一種多運行模式的統一潮流控制器的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種多運行模式的統一潮流控制器，統一潮流控制器包括變壓器，換流器模塊(12)和模式轉換開關模塊(11)，變壓器包括串聯接入輸電線路的串聯變壓器(3)，和并聯接入交流系統的并聯變壓器(8)；換流器模塊(12)一端經模式轉換開關模塊(11)與并聯變壓器(8)相連，另一端與串聯變壓器(3)和模式轉換開關模塊(11)相連。本發明用于輸電或配電線路時，可大幅提高線路潮流控制能力和電壓穩定性，具有功能靈活、裝置可靠性高的優點。
【專利說明】
一種多運行模式的統一潮流控制器
技術領域
[0001]本發明涉及電力電子技術領域，具體講涉及一種多運行模式的統一潮流控制器。
【背景技術】
[0002]隨著電力系統的大力發展，新能源的規模接入、網架結構日益復雜、潮流分布不均、電壓支撐能力不足等問題給電網的安全穩定運行提出了新的要求，帶來了新的挑戰。部分地區出現的供電瓶頸，不能滿足負荷發展需要。電網的運行情況來表明，潮流分布不均是制約電網輸送能力的重要因素。鑒于傳統電網缺乏有效的潮流調節手段，需用新型靈活電流輸送系統(Flexible Alternative Current Transmit System，FACTS)來改善系統運行工況，確保穩定運行，是提高電網輸送容量的一種現實且理想的選擇。
[0003]作為第3代FACTS系統代表的統一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)，是迄今為止功能最全面的，因為具有能分別或同時實現并聯補償、串聯補償、移相和端電壓調節等多種基本功能。UPFC既能在確保電力系統穩定運行情況下實現潮流調節，合理控制有功功率、無功功率，提高線路的輸送能力，實現優化運行;又能在動態情況下，通過快速無功吞吐，動態支撐接入點的電壓，提高系統的電壓穩定性;不僅如此，還可改善系統阻尼，提高功角穩定性。現有的統一潮流控制器由兩個電壓源換流器分別串聯和并聯接入系統，串聯側實現潮流控制功能，并聯側實現無功電壓調節功能。然而其功能配置不夠靈活，比如在不需要潮流控制，而需要大量無功支撐時，不能通過靈活配置使系統兩個換流器全部并聯無功補償運行。
[0004]針對上述問題，因此需要提一種滿足不同的系統調節需求，并降低裝置損耗，提高設備可靠性的統一潮流控制器。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種多運行模式的統一潮流控制器，包括以下步驟:
[0006]統一潮流控制器包括:變壓器，換流器模塊(12)和模式轉換開關模塊(11)，變壓器包括串聯接入輸電線路的串聯變壓器(3)，和并聯接入交流系統的并聯變壓器(8);換流器模塊(12)—端經模式轉換開關模塊(11)與并聯變壓器(8)相連，另一端與所述串聯變壓器
(3)和模式轉換開關模塊(I I)相連。
[0007]換流器模塊(12)包括:第一換流器(13)和第二換流器(14);第一換流器(13)和第二換流器(14)的直流側彼此相連;第一換流器(13)的交流側與模式轉換開關模塊(11)一端相連;第二換流器(14)的交流側包括經第一斷路器(5)與串聯變壓器(3)相連的支路，和與模式轉換開關模塊(11)相連的另一支路。
[0008]串聯變壓器(3)與旁路開關(2)并聯;并聯變壓器(8)與交流系統間設有第二斷路器(7)。
[0009]模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)、第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10)；
[0010]第二換流器(14)的交流側經第一模式轉換開關(6)，第一換流器(13)的交流側經第二模式轉換開關(10)與第一軟起動電路(9) 一端相連，第一軟起動電路(9)的另一端與并聯變壓器(8)—端相連。
[0011]模式轉換開關模塊(II)包括:第一軟起動電路(9)，第二軟起動電路(15)，第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10);第一軟起動電路(9)和第二軟起動電路(15)的一端互聯，第一軟起動電路(9)另一端經第一模式轉換開關(6)與第二換流器(14)交流側相連，，第二軟起動電路(15)另一端經第二模式轉換開關(10)第一換流器(13)交流側相連。并聯變壓器(8)為三繞組變壓器。
[0012]模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)，第二軟起動電路(15)，第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10);換流器(14)的交流側經第一模式轉換開關(6)與第一軟起動電路(9) 一端相連，換流器(I 3)的交流側經第二模式開關(10)和所述第二軟起動電路(I 5) —端相連;第一軟起動電路(9)的另一端和第二軟起動電路(15)另一端分別與三繞組變壓器中的兩端相連。
[0013]模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)，第二軟起動電路(15)，第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10);第二換流器(14)的交流側經第一模式轉換開關(6)與第一軟起動電路(9) 一端相連，第一換流器(13)的交流側經第二模式開關(10)和第二軟起動電路(15)—端相連;第一軟起動電路(9)的另一端與第一并聯變壓器(16)—端相連，第二軟起動電路(15)另一端與并聯變壓器(8) —端相連，并聯變壓器(8)和所述第一并聯變壓器(16)的另一端相互連接。第一軟起動電路(9)和第二軟起動電路(15)包括電阻和與其并聯的斷路器。
[0014]第一換流器(13)和所述第二換流器(14)包括:兩電平換流器、三電平換流器、模塊化多電平換流器、H橋級聯多電平換流器、二極管鉗位型換流器和/或飛跨電容型換流器。
[0015]旁路開關(2)包括:斷路器、隔離開關和/或電力電子器件構成的開關;開關為單個開關或兩個開關組成的雙旁路結構。
[0016]第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10)包括:斷路器、隔離開關和/或電力電子器件構成的開關。
[0017]運行模式包括:UPFC運行模式、單STATCOM運行模式、雙STATCOM運行模式和SSSC運行模式。
[0018]與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下益效果:
[0019]1、本發明實現了四種不同運行模式，包括:UPFC運行模式、單STAT⑶M模式、雙STATCOM模式和SSSC模式。
[0020]2、本發明的四種模式可靈活配置，可根據電網運行需要切換不同運行模式。尤其，雙STATCOM模式可提供大范圍動態無功補償，滿足不同運行方式要求，提高系統電壓穩定性。
[0021]3、本發明用于輸電或配電線路時，可大幅提高線路潮流控制能力和電壓穩定性，具有功能靈活、裝置可靠性高的優點。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明實施例的一種統一潮流控制器結構示意圖；
[0023]圖2是本發明實施例的另一種統一潮流控制器結構示意圖；
[0024]圖3是本發明實施例的又一種統一潮流控制器結構示意圖；
[0025]圖4是本發明實施例的再一種統一潮流控制器結構示意圖；
[0026]1-交流母線;2-旁路開關;3-串聯變壓器;4-輸電線路電阻;5-第一斷路器;6-第一模式轉換開關;7-第二斷路器;8-并聯變壓器;9-第一軟起動電路；10-第二模式轉換開關；11-模式轉換開關模塊;12-換流器模塊;13-第一換流器;14-第二換流器;15-第二軟起動電路;16-第一并聯變壓器。
【具體實施方式】
[0027]下面結合說明書附圖對本發明的技術方案做進一步詳細說明。
[0028]如圖1所示的一種多運行模式的統一潮流控制器中，包含至少一個串聯變壓器3、一個并聯變壓器8、兩個換流器13和14、模式轉換開關6和10以及其它必要電力設備。其中兩個換流器的直流側經開關相連，換流器的交流側經模式轉換開關分別接入串聯變壓器3和并聯變壓器8，串聯變壓器3串聯接入輸電線路，并聯變壓器8并聯接入交流系統。
[0029]換流器可以采用兩電平換流器、三電平換流器、模塊化多電平換流器、H橋級聯多電平換流器、二極管鉗位型換流器和飛跨電容型換流器等任意一種或多種組合。換流器的保護需配置快速旁路開關，在系統或裝置故障時，將換流器置于旁路，避免系統對裝置或裝置對系統的不利影響。快速旁路開關可以是斷路器、隔離開關或電力電子器件構成的開關，開關可以是單個開關或兩個開關組成的雙旁路結構，優選的采用晶閘管雙向開關。
[0030]保護串聯的側換流器需配置快速旁路開關2，在系統或裝置故障時，將換流器旁路，避免系統對裝置或裝置對系統的不利影響。快速旁路開關，可以是斷路器、隔離開關或電力電子器件構成的開關，開關可以是單個開關或兩個開關組成的雙旁路結構，優選采用晶閘管雙向開關。
[0031]模式轉換開關可采用斷路器、或者是隔離開關、或者是電力電子器件構成的開關等任意一種或多種組合。
[0032]并聯變壓器可以采用雙繞組或三繞組變壓器，并聯變壓器和換流器之間包含至少一個軟起動電路，具體的連接形式包含但不限于如下四種形式。圖1為兩個換流器經過一個軟起動電路9，接入一臺雙繞組變壓8;圖2為兩個換流器經過兩個軟起動電路9和15，接入一臺雙繞組變壓器8;圖3為兩個換流器經過兩個軟起動電路9和15，接入三繞組變壓器8;圖4為兩個換流器經過兩個軟起動電路9和15，接入兩臺雙繞組變壓器8和16。
[0033]這里需要說明的是:本發明并未標注用于保護耦合變壓器、換流器間開關、開關裝置的避雷器及間隙等設備，不表示裝置設計制造及工程實際實施時，不存在這些設備。同時，實際工程實施時，會有許多隔離刀閘、斷路器、電流測量設備、電壓測量設備。這里沒有畫出這些設備，不表示工程實際實施時，不存在這些設備。
[0034]本發明中具有多種運行模式的統一潮流控制器可通過模式轉換開關的倒閘操作來實現不同運行模式，可實現的運行模式包括但不限于:UPFC運行模式、單STATCOM模式、雙STATCOM模式和SSSC模式。以圖1的實施例進行說明，但不限于該實施例的運行模式和倒閘方式。
[0035]①UPFC運行模式:
[0036]第一斷路器5、第二斷路器7、第一軟起動電路9中的斷路器和第二模式轉換開關10處于閉合狀態，旁路開關2和第一模式轉換開關6處于斷開狀態，并聯側換流器8通過并聯變壓器接入系統，可以實現并聯側的動態無功補償。串聯側換流器3通過串聯變壓器接入系統，實現有功無功潮流的獨立控制。
[0037]②單STATC0M 模式:
[0038]以并聯側換流器做單STATC0M為例進行說明，旁路開關2、第二斷路器7、第一軟起動電路9中的斷路器和第二模式轉換開關10處于閉合狀態，第一斷路器5、第一模式轉換開關6處于斷開狀態。串聯側換流器不運行，無功率損耗。并聯側換流器經過并聯變壓器接入系統，實現動態無功補償。可實現動態無功支撐，提高母線電壓調節能力，滿足電網低谷對吸收電纜多余充電功率和高峰無功缺額的不同需求。串聯側和并聯側換流器均可單獨作STATC0M模式運行，互為冗余備用，提高裝置運行的可靠性。
[0039]③雙STATC0M 模式:
[0040]旁路開關2、第一模式轉換開關6、第二斷路器7、第一軟起動電路9中的斷路器和第二模式轉換開關10處于閉合狀態，第一斷路器5處于斷開狀態。兩個換流器并聯后經過并聯變壓器接入系統，實現動態無功補償。雙STATC0M模式可提供更大的動態無功支撐，提高母線電壓調節能力，滿足電網低谷對吸收電纜多余充電功率和高峰無功缺額的不同需求。
[0041]④SSSC 模式:
[0042]第一斷路器5處于閉合狀態，旁路開關2、第一模式轉換開關6、第二斷路器7、第一軟起動電路9中的斷路器和第二模式轉換開關10處于斷開狀態。并聯側換流器不運行，無功率損耗。串聯側換流器通過串聯變壓器接入系統，實現SSSC運行模式，進行潮流控制，能夠均衡線路潮流，提高斷面輸電功率極限。
[0043]此外，需要說明的是:多運行模式的主接線不限于實施例所示的結構，任何牽涉到采用轉換開關增加不同運行模式的統一潮流控制器，都屬于本發明范圍之內。
[0044]本發明所述的實施例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。通過說明書附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0045]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員參照上述實施例依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.一種多運行模式的統一潮流控制器，所述統一潮流控制器包括變壓器，換流器模塊(12)和模式轉換開關模塊(11 )，其特征在于， 所述變壓器包括串聯接入輸電線路的串聯變壓器(3)，和并聯接入交流系統的并聯變壓器(8); 所述換流器模塊(12)—端經所述模式轉換開關模塊(11)與所述并聯變壓器(8)相連，另一端與所述串聯變壓器(3)和所述模式轉換開關模塊(11)相連。2.根據權利要求1所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述換流器模塊(12)包括:第一換流器(13)和第二換流器(14); 所述第一換流器(13)和第二換流器(14)的直流側彼此相連； 所述第一換流器(13)的交流側與所述模式轉換開關模塊(11) 一端相連； 所述第二換流器(14)的交流側包括經第一斷路器(5)與所述串聯變壓器(3)相連的支路，和與所述模式轉換開關模塊(11)相連的另一支路。3.根據權利要求2所述的統一潮流控制器，其特征在于， 所述串聯變壓器(3)與旁路開關(2)并聯； 所述并聯變壓器(8)與所述交流系統間設有第二斷路器(7)。4.根據權利要求3所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)、第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(1)； 所述第二換流器(14)的交流側經第一模式轉換開關(6)，所述第一換流器(13)的交流側經第二模式轉換開關(10)與所述第一軟起動電路(9) 一端相連，所述第一軟起動電路(9)的另一端與所述并聯變壓器(8)—端相連。5.根據權利要求3所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)，第二軟起動電路(15)，第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10)； 所述第一軟起動電路(9)和所述第二軟起動電路(15)的一端互聯，所述第一軟起動電路(9)另一端經所述第一模式轉換開關(6)與所述第二換流器(14)交流側相連，所述第二軟起動電路(15)另一端經所述第二模式轉換開關(10)所述第一換流器(13)交流側相連。6.根據權利要求3所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述并聯變壓器(8)為三繞組變壓器。7.根據權利要求6所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)，第二軟起動電路(15)，第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10)； 所述第二換流器(14)的交流側經所述第一模式轉換開關(6)與所述第一軟起動電路(9)一端相連，所述第一換流器(13)的交流側經所述第二模式開關(10)和所述第二軟起動電路(15)—端相連； 所述第一軟起動電路(9)的另一端和所述第二軟起動電路(15)另一端分別與所述三繞組變壓器中的兩端相連。8.根據權利要求3所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述模式轉換開關模塊(11)包括:第一軟起動電路(9)，第二軟起動電路(15)，第一模式轉換開關(6)和第二模式轉換開關(10)； 所述第二換流器(14)的交流側經所述第一模式轉換開關(6)與所述第一軟起動電路(9)一端相連，所述第一換流器(13)的交流側經所述第二模式開關(10)和所述第二軟起動電路(15)—端相連； 所述第一軟起動電路(9)的另一端與第一并聯變壓器(16) —端相連，所述第二軟起動電路(15)另一端與所述并聯變壓器(8)—端相連，所述并聯變壓器(8)和所述第一并聯變壓器(16)的另一端相互連接。9.根據權利要求8所述的統一潮流控制器，其特征在于， 所述第一軟起動電路(9)和第二軟起動電路(15)包括電阻和與其并聯的斷路器。10.根據權利要求1所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述第一換流器(13)和所述第二換流器(14)包括:兩電平換流器、三電平換流器、模塊化多電平換流器、H橋級聯多電平換流器、二極管鉗位型換流器和/或飛跨電容型換流器。11.根據權利要求3所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述旁路開關(2)包括:斷路器、隔離開關和/或電力電子器件構成的開關； 所述開關為單個開關或兩個開關組成的雙旁路結構。12.根據權利要求4所述的統一潮流控制器，其特征在于，所述第一模式轉換開關(6)和所述第二模式轉換開關(10)包括:斷路器、隔離開關和/或電力電子器件構成的開關。13.根據權利要求1所述的統一潮流控制器，其特征在于，運行模式包括:UPFC運行模式、單STATCOM運行模式、雙STATC0M運行模式和SSSC運行模式。
【文檔編號】H02J3/06GK105870927SQ201610144631
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】陸振綱, 趙國亮, 鄧占鋒, 蔡林海, 尉志勇, 宋潔瑩, 戴朝波, 于弘洋
【申請人】全球能源互聯網研究院, 國家電網公司