專利名稱：輸出側(cè)開關(guān)可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及柔性輸電技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置。
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)定性成為越來越迫切需要解決的問題。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個方面(1)增大輸電能力由于用電的增加從而使輸送電能需求增大，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)事故會給廣大供電區(qū)內(nèi)的社會生活造成嚴(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、精密加工工藝過程受損、計算機(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)中使更長距離輸送更多電力的同時仍能保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，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，需要對整體系統(tǒng)的潮流進(jìn)行優(yōu)化。這種優(yōu)化需要在越來越大的地區(qū)內(nèi)綜合考慮全局運(yùn)行的情況。此外，電力市場要求系統(tǒng)通過一特定的“合同路徑” 去控制電力流向，要求電網(wǎng)對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，因為其中每一“路徑”的電力都是由其他所有輸電線的電氣特性決定的。針對上述需求應(yīng)運(yùn)而生的柔性交流輸電系統(tǒng)(Flexible Alternate Current Transmission System，以下簡稱為FACTS)技術(shù)，從根本上改變了交流輸電網(wǎng)過去基本只依靠機(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裝置同時或有選擇性地控制傳輸線上的電壓、阻抗和相角，實現(xiàn)有功和無功潮流控制，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。但是，目前的FACTS技術(shù)也存在很大的局限性=FACTS裝置工程造價高，推廣應(yīng)用困難；FACTS裝置和電力設(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)以及對通信設(shè)施等相應(yīng)附屬設(shè)備的要求，對電網(wǎng)的運(yùn)行和控制提出了更為嚴(yán)格的要求；裝置故障所帶來的額外問題；串聯(lián)接入引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題等等使其在電網(wǎng)中的應(yīng)用受到很大的限制。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置，該裝置基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器具有的低成本、高可靠性特點(diǎn)。它將提高電力系統(tǒng)的潮流調(diào)節(jié)、輸電能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性等，使我國電網(wǎng)真正成為堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)。本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置，其特點(diǎn)在于該動態(tài)潮流控制裝置的構(gòu)成包括可控變壓器、功率單元、測量與控制模塊、旁路開關(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個絕緣柵雙極型晶體管(簡稱為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量與控制模塊的相應(yīng)控制端相連；所述的旁路開關(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，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊的電壓信號輸入端口相連；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，輸出端與所述的測量與控制模塊的電壓信號輸入端口相連；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，其電流信號輸出端與所述的測量與控制模塊的電流信號輸入端口相連；所述的測量與控制模塊的控制信號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關(guān)的控制端相連，該測量與控制模塊與上位機(jī)相連。所述的測量與控制模塊是數(shù)字信號處理器、單片機(jī)或計算機(jī)。其功率與調(diào)制系數(shù)的控制原理推導(dǎo)如下 IGBT脈寬調(diào)制信號D為
Z)=足。+^2 sin(20oi + p)(1)上式中，0 ^ D^ 1,K0為直流信號幅值，K2為二倍頻信號幅值，為電網(wǎng)輸入電壓基頻4為二倍頻信號初始相位角度；設(shè)可控變壓器的輸入電壓Vin為Vin = V1Sin (ω 0t)(2)上式中，V1為可控變壓器輸入電壓的峰值；設(shè)可控變壓器輸出側(cè)(副邊)正負(fù)分接頭變比分別為(1+N)和(I-N)，則可控變壓器的輸出電壓Vout為:Vout = Vin* (1+N) (I-D) + (I-N) D(3)[0029]于是，
權(quán)利要求1.一種基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置，其特征在于該裝置包括 可控變壓器⑴、功率單元⑵、測量與控制模塊⑶、旁路開關(guān)⑷、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量與控制模塊⑶的相應(yīng)控制端相連；所述的旁路開關(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，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊⑶的電壓信號輸入端口相連；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，電壓信號輸出端與所述的測量與控制模塊(3)的電壓信號輸入端口相連；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，其電流信號輸出端與所述的測量與控制模塊(3)的電流信號輸入端口相連；所述的測量與控制模塊(3)的控制信號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關(guān)(4)的控制端相連，該測量與控制模塊(3)與上位機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置，其特征在于所述的測量與控制模塊C3)是數(shù)字信號處理器、單片機(jī)或計算機(jī)。
專利摘要一種基于輸出側(cè)開關(guān)的可控變壓器的動態(tài)潮流控制裝置，由可控變壓器、功率單元、測量與控制模塊、旁路開關(guān)、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，在可控變壓器電力電子開關(guān)的脈寬調(diào)制信號中采取直流信號注入二倍頻信號，通過改變脈寬調(diào)制信號中的直流信號幅值和二倍頻信號的幅值與初始相位，從而改變可控變壓器輸出電壓的相位、幅值，實現(xiàn)了有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)，由于對可控變壓器的分接頭導(dǎo)通進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)對電力網(wǎng)的動態(tài)潮流進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，本實用新型具有成本低，動態(tài)潮流的控制可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號H02J3/00GK202206140SQ20112034081
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者馮琳, 李國杰, 江秀臣, 盛戈皞 申請人:上海交通大學(xué)