一種可變換統(tǒng)一潮流控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，包含至少一個并聯(lián)變壓器、三個換流器、至少兩個串聯(lián)變壓器、至少一組交流轉(zhuǎn)換開關(guān)以及三組直流轉(zhuǎn)換開關(guān)；所述串聯(lián)變壓器的至少一側(cè)并聯(lián)至少一組旁路開關(guān)；所述三個換流器的交流側(cè)均經(jīng)過并聯(lián)側(cè)轉(zhuǎn)換開關(guān)與至少一個并聯(lián)變壓器連接后，再接入交流系統(tǒng)，兩個串聯(lián)側(cè)換流器分別連接至少一組串聯(lián)變壓器，然后串聯(lián)接在輸電線路上；所述三個換流器的直流側(cè)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)相互連接。此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式，在任一個換流器故障時(shí)，仍可以實(shí)現(xiàn)單條線路的統(tǒng)一潮流控制器功能；同時(shí)占地面積小、成本低，具有很好的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和可靠性。
【專利說明】一種可變換統(tǒng)一潮流控制器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種柔性交流輸電技術(shù)，具體涉及一種可變換統(tǒng)一潮流控制器。

【背景技術(shù)】
[0002] 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)、更高效 的同時(shí)也增加了電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度；再加上大量的分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，使傳 統(tǒng)的固定由輸電網(wǎng)向配電網(wǎng)傳送的潮流發(fā)生逆向；用戶負(fù)荷的不斷增長需要潮流控制手段 提高現(xiàn)有的功率輸送能力；正在蓬勃發(fā)展的智能電網(wǎng)和電力市場間復(fù)雜的功率交換需要頻 繁的潮流控制。
[0003] 統(tǒng)一潮流控制器，又稱UPFC(Unified Power Flow Controller),是目前為止通用 性最好的潮流控制裝置，最簡單的UPFC由兩個完全相同的電壓源換流器通過直流公共端 連接，可以看作是一臺靜止同步補(bǔ)償器（STATC0M)和一臺靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC)并聯(lián) 構(gòu)成，僅通過改變控制規(guī)律，就能分別或同時(shí)并快速地實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等不 冋的控制功能，提1?電力系統(tǒng)的性能。
[0004] 目前對統(tǒng)一潮流控制器研究的較多的是針對單回輸電線路統(tǒng)一潮流控制器的拓 撲結(jié)構(gòu)及控制策略，對應(yīng)用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器研究的較少。由于目前國內(nèi) 輸電網(wǎng)絡(luò)多為雙回線路或者更多回線路，潮流優(yōu)化問題以及N-1過流問題等會在多回線路 上均有體現(xiàn)，如只在多回線路的其中一回線路上安裝統(tǒng)一潮流控制器控制線路的潮流，控 制的效果不佳。因此，如果統(tǒng)一潮流控制器的優(yōu)化選址地點(diǎn)為雙回線路，則需要在雙回線路 上均安裝。若在雙回線路的每回均安裝一套完整的UPFC，每套UPFC由一個靜止同步補(bǔ)償器 (包括一個并聯(lián)變壓器和一個并聯(lián)側(cè)換流器）和一個靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（包括一個串聯(lián) 變壓器和一個串聯(lián)側(cè)換流器）連接，總共需要四個換流器和四個變壓器，占地面積比較大， 而且投資成本比較高。
[0005] 為了解決以上雙回線路應(yīng)用統(tǒng)一潮流控制器的不足，節(jié)省投資成本和安裝空間， 提高統(tǒng)一潮流控制器的效率及可靠性，充分發(fā)揮統(tǒng)一潮流控制器的優(yōu)勢，需要一種更經(jīng)濟(jì)、 更靈活的結(jié)構(gòu)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的，在于提供一種可變換的統(tǒng)一潮流控制器，此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)多 種運(yùn)行方式。正常運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)側(cè)換流器控制交流母線電壓或者控制與交流系統(tǒng)交換的無 功功率，兩個串聯(lián)側(cè)換流器分別控制雙回線路的潮流；在一個換流器故障時(shí)，通過對轉(zhuǎn)換開 關(guān)的操作，仍可以實(shí)現(xiàn)單回輸電線路的潮流控制，與雙回線路采用四個換流器的控制效果 相同，這樣可以節(jié)省一個并聯(lián)側(cè)換流器，具有很好的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和可靠性。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是：
[0008] -種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：
[0009] 所述的可變換統(tǒng)一潮流控制器包含至少一個并聯(lián)變壓器、三個換流器、至少兩個 串聯(lián)變壓器、至少一組交流轉(zhuǎn)換開關(guān)以及至少一組直流轉(zhuǎn)換開關(guān)；所述串聯(lián)變壓器的至少 一側(cè)并聯(lián)至少一組旁路開關(guān)；所述三個換流器的交流側(cè)經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)與至少一個并聯(lián) 變壓器連接后，再接入交流系統(tǒng)，兩個串聯(lián)側(cè)換流器經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)分別連接至少一組 串聯(lián)變壓器，然后串聯(lián)接在輸電線路上；所述三個換流器的直流側(cè)通過直流轉(zhuǎn)換開關(guān)相互 連接。
[0010] 進(jìn)一步地：所述的統(tǒng)一潮流控制器還包含至少一個并聯(lián)側(cè)起動電路，相應(yīng)地，所 述的三個換流器經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)后，連接至少一個所述并聯(lián)側(cè)起動電路，起動電路再與 至少一個并聯(lián)變壓器連接。
[0011] 進(jìn)一步地：所述旁路開關(guān)為旁路斷路器或者快速旁路開關(guān)。
[0012] 進(jìn)一步地：至少一組所述旁路斷路器并聯(lián)在所述串聯(lián)變壓器線路側(cè)繞組的兩端， 用于控制所述串聯(lián)變壓器的接入或者退出線路。
[0013] 進(jìn)一步地：至少一組所述快速旁路開關(guān)并聯(lián)在所述串聯(lián)變壓器閥側(cè)的相間，用于 故障時(shí)將所述換流器快速旁路，與線路隔離。
[0014] 進(jìn)一步地：所述的統(tǒng)一潮流控制器通過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)的倒閘操作，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行 方式，包括但不限于：雙回線路統(tǒng)一潮流控制器運(yùn)行方式、單回線路統(tǒng)一潮流控制器運(yùn)行方 式、靜止同步補(bǔ)償器運(yùn)行方式、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器運(yùn)行方式以及線間潮流控制器運(yùn)行方 式。
[0015] 進(jìn)一步地：所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為隔離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子設(shè)備構(gòu)成的開 關(guān)。
[0016] 進(jìn)一步地：所述并聯(lián)變壓器接入的交流系統(tǒng)為雙回輸電線路的公共母線，或者其 它交流母線。
[0017] 進(jìn)一步地：所述并聯(lián)側(cè)起動電路包括一對并聯(lián)的電阻和開關(guān)，所述開關(guān)為隔離刀 閘、或者斷路器、或者由電力電子器件構(gòu)成的開關(guān)。
[0018] 進(jìn)一步地：所述快速旁路開關(guān)為斷路器、雙向反并聯(lián)的晶閘管、或者其它電力電子 器件。
[0019] 進(jìn)一步地：所述換流器為電壓源型換流器，包括但不限于兩電平結(jié)構(gòu)、變壓器多重 化結(jié)構(gòu)或者模塊化多電平結(jié)構(gòu)。
[0020] 進(jìn)一步地：所述串聯(lián)變壓器為單相或者三相變壓器，所述串聯(lián)變壓器的線路側(cè)繞 組分相串入線路。
[0021] 采用上述方案后，本發(fā)明可以提高統(tǒng)一潮流控制器的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。正 常運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)側(cè)換流器與并聯(lián)系統(tǒng)連接，與交流系統(tǒng)進(jìn)行快速無功補(bǔ)償或者控制并聯(lián)側(cè) 交流母線，兩個串聯(lián)側(cè)換流器與串聯(lián)變壓器連接，控制雙回線路的潮流；當(dāng)一個換流器故障 時(shí)，可以通過倒閘操作使剩余兩個換流器構(gòu)成單回線路統(tǒng)一潮流控制器，此時(shí)，斷開雙回線 路的其中一條線路，仍能優(yōu)化系統(tǒng)的潮流；此外，三個換流器均可以作為STATC0M運(yùn)行，提 高系統(tǒng)的無功儲備。由于只采用了三個換流器，相比雙回線路各安裝一套完整的UPFC可以 節(jié)省一個換流器，具有很好的經(jīng)濟(jì)性，特別是對于交流電壓比較穩(wěn)定、不需要大量無功支撐 的交流系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明一個實(shí)施例的可變換統(tǒng)一潮流控制器的單相等效結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明另一個實(shí)施例的可變換統(tǒng)一潮流控制器的單相等效結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的并聯(lián)變壓器接入的交流系統(tǒng)是雙回線路公共母線的 結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026] 本發(fā)明提出一種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，其一個較優(yōu)實(shí)施例如圖 1所示。圖中，1為并聯(lián)變壓器，2為并聯(lián)側(cè)起動電路，3為交流轉(zhuǎn)換開關(guān)，4為電壓源換流器 及直流轉(zhuǎn)換開關(guān)，5為串聯(lián)變壓器閥側(cè)繞組并聯(lián)的快速旁路開關(guān)，6為串聯(lián)變壓器，7、8為串 聯(lián)變壓器線路側(cè)繞組并聯(lián)的旁路斷路器，9為線路值等電抗。
[0027] 所述的可變換統(tǒng)一潮流控制器包含至少一個并聯(lián)變壓器1、起動電路2、三個換流 器及至少一組直流轉(zhuǎn)換開關(guān)4、至少兩個串聯(lián)變壓器6、至少一組交流轉(zhuǎn)換開關(guān)3 ;所述串聯(lián) 變壓器6的至少一側(cè)并聯(lián)至少一個旁路斷路器7、8、或者至少一組快速旁路開關(guān)5、或者兩 者均并聯(lián)。需要說明的是，起動電路2非必須的，這里以含有起動電路2情況作為實(shí)施例。 另外，所述串聯(lián)變壓器6的至少一側(cè)并聯(lián)至少一組旁路開關(guān)，旁路開關(guān)可以是旁路斷路器 或者快速旁路開關(guān)。串聯(lián)變壓器6可以在一側(cè)同時(shí)并聯(lián)旁路斷路器和/或快速旁路開關(guān)， 也可以在串聯(lián)變壓器的兩側(cè)分別并聯(lián)旁路斷路器和/或快速旁路開關(guān)。
[0028] 所述三個換流器4的交流側(cè)經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)3與至少一個并聯(lián)變壓器1連接 后，再接入交流系統(tǒng)，兩個串聯(lián)側(cè)換流器經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)3分別連接至少一組串聯(lián)變壓 器6,然后串聯(lián)接在輸電線路上；所述三個換流器4的直流側(cè)通過直流轉(zhuǎn)換開關(guān)相互連接。
[0029] 前述的統(tǒng)一潮流控制器還包含至少一個并聯(lián)側(cè)起動電路2,相應(yīng)地，所述的三個 換流器4經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)后，連接至少一個所述并聯(lián)側(cè)起動電路2,再與至少一個并聯(lián)變 壓器1連接。
[0030] 前述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)變壓器旁路斷路器7、8,包括至少一組并聯(lián)在變壓器 線路側(cè)繞組兩端，用于串聯(lián)變壓器的接入或者退出線路。
[0031] 前述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)變壓器快速旁路開關(guān)5,包括至少一組并聯(lián)在變壓器 閥側(cè)的相間，用于故障時(shí)將換流器快速旁路，與線路隔離。
[0032] 前述的統(tǒng)一潮流控制器可以通過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)的倒閘操作，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式， 包括雙回線路統(tǒng)一潮流控制器運(yùn)行方式、單回線路統(tǒng)一潮流控制器運(yùn)行方式、靜止同步補(bǔ) 償器運(yùn)行方式、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器運(yùn)行方式以及線間潮流控制器運(yùn)行方式。
[0033] 前述統(tǒng)一潮流控制器的轉(zhuǎn)換開關(guān)可以是隔離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子 設(shè)備構(gòu)成的開關(guān)。
[0034] 前述統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變壓器1接入的交流系統(tǒng)，可以為雙回輸電線路的公 共母線，例如圖2所示的實(shí)施例。或者其它交流母線，如圖1所示的實(shí)施例。
[0035] 前述統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)起動電路2,可以包括一對并聯(lián)的電阻和開關(guān)，所述 開關(guān)可以為隔離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子器件構(gòu)成的開關(guān)。
[0036] 前述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)變壓器快速旁路開關(guān)7,可以由斷路器、雙向反并聯(lián)的 晶閘管、或者其它電力電子器件構(gòu)成。
[0037] 前述統(tǒng)一潮流控制器的換流器4可以為兩電平結(jié)構(gòu)、變壓器多重化結(jié)構(gòu)、模塊化 多電平結(jié)構(gòu)或者其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電壓源型換流器。
[0038] 前述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)變壓器6為單相或者三相變壓器，所述串聯(lián)變壓器6 的線路側(cè)繞組分相串入線路。
[0039] 另外本發(fā)明還提供另一個實(shí)施例如圖3所示，采用多個并聯(lián)變壓器和多個并聯(lián)起 動電路的結(jié)構(gòu)圖。
[0040] 需要說明的是，交流轉(zhuǎn)換開關(guān)的組合不限于實(shí)施例如示的結(jié)構(gòu)，任何牽涉到采用 轉(zhuǎn)換開關(guān)將換流器與串聯(lián)側(cè)變壓器和并聯(lián)側(cè)變壓器相接，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)的倒閘來實(shí)現(xiàn)上述 功能的統(tǒng)一潮流控制器，都屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0041] 另外，本發(fā)明中的各元件，如電抗器、電阻、開關(guān)等，大多是指等效元件；也就是說， 電路結(jié)構(gòu)中的等效元件既可以是單個的元件，也可以是多個同樣的元件級聯(lián)（串聯(lián)、并聯(lián) 等）而成。對于本發(fā)明實(shí)施例中的任何等效元件，能夠?qū)崿F(xiàn)同樣功能的任何等效電路應(yīng)當(dāng) 都涵蓋在本發(fā)明實(shí)施例的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0042] 最后應(yīng)該說明的是：結(jié)合上述實(shí)施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制。所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到：本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修 改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的專利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于： 所述可變換統(tǒng)一潮流控制器包含至少一個并聯(lián)變壓器、三個換流器、至少兩個串聯(lián)變 壓器、至少一組交流轉(zhuǎn)換開關(guān)以及至少一組直流轉(zhuǎn)換開關(guān)；所述串聯(lián)變壓器的至少一側(cè)并 聯(lián)至少一組旁路開關(guān)；所述三個換流器的交流側(cè)經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)與至少一個并聯(lián)變壓器 連接后，再接入交流系統(tǒng)，兩個串聯(lián)側(cè)換流器經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)分別連接至少一組串聯(lián)變 壓器，然后串聯(lián)接在輸電線路上；所述三個換流器的直流側(cè)通過直流轉(zhuǎn)換開關(guān)相互連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述的統(tǒng)一潮流控 制器還包含至少一個并聯(lián)側(cè)起動電路，相應(yīng)地，所述的三個換流器經(jīng)過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)后， 連接至少一個所述并聯(lián)側(cè)起動電路，起動電路再與至少一個并聯(lián)變壓器連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述旁路開關(guān)為旁 路斷路器或者快速旁路開關(guān)。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：至少一組所述旁路 斷路器并聯(lián)在所述串聯(lián)變壓器線路側(cè)繞組的兩端，用于控制所述串聯(lián)變壓器的接入或者退 出線路。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：至少一組所述快速 旁路開關(guān)并聯(lián)在所述串聯(lián)變壓器閥側(cè)的相間，用于故障時(shí)將所述換流器快速旁路，與線路 隔離。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述的統(tǒng)一潮流控 制器通過交流轉(zhuǎn)換開關(guān)的倒閘操作，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式，包括但不限于：雙回線路統(tǒng)一潮流 控制器運(yùn)行方式、單回線路統(tǒng)一潮流控制器運(yùn)行方式、靜止同步補(bǔ)償器運(yùn)行方式、靜止同步 串聯(lián)補(bǔ)償器運(yùn)行方式以及線間潮流控制器運(yùn)行方式。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為隔 離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子設(shè)備構(gòu)成的開關(guān)。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述并聯(lián)變壓器接 入的交流系統(tǒng)為雙回輸電線路的公共母線，或者其它交流母線。
9. 如權(quán)利要求2所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述并聯(lián)側(cè)起動電 路包括一對并聯(lián)的電阻和開關(guān)，所述開關(guān)為隔離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子器件構(gòu) 成的開關(guān)。
10. 如權(quán)利要求3所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述快速旁路開關(guān) 為斷路器、雙向反并聯(lián)的晶閘管、或者其它電力電子器件。
11. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述換流器為電壓 源型換流器，包括但不限于兩電平結(jié)構(gòu)、變壓器多重化結(jié)構(gòu)或者模塊化多電平結(jié)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求1所述的一種可變換統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于：所述串聯(lián)變壓器為 單相或者三相變壓器，所述串聯(lián)變壓器的線路側(cè)繞組分相串入線路。
【文檔編號】H02J3/00GK104124682SQ201410354459
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】陳剛, 田杰, 沈全榮, 王新寶, 黃俊輝, 王旭, 楊林, 王海潛, 謝珍建, 談健, 趙宏大, 汪惟源, 董云龍, 潘磊, 常寶立 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院