一種適用于雙回線路的統(tǒng)一潮流控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種應用于雙回輸電線路的統(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、并聯(lián)側(cè)倒閘回路、串聯(lián)側(cè)倒閘回路以及直流公共母線；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)過串聯(lián)側(cè)倒閘回路與至少一個串聯(lián)變壓器連接后,再串聯(lián)接入每回線路；所述三個換流器的交流側(cè)經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路起動電路與至少一個并聯(lián)變壓器連接后，接入交流系統(tǒng)；所述三個換流器的直流側(cè)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)連接于直流公共母線。此結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多種運行方式，在一個換流器故障時，仍可以實現(xiàn)雙回輸電線路的潮流控制；同時占地面積小、成本低，具有很好的經(jīng)濟性、靈活性和可靠性。
【專利說明】—種適用于雙回線路的統(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)，具體涉及一種適用于雙回線路的統(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)以及各種新設備的使用，在使發(fā)電、輸電更經(jīng)濟、更高效的同時也增加了電力系統(tǒng)的規(guī)模和復雜度；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償器(STATC0M)和一臺靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)并聯(lián)構(gòu)成，僅通過改變控制規(guī)律，就能分別或同時并快速地實現(xiàn)并聯(lián)補償、串聯(lián)補償和移相等不冋的控制功能，提聞電力系統(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；并且當任何一個換流器故障時，不能實現(xiàn)雙回輸電線路的潮流控制。
[0005]為了解決以上雙回線路應用統(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、更靈活的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的，在于提供一種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，此拓撲結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多種運行方式，在一個換流器故障時，仍可以實現(xiàn)雙回輸電線路的潮流控制，還可以節(jié)省一個并聯(lián)側(cè)換流器，具有很好的經(jīng)濟性、靈活性和可靠性。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0008]—種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于:
[0009]所述應用于雙回輸電線路的統(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、并聯(lián)側(cè)倒閘回路、串聯(lián)側(cè)倒閘回路以及直流公共母線；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)過串聯(lián)側(cè)倒閘回路與至少一個串聯(lián)變壓器連接后，再串聯(lián)接入每回線路；所述三個換流器的交流側(cè)經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路與至少一個并聯(lián)變壓器連接后，接入交流系統(tǒng)；所述三個換流器的直流側(cè)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)連接于直流公共母線。
[0010]進一步地:所述的并聯(lián)側(cè)倒閘回路由至少一個轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成，用于將三個換流器以不同組合形式與并聯(lián)側(cè)交流系統(tǒng)連接或者退出連接；所述的串聯(lián)側(cè)倒閘回路由至少一個轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成，用于將三個換流器以不同組合形式與串聯(lián)變壓器連接或者退出連接。
[0011]進一步地: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，相應地，所述的三個換流器經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路后，連接至少一個所述并聯(lián)側(cè)起動電路，再與至少一個并聯(lián)變壓器連接。
[0012]進一步地:所述旁路開關(guān)可以是旁路斷路器或者快速旁路開關(guān)。
[0013]進一步地: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。
[0014]進一步地: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，用于故障時將所述換流器快速旁路，與線路隔離。
[0015]進一步地:所述的統(tǒng)一潮流控制器通過并聯(lián)側(cè)倒閘回路和串聯(lián)側(cè)倒閘回路的倒閘操作，實現(xiàn)多種運行方式，包括但不限于:雙回線路統(tǒng)一潮流控制器運行方式、單回線路統(tǒng)一潮流控制器運行方式、靜止同步補償器運行方式、靜止同步串聯(lián)補償器運行方式以及線間潮流控制器運行方式。
[0016]進一步地:所述轉(zhuǎn)換開關(guān)為隔離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子設備構(gòu)成的開關(guān)。
[0017]進一步地: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。
[0018]進一步地: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、斷路器、或者由電力電子器件構(gòu)成的開關(guān)。
[0019]進一步地: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。
[0020]進一步地: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)。
[0021]進一步地: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。
[0022]進一步地:所述統(tǒng)一潮流控制器應用于N回線路時，所述換流器至少為N+1個，所述串聯(lián)變壓器至少為N個，N為自然數(shù)且N大于2。
[0023]采用上述方案后，本發(fā)明可以提高雙回線路應用統(tǒng)一潮流控制器的靈活性、經(jīng)濟性和可靠性。正常運行時，一個換流器與并聯(lián)系統(tǒng)連接，與交流系統(tǒng)進行快速無功補償或者控制并聯(lián)側(cè)交流母線，另外兩個換流器與串聯(lián)變壓器連接，控制雙回線路的潮流；當其中一個換流器故障時，可以通過倒閘操作使剩余兩個換流器變?yōu)镾SSC或者線間潮流控制器IPFC運行，仍能控制雙回線路的潮流；此外，三個換流器均可以作為STATC0M運行，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)濟性，特別是對于交流電壓比較穩(wěn)定、不需要交流母線電壓控制的系統(tǒng)，經(jīng)濟效果顯著。對于N回線路應用統(tǒng)一潮流控制器，可以采用類似的結(jié)構(gòu)，換流器只需至少選擇N+1個即可，其經(jīng)濟效益更加明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明一個實施例的統(tǒng)一潮流控制器的單相等效結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是本發(fā)明另一個實施例的統(tǒng)一潮流控制器的單相等效結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3是本發(fā)明一個實施例的并聯(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。
[0027]圖4是本發(fā)明一個實施例的以轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成并聯(lián)側(cè)倒閘回路和串聯(lián)側(cè)回路倒閘回路的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0029]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)實施例如圖1所示。圖中，I為并聯(lián)變壓器，2為并聯(lián)側(cè)起動電路，3為并聯(lián)側(cè)倒閘回路，4為電壓源換流器，5為直流母線及轉(zhuǎn)換開關(guān)，6為串聯(lián)側(cè)倒閘回路，7為串聯(lián)變壓器閥側(cè)繞組并聯(lián)的快速旁路開關(guān)，8為串聯(lián)變壓器，9、10為串聯(lián)變壓器線路側(cè)繞組并聯(lián)的旁路斷路器，11為雙回線路值等電抗。
[0030]所述的統(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4、至少兩個串聯(lián)變壓器8、并聯(lián)側(cè)倒閘回路3、串聯(lián)側(cè)倒閘回路6以及直流公共母線5 ;串聯(lián)變壓器至少一側(cè)并聯(lián)至少一個旁路斷路器9、10、或者至少一組快速旁路開關(guān)7、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情況作為實施例。另外，所述串聯(lián)變壓器8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8可以在一側(cè)同時并聯(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)。
[0031]所述統(tǒng)一潮流控制器的三個換流器4的交流側(cè)經(jīng)過串聯(lián)側(cè)倒閘回路6與串聯(lián)變壓器8連接后，再串聯(lián)接入每回線路；同時三個換流器4的交流側(cè)經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路3與至少一個并聯(lián)變壓器I連接后，再接入交流系統(tǒng)；三個換流器4的直流側(cè)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)連接于直流公共母線5。
[0032]前述的統(tǒng)一潮流控制器可以包含至少一個并聯(lián)側(cè)起動電路2，所述的三個換流器4經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路3以及至少一個并聯(lián)側(cè)起動電路2連接后，再與至少一個并聯(lián)變壓器I連接；
[0033]前述統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)倒閘回路3可以使用轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)，從而將三個換流器4以不同組合形式與并聯(lián)側(cè)起動電路2連接或者退出連接；上述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)側(cè)倒閘回路6可以使用轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)，從而將三個換流器4以不同組合形式與串聯(lián)變壓器8連接或者退出連接。如圖4所示的實施例，通過并聯(lián)側(cè)倒閘回路包含的三個轉(zhuǎn)換開關(guān)的倒閘操作，三個換流器均可以連接至并聯(lián)側(cè)交流系統(tǒng)；通過串聯(lián)側(cè)倒閘回路包含的四個轉(zhuǎn)換開關(guān)的倒閘操作，換流器I可以連接至雙回線路的任一回線路，換流器2和換流器3可以連接至其中一回線路。
[0034]前述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)變壓器旁路斷路器9、10，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。
[0035]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，包括至少一組并聯(lián)在變壓器閥側(cè)的相間，用于故障時將換流器快速旁路，與線路隔離。
[0036]前述的統(tǒng)一潮流控制器可以通過并聯(lián)側(cè)倒閘回路3和串聯(lián)側(cè)倒閘回路6的倒閘操作，實現(xiàn)多種運行方式，包括雙回線路統(tǒng)一潮流控制器運行方式、單回線路統(tǒng)一潮流控制器運行方式、靜止同步補償器運行方式、靜止同步串聯(lián)補償器運行方式以及線間潮流控制器運行方式等。
[0037]前述統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)側(cè)倒閘回路3以及串聯(lián)側(cè)倒閘回路6的轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以是隔離刀閘、或者斷路器、或者由電力電子設備構(gòu)成的開關(guān)。
[0038]前述統(tǒng)一潮流控制器的并聯(lián)變壓器I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3所示的實施例?；蛘咂渌涣髂妇€，如圖1所示的實施例。
[0039]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)。
[0040]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、或者雙向反并聯(lián)的晶閘管、或者其它電力電子器件構(gòu)成。
[0041]另外本發(fā)明還提供另一個實施例如圖2所示，采用多個并聯(lián)變壓器和多個并聯(lián)起動電路、串聯(lián)變壓器閥側(cè)繞組并聯(lián)旁路斷路器的結(jié)構(gòu)圖；12為串聯(lián)變壓器閥側(cè)繞組并聯(lián)的旁路斷路器。
[0042]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)或者其它拓撲結(jié)構(gòu)的電壓源型換流器。
[0043]前述統(tǒng)一潮流控制器的串聯(lián)變壓器8為單相或者三相變壓器，所述串聯(lián)變壓器8的線路側(cè)繞組分相串入線路。
[0044]前述統(tǒng)一潮流控制器應用于N回線路時，所述換流器4至少為N+1個，所述串聯(lián)變壓器8至少為N個，N為自然數(shù)且N大于2。
[0045]本發(fā)明以應用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器來介紹實施方案，但本發(fā)明不限于雙回線路應用統(tǒng)一潮流控制器的系統(tǒng)，也可以用于其它需要多條線路應用統(tǒng)一潮流控制器的情況，例如可以應用于同一個變電站、不同落點的多條線路的統(tǒng)一潮流控制器等等。任何牽涉到通過三個換流器的倒閘操作來控制兩條線路潮流的統(tǒng)一潮流控制器都屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
[0046]需要說明的是，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當都涵蓋在本發(fā)明實施例的保護范圍之內(nèi)。
[0047]最后應該說明的是:結(jié)合上述實施例僅說明本發(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)人員應當理解到:本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進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范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于: 所述應用于雙回輸電線路的統(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、并聯(lián)側(cè)倒閘回路、串聯(lián)側(cè)倒閘回路以及直流公共母線；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)過串聯(lián)側(cè)倒閘回路與至少一個串聯(lián)變壓器連接后，再串聯(lián)接入每回線路；所述三個換流器的交流側(cè)經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路與至少一個并聯(lián)變壓器連接后，再接入交流系統(tǒng)；所述三個換流器的直流側(cè)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)連接于直流公共母線。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于:所述的并聯(lián)側(cè)倒閘回路由至少一個轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成，用于將三個換流器以不同組合形式與并聯(lián)側(cè)交流系統(tǒng)連接或者退出連接；所述的串聯(lián)側(cè)倒閘回路由至少一個轉(zhuǎn)換開關(guān)構(gòu)成，用于將三個換流器以不同組合形式與串聯(lián)變壓器連接或者退出連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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，相應地，所述的三個換流器經(jīng)過并聯(lián)側(cè)倒閘回路后，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。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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。
6.如權(quán)利要求4所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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，用于故障時將所述換流器快速旁路，與線路隔離。
7.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于:所述的統(tǒng)一潮流控制器通過并聯(lián)側(cè)倒閘回路和串聯(lián)側(cè)倒閘回路的倒閘操作，實現(xiàn)多種運行方式，包括但不限于:雙回線路統(tǒng)一潮流控制器運行方式、單回線路統(tǒng)一潮流控制器運行方式、靜止同步補償器運行方式、靜止同步串聯(lián)補償器運行方式以及線間潮流控制器運行方式。
8.如權(quán)利要求1或2所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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、或者由電力電子設備構(gòu)成的開關(guān)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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。
10.如權(quán)利要求3所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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)。
11.如權(quán)利要求4所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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。
12.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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)。
13.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(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。
14.如權(quán)利要求1所述的一種適用于雙回輸電線路的統(tǒng)一潮流控制器，其特征在于:所述統(tǒng)一潮流控制器應用于N回輸電線路時，所述換流器至少為N+1個，所述串聯(lián)變壓器至少為N個，N為自然數(shù) 且N大于2。
【文檔編號】H02J3/00GK103972887SQ201410212139
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】田杰, 李海英, 王新寶, 董云龍, 沈全榮, 潘磊, 劉超, 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