一種統(tǒng)一潮流控制器拓撲及其配置、控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種統(tǒng)一潮流控制器拓撲及其配置、控制方法，該拓撲以模塊化多電平換流器作為電壓源換流單元，在并聯(lián)側(cè)MMC各橋臂中串入一定數(shù)量的全橋型子模塊，而串聯(lián)側(cè)MMC各橋臂仍采用半橋型子模塊；通過并聯(lián)側(cè)MMC中FBSM的優(yōu)化配置，輔以串并聯(lián)側(cè)MMC協(xié)調(diào)控制策略，可以顯著提升UPFC三個方面的性能：首先是抑制串聯(lián)側(cè)MMC注入線路的諧波；其次是拓展并聯(lián)側(cè)MMC的功率控制能力；再次是提升并聯(lián)側(cè)MMC的電網(wǎng)高電壓適應(yīng)性。
【專利說明】
-種統(tǒng)一潮流控制器拓撲及其配置、控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高壓交流輸電領(lǐng)域，具體設(shè)及一種統(tǒng)一潮流控制器拓撲及其配置、控 制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 改革開放W來，我國經(jīng)濟增長迅速，電力作為經(jīng)濟增長的能源支撐，得到了快速發(fā) 展，電網(wǎng)架構(gòu)由于電力的大規(guī)模高速增長變得越來越復(fù)雜，帶來的突出問題為:潮流分布不 均且調(diào)控困難，交流電網(wǎng)N-IW后部分線路存在過載失穩(wěn)風(fēng)險。
[0003] 靈活交流輸電技術(shù)（Flexible Alternative Current Transmission Systems, FACTS)是綜合電力電子技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)而形成的交流輸電新技術(shù)，可W實現(xiàn)對 輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗和相位角的靈活控制，從而大大提高電力系統(tǒng)的調(diào)控靈活性和運行 穩(wěn)定性，并使得現(xiàn)有輸電線路的輸送能力大幅提高。
[0004] UPFC作為FACTS家族功能強大的成員之一，由于其擁有并聯(lián)補償和串聯(lián)補償?shù)碾p 重作用，運行方式非常靈活，具有良好的潮流控制能力，同時在交流系統(tǒng)振蕩抑制和阻尼補 償方面也具有得天獨厚的優(yōu)勢，因此是FACTS發(fā)展的重要方向和應(yīng)用重點。
[0005] UPFC的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中圖中1、11分別是并聯(lián)換流器和串聯(lián)換流器，Tshunt 是并聯(lián)變壓器，Tseries是串聯(lián)變壓器，Vs、化分別是受端和送端網(wǎng)絡(luò)電源，Xs、Xr是兩端電抗。 UPFC還包含串聯(lián)側(cè)旁路晶閩管TBS、并聯(lián)側(cè)斷路器Kl、串聯(lián)側(cè)斷路器K2、串聯(lián)變壓一次側(cè)旁 路開關(guān)K3、串聯(lián)變二次側(cè)旁路開關(guān)K4等。
[0006] UPFC包括一個并聯(lián)側(cè)換流器I，一個或多個串聯(lián)側(cè)換流器II，各串聯(lián)側(cè)換流器II的 一端通過串聯(lián)變壓器Tseries接入不同的交流線路上，串聯(lián)變壓器Tseries在一二次側(cè)配有旁路 開關(guān)K3、K4,在二次側(cè)還配有旁路晶閩管TBS;串聯(lián)換流器II的另一端相并聯(lián)后與并聯(lián)換流 器I通過直流系統(tǒng)相連接。
[0007] 電壓源型換流器作為UPFC核屯、單元，在高壓容量場合，一般采用MMC結(jié)構(gòu)，其主要 優(yōu)勢在于:模塊化設(shè)計便于電壓和容量的提升，冗余容錯控制提高了系統(tǒng)可靠性，多電平結(jié) 構(gòu)無需交流濾波器，因此極大提高了電壓源型換流器技術(shù)性能。
[000引考慮調(diào)制度對于MMC運行特性的限制因素，綜合分析UPFC應(yīng)用時的運行工況，需要 解決MMC =個方面的控制問題:首先是潮流調(diào)節(jié)需求小，串聯(lián)側(cè)MMC輸出電平數(shù)較低時帶來 的諧波問題;其次是并聯(lián)側(cè)MMC由于最高直流電壓限制導(dǎo)致的功率調(diào)節(jié)范圍受限問題;再次 是交流電壓偏高時并聯(lián)側(cè)UPFC調(diào)制度飽和帶來的閉環(huán)失控問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種統(tǒng)一潮流控制器拓撲結(jié)構(gòu)及其控制方法，用W解決串聯(lián) 側(cè)諧波問題。進一步還能夠解決并聯(lián)側(cè)運行范圍問題和并聯(lián)側(cè)交流高電壓適應(yīng)能力的問 題。同時，本發(fā)明還提供了適應(yīng)于該拓撲結(jié)構(gòu)的配置方法。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0011] -種統(tǒng)一潮流控制器拓撲，包括一個并聯(lián)側(cè)換流器，一個或多個串聯(lián)側(cè)換流器;并 聯(lián)側(cè)換流器的一端通過并聯(lián)變壓器連接電網(wǎng)；各串聯(lián)側(cè)換流器的一端通過串聯(lián)變壓器接入 對應(yīng)的交流線路上;各串聯(lián)換流器的另一端相并聯(lián)、與并聯(lián)換流器的另一端通過直流母線 連接;所述串聯(lián)側(cè)換流器與并聯(lián)側(cè)換流器均為MMC結(jié)構(gòu)，并聯(lián)側(cè)換流器包括全橋子模塊和半 橋子模塊，串聯(lián)側(cè)換流器僅包括半橋子模塊。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種統(tǒng)一潮流控制器拓撲的配置方法，首先根據(jù)諧波特性要求， 基于FFT分析確定串聯(lián)側(cè)換流器輸出電壓最小電平數(shù)，然后根據(jù)子模塊最低運行電壓確定 串聯(lián)側(cè)換流器最低輸出交流電壓值，根據(jù)該最低交流電壓值確定UPFC最低直流電壓運行 值，在最低直流電壓運行條件下，分析并聯(lián)側(cè)換流器功率拓展所需FBSM數(shù)、高電壓適應(yīng)所需 FBSM數(shù)和二者兼顧時所需FBSM數(shù)，取S者最大值作為FBSM最終配置數(shù)量。
[0013] 本發(fā)明又提供了一種統(tǒng)一潮流控制器的控制方法，當串聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度小于最 小設(shè)定值時，并聯(lián)側(cè)換流器投入全橋子模塊，控制全橋子模塊輸出負電壓降低直流電壓，直 到串聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度大于最小設(shè)定值或者全橋子模塊數(shù)量耗盡；當串聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度 大于最大設(shè)定值時，并聯(lián)側(cè)換流器逐漸釋放全橋子模塊投入個數(shù)W抬升直流電壓，直到串 聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度小于最大設(shè)定值或者全橋子模塊數(shù)量全部釋放。
[0014] 當并聯(lián)側(cè)MMC由于功率控制范圍拓展導(dǎo)致并聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度大于1時，并聯(lián)側(cè)換 流器投入全橋子模塊進一步抬升并聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度，當并聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度小于1時，維 持全橋子模塊均壓控制最小投入數(shù)運行。
[001引基于FBSM輸出負電平的能力，結(jié)合控審巧法能夠顯著改善串聯(lián)側(cè)MMC低電壓下的 諧波特性。
[0016] 結(jié)合進一步的控制方案，還能夠拓展并聯(lián)側(cè)MMC的功率運行范圍、提升并聯(lián)側(cè)MMC 交流高電壓下的適應(yīng)性，極大提高了 UPFC的技術(shù)性能，有利于產(chǎn)業(yè)推廣。
【附圖說明】
[0017] 圖1是UPFC基本結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明實施例的并聯(lián)側(cè)MMC串入FBSM的UPFC新型拓撲結(jié)構(gòu)；
[0019]圖3為HBSM的拓撲結(jié)構(gòu)；
[0020] 圖4為FBSM的拓撲結(jié)構(gòu)；
[0021] 圖5為FBSM數(shù)量配置流程圖；
[0022] 圖6為串聯(lián)偵齡M打皆波抑制流程圖；
[0023] 圖7為并聯(lián)側(cè)MMC功率運行范圍拓展+交流高電壓適應(yīng)性提升流程圖；
[0024] 圖8是UPFC串并聯(lián)MMC協(xié)調(diào)控制流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0026] 參考圖1，本發(fā)明的UPFC的拓撲包括一個并聯(lián)側(cè)換流器，一個或多個串聯(lián)側(cè)換流 器;并聯(lián)側(cè)換流器的一端通過并聯(lián)變壓器連接電網(wǎng)；各串聯(lián)側(cè)換流器的一端通過串聯(lián)變壓 器接入對應(yīng)的交流線路上;各串聯(lián)換流器的另一端相并聯(lián)、與并聯(lián)換流器的另一端通過直 流母線連接。
[0027] 并聯(lián)側(cè)換流器、串聯(lián)側(cè)換流器均采用MMC結(jié)構(gòu)，即為并聯(lián)側(cè)MMC和串聯(lián)側(cè)MMC。現(xiàn)有 技術(shù)中，并聯(lián)側(cè)換流器、串聯(lián)側(cè)換流器均采用半橋子模塊皿SM。本實施例的拓撲結(jié)構(gòu)中，并 聯(lián)側(cè)MMC配置一定數(shù)量的全橋子模塊FBSM;串聯(lián)側(cè)MMC全部為皿SM。
[0028] 如圖2所示，該拓撲并聯(lián)側(cè)MMC各橋臂包含m+n個子模塊(本實施例不考慮冗余的情 況），其中m表示FBSM的數(shù)量，n表示皿SM的數(shù)量，LO為橋臂電抗。
[0029] 半橋子模塊皿SM和全橋子模塊FBSM W全控型電力電子器件(如IGBT)為基礎(chǔ)構(gòu)成， 其拓撲結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，其中T代表全控型電力電子開關(guān)器件，D代表開關(guān)器件反并聯(lián)二 極管，S代表旁路開關(guān)，C代表子模塊直流電容。
[0030] 下面具體說明適用于本實施例拓撲結(jié)構(gòu)的配置和控制策略。
[0031 ]圖5給出了并聯(lián)側(cè)MMC中FBSM數(shù)量配置的流程:首先根據(jù)諧波特性要求，基于FFT分 析確定串聯(lián)側(cè)MMC輸出電壓最小電平數(shù)，然后根據(jù)子模塊最低運行電壓確定串聯(lián)側(cè)MMC最低 輸出交流電壓值，根據(jù)該最低交流電壓值確定UPFC最低直流電壓運行值，在最低直流電壓 運行條件下，分析并聯(lián)側(cè)MMC功率拓展所需FBSM數(shù)、高電壓適應(yīng)所需FBSM數(shù)和二者兼顧時所 需FBSM數(shù)，取S者最大值，并考慮一定的冗余，作為FBSM最終配置數(shù)量。
[0032] 上述分析、計算等過程使用的現(xiàn)有技術(shù)中成熟的技術(shù)手段，故不再具體說明。
[0033] 串聯(lián)側(cè)MMC最低輸出交流相電壓峰值： 陣]
…；
[00對上式中：Nlev-min為串聯(lián)側(cè)匪C輸出最小電平數(shù)，化M-min為子模塊最低允許運行電壓 值。
[0036] 最低直流電壓運行值：
[0037]
齡
[003引上式中：mser-max為串聯(lián)側(cè)匪C調(diào)制度最大允許值，考慮皿SM-MMC的動態(tài)控制裕量， 一般取0.95。
[0039] 本實施例的統(tǒng)一潮流控制器拓撲的控制策略主要包括=個方面:抑制串聯(lián)側(cè)MMC 諧波，拓展并聯(lián)側(cè)MMC功率運行范圍，并聯(lián)側(cè)MMC交流高電壓適應(yīng)能力提升。圖8給出了考慮 上述S個方面優(yōu)先級時的UPFC串并聯(lián)側(cè)MMC協(xié)調(diào)控制策略，即首先抑制串聯(lián)側(cè)MMC諧波，其 次拓展并聯(lián)側(cè)MMC功率運行范圍，再次為提升并聯(lián)側(cè)MMC交流高電壓適應(yīng)能力。通過上述協(xié) 調(diào)控制策略，可W改善串聯(lián)側(cè)MMC低電壓下的諧波特性、拓展并聯(lián)側(cè)MMC的功率運行范圍、提 升并聯(lián)側(cè)MMC交流高電壓下的適應(yīng)性。
[0040] 下面對運=個方面進行分別介紹。
[0041 ] 圖6給出了串聯(lián)側(cè)MMC諧波抑制流程，包括:檢測串聯(lián)側(cè)MMC調(diào)制度，如果小于最小 設(shè)定值，在FBSM還未耗盡時，投入FBSM使其輸出負電平降低直流電壓，直至串聯(lián)側(cè)MMC調(diào)制 度回升到允許范圍或FBSM耗盡（即FBSM全部投入）。
[0042] 還包括:給并聯(lián)側(cè)匪C調(diào)制提供FBSM裕量，當檢測到串聯(lián)側(cè)匪C調(diào)制度大于最大設(shè) 定值時，逐步釋放FBSM(即FBSM退出），直流電壓回升。
[0043] 不考慮冗余和故障子模塊影響的情況下，串聯(lián)側(cè)MMC最小調(diào)制度為：
[0044]
(3)-
[0045] 圖7給出了并聯(lián)側(cè)MMC功率運行范圍拓展+交流高電壓適應(yīng)性提升流程：當并聯(lián)側(cè) MMC調(diào)制度大于1時，投入FBSMW進一步抬升并聯(lián)側(cè)MMC調(diào)制度，拓展并聯(lián)側(cè)MMC控制范圍，當 調(diào)制度小于1時，維持FBSM均壓控制最小投入數(shù)運行。
[0046] W上給出了本發(fā)明設(shè)及的【具體實施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。 在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技 術(shù)手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實現(xiàn) 的發(fā)明目的也基本相同，運樣形成的技術(shù)方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的，運種技術(shù) 方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種統(tǒng)一潮流控制器拓撲，其特征在于，包括一個并聯(lián)側(cè)換流器，一個或多個串聯(lián)側(cè) 換流器;并聯(lián)側(cè)換流器的一端通過并聯(lián)變壓器連接電網(wǎng)；各串聯(lián)側(cè)換流器的一端通過串聯(lián) 變壓器接入對應(yīng)的交流線路上;各串聯(lián)換流器的另一端相并聯(lián)、與并聯(lián)換流器的另一端通 過直流母線連接;所述串聯(lián)側(cè)換流器與并聯(lián)側(cè)換流器均為MMC結(jié)構(gòu)，并聯(lián)側(cè)換流器包括全橋 子模塊和半橋子模塊，串聯(lián)側(cè)換流器僅包括半橋子模塊。2. 如權(quán)利要求1所述統(tǒng)一潮流控制器拓撲的配置方法，其特征在于，首先根據(jù)諧波特性 要求，基于FFT分析確定串聯(lián)側(cè)換流器輸出電壓最小電平數(shù)，然后根據(jù)子模塊最低運行電壓 確定串聯(lián)側(cè)換流器最低輸出交流電壓值，根據(jù)該最低交流電壓值確定UPFC最低直流電壓運 行值，在最低直流電壓運行條件下，分析并聯(lián)側(cè)換流器功率拓展所需FBSM數(shù)、高電壓適應(yīng)所 需FBSM數(shù)和二者兼顧時所需FBSM數(shù)，取三者最大值作為FBSM最終配置數(shù)量。3. 如權(quán)利要求1所述統(tǒng)一潮流控制器的控制方法，其特征在于，當串聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度 小于最小設(shè)定值時，并聯(lián)側(cè)換流器投入全橋子模塊，控制全橋子模塊輸出負電壓降低直流 電壓，直到串聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度大于最小設(shè)定值或者全橋子模塊數(shù)量耗盡；當串聯(lián)側(cè)換流 器調(diào)制度大于最大設(shè)定值時，并聯(lián)側(cè)換流器逐漸釋放全橋子模塊投入個數(shù)以抬升直流電 壓，直到串聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度小于最大設(shè)定值或者全橋子模塊數(shù)量全部釋放。4. 如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，當并聯(lián)側(cè)MMC由于功率控制范圍拓展導(dǎo) 致并聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度大于1時，并聯(lián)側(cè)換流器投入全橋子模塊進一步抬升并聯(lián)側(cè)換流器 調(diào)制度，當并聯(lián)側(cè)換流器調(diào)制度小于1時，維持全橋子模塊均壓控制最小投入數(shù)運行。
【文檔編號】H02J3/01GK106099909SQ201610371625
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】姚為正, 吳金龍, 董朝陽, 劉欣和, 馮宇鵬, 李道洋
【申請人】許繼電氣股份有限公司, 西安許繼電力電子技術(shù)有限公司, 許繼集團有限公司, 國家電網(wǎng)公司