn)方電網(wǎng)電壓Vw52的信息和輸電線路電抗值L :V電網(wǎng)2 = V2sin(co 0t+α)，其中V2為其幅值，α為其相角；按下列公式計(jì)算實(shí)測(cè)的有功功率P、無(wú)功功率Q p=if。Jcosl全文摘要
一種帶陷波器的可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制裝置，由可控變壓器、功率單元、測(cè)量與控制模塊、旁路開(kāi)關(guān)、陷波器、輸入電壓互感器、輸出電壓互感器和輸出電流互感器構(gòu)成，動(dòng)態(tài)潮流的控制方法是利用迅速導(dǎo)通、關(guān)斷的電力電子開(kāi)關(guān)，控制可控變壓器輸出側(cè)(副邊)分接頭的導(dǎo)通與關(guān)斷，在脈寬調(diào)制信號(hào)中采取直流信號(hào)注入二倍頻(或多倍頻)信號(hào)，通過(guò)改變直流信號(hào)幅值和二倍頻(或多倍頻)信號(hào)的幅值與初始相位，從而改變可控變壓器輸出電壓的相位、幅值，實(shí)現(xiàn)有功功率和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，通過(guò)陷波器，濾除可控變壓器的動(dòng)態(tài)潮流控制器輸出電壓的3次諧波(或與多倍頻調(diào)制對(duì)應(yīng)的奇次諧波)，使得輸出電壓無(wú)畸變，具有成本低，動(dòng)態(tài)潮流的控制可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102306935SQ20111026921
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者馮琳, 李國(guó)杰, 江秀臣, 盛戈皞 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)