混合型統一潮流控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種混合型統一潮流控制器，包括電抗器單元、電容器單元、第一換流器、第二換流器、串聯變壓器和并聯變壓器；電抗器單元和電容器單元串聯接入輸電線路中；電抗器兩端并聯第一開關裝置，電容器兩端并聯第二開關裝置；第一換流器與第二換流器連接，該第一換流器的另一端接入串聯變壓器，該第二換流器的另一端接入并聯變壓器；串聯變壓器的另一側繞組與輸電線路連接，該另一側繞組上并聯第三開關裝置。與現有技術相比，本實用新型提供的一種混合型統一潮流控制器，能夠顯著降低換流器所需容量，節約成本，同時具備限流的功能。
【專利說明】
混合型統一潮流控制器
技術領域
[0001]本實用新型涉及電力電子技術領域，具體涉及一種混合型統一潮流控制器。
【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帶來了新的挑戰。部分地區出現了供電瓶頸，不能滿足負荷發展需要。從電網實際情況來看，潮流分布不均是制約電網輸送能力的重要因素。傳統電網缺乏有效的潮流調節手段，通過采用新型FACTS (FlexibleAlternative Current Transmis System)裝置來改善系統運行工況，提高電網輸送容量是一個現實且理想的選擇。
[0003]統一潮流控制器(UnifiedPower Flow Controller，UPFC)作為第3代FACTS設備的代表，是迄今為止功能最全面的FACTS裝置，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既能在電力系統穩定方面實現潮流調節，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;又能在動態方面，通過快速無功吞吐，動態支撐接入點的電壓，提高系統電壓穩定性;還可以改善系統阻尼，提高功角穩定性。
[0004]常規統一潮流控制器控制功能靈活而卓越，但其在電力系統中推廣使用不具備容量和價格優勢。傳統電容器、電抗器可作為線路串聯補償，但靈活性和動作速度都不能滿足精確調節的要求。統一潮流控制器需要更加靈活的功能配置，需要將串聯補償與統一潮流控制器結合起來。
【實用新型內容】
[0005]為了滿足現有技術的需要，本實用新型提供了一種混合型統一潮流控制器。
[0006]本實用新型的技術方案是:
[0007]所述統一潮流控制器包括電抗器單元、電容器單元、第一換流器、第二換流器、串聯變壓器和并聯變壓器；
[0008]所述電抗器單元和電容器單元串聯接入輸電線路中；所述電抗器單元包括一個電抗器或者串聯的多個電抗器，所述電抗器上并聯有第一開關裝置;所述電容器單元包括一個電容器或者由多個電容器串聯和并聯形成的電容器組，所述電容器上并聯有第二開關裝置；
[0009]所述第一換流器與第二換流器連接，該第一換流器的另一端接入所述串聯變壓器，該第二換流器的另一端接入所述并聯變壓器；
[0010]所述串聯變壓器的另一側繞組與所述輸電線路連接，該另一側繞組上并聯第三開關裝置。
[0011 ]本實用新型提供的一個優選實施例為:
[0012]所述第二換流器上并聯第四開關裝置;所述第三開關裝置與第四開關裝置互為備用裝置，當第三開關裝置和第四開關裝置中任一開關裝置發生拒動時，另一開關裝置動作。
[0013]本實用新型提供的一個優選實施例為:
[0014]所述第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置包括機械開關或者電力電子開關。
[0015]本實用新型提供的一個優選實施例為:所述第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置均包括機械開關和電力電子開關，該機械開關和電力電子開關并聯。
[0016]本實用新型提供的一個優選實施例為:所述電力電子開關包括反并聯的兩個晶閘管。
[0017]本實用新型提供的一個優選實施例為:所述電力電子開關包括全控型電力電子器件，該全控型電力電子器件采用IGBT、GT0、IGCT和SIC中任一種。
[0018]本實用新型提供的一個優選實施例為:所述第一換流器和第二換流器均采用H橋級聯型換流器、MMC型換流器、二極管鉗位型換流器和飛跨電容型換流器中任一種。
[0019]與最接近的現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0020]1、本實用新型提供的一種混合型統一潮流控制器，能夠實現容性、感性雙向補償，補償模式可以根據系統需求迅速切換；
[0021]2、本實用新型提供的一種混合型統一潮流控制器，將電抗器、電容器和全控型電力電子換流器相結合，僅需較小的換流器容量即可實現大范圍的容性補償和感性補償；
[0022]3、本實用新型提供的一種混合型統一潮流控制器，通過開關裝置的配置能夠在不同運行工況下有效保護混合型統一潮流控制器；
[0023]4、本實用新型提供的一種混合型統一潮流控制器，能夠顯著降低換流器所需容量，節約成本，同時具備限流的功能。
【附圖說明】
[0024]圖1:本實用新型實施例中一種混合型統一潮流控制器結構示意圖；
[0025]圖2:本實用新型實施例中另一種混合型統一潮流控制器結構示意圖；
[0026]圖3:本實用新型實施例中采用晶閘管開關和機械開關的混合型統一潮流控制器結構示意圖；
[0027]圖4:本實用新型實施例中容性補償的等值電路圖；
[0028]圖5:本實用新型實施例中感性補償的等值電路圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地說明，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0030]本實用新型提供的一種混合型統一潮流控制器的實施例如圖1和2所示，具體為:
[0031]如圖1所示，本實施例中該統一潮流控制器包括電抗器單元、電容器單元、第一換流器、第二換流器、串聯變壓器和并聯變壓器。其中，
[0032]①:電抗器單元串聯接入輸電線路中，電抗器單元包括一個電抗器或者串聯的多個電抗器，每個電抗器兩端并聯有第一開關裝置。
[0033]②:電容器單元串聯接入輸電線路中，電容器單元包括一個電容器或者由多個電容器串聯和并聯形成的電容器組，每個電容器兩端并聯有第二開關裝置。
[0034]③:第一換流器與第二換流器連接，該第一換流器的另一端接入串聯變壓器，該第二換流器的另一端接入并聯變壓器。即第一換流器并聯在串聯變壓器的一側繞組兩端，串聯變壓器的另一側繞組與第三開關裝置并聯，可以實現保護裝置或退出裝置的功能。如圖2所示，第一換流器的兩端也可以并聯有第四開關裝置，第三開關裝置與第四開關裝置互為備用裝置，二者中任一開關裝置發生拒動時，另一開關裝置動作。
[0035]本實施例中換流器采用H橋級聯型換流器、MMC型換流器、二極管鉗位型換流器和飛跨電容型換流器中任一種。
[0036]本實施例中第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置的結構包括兩種類型:
[0037]第一種:第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置采用機械開關或者電力電子開關。
[0038]第二種:第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置均包括機械開關和電力電子開關，該機械開關和電力電子開關并聯。
[0039]上述兩種類型結構中電力電子開關均包括反向并聯的兩個電力電子器件。本實施例中電力電氣器件可以采用半控型電力電子器件也可以采用全控型電力電子器件:半控型電力電子器件采用晶閘管，全控型電力電子器件采用IGBT、GT0、IGCT和SIC中任一種。
[0040]需要說明的是，本實用新型并未標注用于保護電容、串聯變壓器、換流器及開關裝置的避雷器、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。
[0041]本實用新型中混合型統一潮流控制器的工作模式包括容性偏移補償模式和感性偏移補償模式，本實施例中定義輸電線路的容性補償為正向補償，感性補償為反向補償；
[0042]①:容性偏移補償模式
[0043]當第一開關裝置閉合，第二開關裝置和第三開關裝置斷開時，統一潮流控制器工作于容性偏移補償模式。電容器單元提供一個正向偏移的穩態運行工作點，換流器提供動態工作范圍，從而使得串聯側補償的控制范圍顯著增大。
[0044]通過調整電容器單元中的電容值或者電容器的串并聯數量，調節穩態運行工作點，即使得該統一潮流控制器具備分級調節功能。
[0045]②:感性偏移補償模式
[0046]當第二開關裝置閉合，第一開關裝置和第三開關裝置斷開時，統一潮流控制器工作于感性偏移補償模式。電抗器單元提供一個反向偏移的穩態運行工作點，換流器提供動態工作范圍，從而使得串聯側補償的控制范圍顯著增大。
[0047]通過調整電抗器單元中電抗器的電感值或者電容器的串并聯數量，調節穩態運行工作點，即使得該統一潮流控制器具備分級調節功能。
[0048]統一潮流控制器的工作模式不僅限于單純的容性偏移補償模式和感性偏移補償模式，而呈現一種偏容性或偏感性的復雜補償特性。
[0049]本實用新型中以圖3所示采用晶閘管開關和機械開關的混合型統一潮流控制器為例進行說明。本實施例中第一開關裝置、第二開關裝置和第三開關裝置均由機械開關和電力電子開關并聯組成，其中:
[0050]第一開關裝置包括機械開關BRK1、反向并聯的晶閘管THYll和晶閘管THY12;
[0051]第二開關裝置包括機械開關BRK2、反向并聯的晶閘管THY21和晶閘管THY22;
[0052]第三開關裝置包括機械開關BRK3、反向并聯的晶閘管THY31和晶閘管THY32。
[0053]本實施例中混合型統一潮流控制器的工作過程為:
[0054]1、混合型統一潮流控制器未接入系統
[0055]混合型統一潮流控制器接入系統I和系統2之前，機械開關BRK1、機械開關BRK2、機械開關BRK3均閉合，整個混合型統一潮流控制器串聯側處于旁路狀態，不對系統初始運行狀態造成任何影響。
[0056]2、混合型統一潮流控制器接入系統
[0057](I)容性偏移補償模式
[0058]若長距離輸電線路的電抗較大時，通過串入電容可以補償輸電線路的電抗，降低傳輸損耗。因此將混合型統一潮流控制器接入系統I和系統2，并控制其工作于容性偏移補償模式:
[0059]閉合機械開關BRKl，斷開機械開關BRK2和機械開關BRK3，晶閘管均閉鎖，此時系統等值電路如圖4所示。換流器和串聯變壓器組成的常規統一潮流控制器可以工作在感性偏移補償模式下，從而預留較大的正向補償能力，在系統發生故障，需要提高暫態穩定性的場景下能夠迅速最大程度降低線路等等效電抗，提高暫態穩定極限，并通過該常規靜止同步補償器的動態控制對系統震蕩進行阻尼。
[0060](2)容性偏移補償模式切換至感性偏移補償模式
[0061]若混合型統一潮流控制器工作于容性偏移補償模式時，出現輸電線路過電流，則控制電容器兩端的晶閘管THY21和晶閘管THY22，以及串聯變壓器接入輸電線路的一側繞組兩端的晶閘管THY31和晶閘管THY32迅速導通，同時控制機械開關BRK2和機械開關BRK3閉合，通過開關裝置旁路電容器、串聯變壓器以保護混合型統一潮流控制器。斷開機械開關BRKl，投入電抗器進行限流。
[0062]切換方法:迅速導通電容器兩端的晶閘管THY21和晶閘管THY22，同時閉合機械開關BRK2，斷開機械開關BRKl，實現容性偏移補償模式切換至感性偏移補償模式。
[0063]本實施例中，圖3中未對應圖2標出第四開關裝置。若混合型統一潮流控制器應用于較高電壓等級，即串聯變壓器中換流器側電壓低于系統側電壓時，原則上第四開關裝置的動作速度可快于第三開關裝置，此時增加第四開關裝置包括機械開關BRK4、反向并聯的晶閘管THY41和晶閘管THY42，在線路過流時反向并聯的晶閘管THY41和晶閘管THY42迅速導通，將換流器旁路以保護換流器。
[0064](3)感性偏移補償模式
[0065]當輸電線路由于短路故障或者負載增加、并行線路跳閘等原因導致過載，需要限流時，閉合機械開關BRK2，斷開機械開關BRKl和機械開關BRK3，晶閘管均閉鎖，此時系統等值電路如圖5所示。換流器和串聯變壓器組成的常規靜止同步補償器可以工作在容性偏移補償模式下，從而預留較大的反向補償能力。
[0066](4)感性偏移補償模式切換至容性偏移補償模式
[0067]迅速導通電抗器兩端的晶閘管THYlI和晶閘管THY12，同時閉合機械開關BRKl，斷開機械開關BRK2，實現感性偏移補償模式切換至容性偏移補償模式。
[0068]需要說明的是，串入電感和電容的情況不限于實施例所示的結構，任何通過增加或減少電感和電容來實現大范圍串聯補償的情況，都屬于本實用新型范圍之內。統一潮流控制的并聯側可以連接到本線路的母線也可以連接到其他線路，都屬于本實用新型范圍之內。
[0069]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種混合型統一潮流控制器，其特征在于，所述統一潮流控制器包括電抗器單元、電容器單元、第一換流器、第二換流器、串聯變壓器和并聯變壓器； 所述電抗器單元和電容器單元串聯接入輸電線路中；所述電抗器單元包括一個電抗器或者串聯的多個電抗器，所述電抗器上并聯有第一開關裝置;所述電容器單元包括一個電容器或者由多個電容器串聯和并聯形成的電容器組，所述電容器上并聯有第二開關裝置； 所述第一換流器與第二換流器連接，該第一換流器的另一端接入所述串聯變壓器，該第二換流器的另一端接入所述并聯變壓器； 所述串聯變壓器的另一側繞組與所述輸電線路連接，該另一側繞組上并聯第三開關裝置。2.如權利要求1所述的一種混合型統一潮流控制器，其特征在于， 所述第二換流器上并聯第四開關裝置;所述第三開關裝置與第四開關裝置互為備用裝置，當第三開關裝置和第四開關裝置中任一開關裝置發生拒動時，另一開關裝置動作。3.如權利要求1所述的一種混合型統一潮流控制器，其特征在于， 所述第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置包括機械開關或者電力電子開關。4.如權利要求1所述的一種混合型統一潮流控制器，其特征在于，所述第一開關裝置、第二開關裝置、第三開關裝置和第四開關裝置均包括機械開關和電力電子開關，該機械開關和電力電子開關并聯。5.如權利要求3或4所述的一種混合型統一潮流控制器，其特征在于，所述電力電子開關包括反并聯的兩個晶閘管。6.如權利要求3或4所述的一種混合型統一潮流控制器，其特征在于，所述電力電子開關包括全控型電力電子器件，該全控型電力電子器件采用IGBT、GTO、IGCT和SIC中任一種。7.如權利要求1所述的一種混合型統一潮流控制器，其特征在于，所述第一換流器和第二換流器均采用H橋級聯型換流器、MMC型換流器、二極管鉗位型換流器和飛跨電容型換流器中任一種。
【文檔編號】H02J3/18GK205544303SQ201620173258
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月8日
【發明人】尉志勇, 宋潔瑩, 陸振綱, 于弘洋, 潘冰, 蔡林海, 趙國亮, 鄧占鋒
【申請人】全球能源互聯網研究院, 國家電網公司