微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置及其控制方法

摘要

本发明涉及一种微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置及其控制方法。本发明主要是解决现有的并联补偿控制装置存在的在解决统一潮流、低电压穿越承受能力薄弱的技术问题。本发明的技术方案是：微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置，它包括微电网侧混合型有源电力动态滤波器电路、微电网侧参数检测电路、IGCT五电平开关拓扑电路、IGCT开关驱动电路、智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路等电路，其中：它还包括微电网侧和大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路。该控制方法是：依据从微电网侧和大电网侧检测得到的参数信息，形成有功功率调节控制量ΔP(t)=ΔP

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置及其控制 方法，它属于一种微电网与大电网在高压处连接时智能柔性传输串联补偿的装 置（Smart Flexible Transmission Series Compensation Equipment——SFTSCE）及 其控制方法。

背景技术

目前，由新能源组成的微电网与大电网在高压处连接组成坚强智能电网， 已被国内外专家认为是电力系统的必然发展趋势；然而，随着分布式电源的快 速发展，如我国内蒙、西北地区的大量风力、太阳能等可再生能源组成的微电 网，在与大电网高压处(35KV及以上)连接时由于控制技术上存在的缺陷，造成 电力功率传输出现瓶颈、统一潮流、电压波动、谐波干扰、低电压穿越承受能 力薄弱的问题，目前解决这一问题的技术方案基本是在线路中点加装并联补偿 装置，但由于并联补偿装置调节速度缓慢，调节范围小，在解决统一潮流及低 电压穿越承受能力薄弱问题方面存在明显的缺点，故需对现有的补偿装置加以 改进。

发明内容

本发明的目的是解决现有的并联补偿控制装置存在的在解决统一潮流、低 电压穿越承受能力薄弱的技术问题，提供一种能解决电力功率传输出现统一潮 流、低电压穿越承受能力薄弱的微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装 置及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：微电网与大电网高压智能 柔性传输串联补偿装置，它包括微电网侧混合型有源电力动态滤波器电路 （HAPDF_s(t)）、微电网侧参数检测电路、微电网侧功率比较电路、微电网侧功 率差值电路、集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路、集成门极换 流晶闸管（IGCT）开关驱动电路、智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路、 大电网侧参数检测电路、大电网侧功率比较电路、大电网侧功率差值电路和大 电网侧混合型有源电力动态滤波器电路（HAPDF_r(t)），其中：它还包括微电网 侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）和大电网侧双向晶闸 管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）；集成门极换流晶闸管（IGCT） 五电平开关拓扑电路的左端与微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器 电路（TSSC_s(t)）的右端相连，集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电 路的右端与大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）的 左端相连，集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路的下端与集成门 极换流晶闸管（IGCT）开关驱动电路的上端相连，通过对集成门极换流晶闸管 （IGCT）五电平开关拓扑电路的操作，以控制输电线路的中间点m两侧有功功 率的差值P(t)和无功功率的差值ΔQ(t)，从而解决电力功率传输的瓶颈、统一潮 流、电压波动、谐波干扰、低电压穿越承受能力薄弱的问题；微电网侧双向晶 闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）的左端与输电线路微电网侧电 抗的右端连接，微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路 （TSSC_s(t)）的下端与智能柔性传输串联补偿装置DSP控制器电路设置的微电 网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）的输入输出及通讯 口连接，微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）的右 端与集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路的左端连接，其功能是 在t时刻通过TSSC_s(t)的控制使微电网至输电线路的中间点m处的电抗值由 控制到大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路 （TSSC_r(t)）的右端与输电线路大电网侧电抗的左端连接，大电网侧双向 晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）的下端与智能柔性传输串联 补偿装置DSP控制器电路设置的大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容 器电路（TSSC_r(t)）的输入输出及通讯口连接，大电网侧双向晶闸管开关控制的 串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）的左端与集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平 开关拓扑电路的右端连接，其功能是在t时刻通过TSSC_r(t)的控制使大电网至输 电线路的中间点m处的电抗值由控制到

一种所述的微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置的控制方法， 其首先建立微电网与大电网连接线路中实时双向流动的柔性有功功率P(t)、柔性 无功功率Q(t)与输电线路两端的线路电抗X_L(t)、输电线路两端的微电网高压侧 等效电压向量输电线路两端的大电网侧电压向量和微电网高压侧等 效电压向量之间的电压向量夹角即功率角δ(t)、t时刻微电网至大电网之间 的输电线路经本发明装置补偿后的补偿系数R(t)之间的计算模型：

$P\left(t\right)=P_s\left(t\right)=-P_r\left(t\right)=\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)[1-R\left(t\right)]}\sin \delta \left(t\right)=\frac{{\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|}^2}{2[1-R_s\left(t\right)]\frac{X_s\left(t\right)}{2}}\sin {\delta }_s\left(t\right)---\left(1\right)$

式（1）中：实时双向流动的柔性有功功率P(t)是t时刻采用本发明装置后 输电线路上柔性传输有功功率的最大值，P_s(t)是t时刻微电网经过本发明装置向 大电网送出的柔性串联有功功率，P_r(t)是t时刻大电网经过本发明装置从微电网 吸收的柔性串联有功功率；是t时刻输电线路上电压向量的运行值，δ_s(t)是 本发明装置采用后t时刻在S点实时采集的微电网高压侧等效电压向量与 大电网侧电压向量之间的夹角，是本发明装置采用后t时刻实时采集 的微电网侧电压S点与输电线路的中间点m之间输电线路的电抗值， X_L(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路电感电抗值jX_L(t)的 幅值；X_c(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路经本发明装置补偿后的电 容电抗值-jX_c(t)的幅值；R(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路经本发明 装置补偿后的补偿系数，0≤R(t)≤1；R_s(t)是本发明装置运行后t时刻实时采集 的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间输电线路电抗 值的补偿系数，X_cs(t)是经微电网侧双向晶闸管开关控制串联补偿 电容器电路TSSC_s(t)控制的在本发明装置运行后t时刻实时采集的微电网侧电压 S点与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间输电线路电容的电抗值；

$P(t-1)=P_s(t-1)=-P_r(t-1)=\frac{{\left|\bar{V}(t-1)\right|}^2}{X_L(t-1)[1-R(t-1)]}\sin \delta (t-1)=\frac{{\left|{\bar{V}}_s(t-1)\right|}^2}{2[1-R_s(t-1)]\frac{X_s(t-1)}{2}}\sin {\delta }_s(t-1)---\left(2\right)$

式（2）中：实时双向流动的柔性有功功率P(t-1)是t-1时刻采用本发明装置 后输电线路上柔性传输有功功率的最大值，P_s(t-1)是t-1时刻微电网经过本发明 装置向大电网送出的柔性串联有功功率，P_r(t-1)是t-1时刻大电网经过本发明装 置从微电网吸收的柔性串联有功功率；是t-1时刻输电线路上电压向量的 运行值，δ_s(t-1)是本发明装置采用后t-1时刻在S点实时采集的微电网高压侧等 效电压向量与大电网侧电压向量之间的夹角，是本发明装置 采用后t-1时刻实时采集的微电网侧电压S点与输电线路的中间点m之间输电 线路的电抗值，X_L(t-1)是t-1时刻微电网至大电网之间的输电线 路电感电抗值jX_L(t-1)的幅值；X_c(t-1)是t-1时刻微电网至大电网之间的输电线路 经本发明装置补偿后的电容电抗值-jX_c(t-1)的幅值；R(t-1)是t-1时刻微电网至大 电网之间的输电线路经本发明装置补偿后的补偿系数，0≤R(t-1)≤1；R_s(t-1)是本 发明装置运行后t时刻实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装 置安装点m之间输电线路电抗值的补偿系数，X_cs(t-1)是经微电 网侧双向晶闸管开关控制串联补偿电容器电路TSSC_s(t-1)控制的在本发明装置 运行后t-1时刻实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装置安装 点m之间输电线路电容的电抗值；

$Q_c\left(t\right)=Q_s\left(t\right)=-Q_r\left(t\right)---\left(3\right)$

$=\frac{2{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)}*\frac{R\left(t\right)}{{[1-R\left(t\right)]}^2}*(1-\cos \delta \left(t\right))$

$=\frac{{\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|}^2}{\frac{X_s\left(t\right)}{2}}*\frac{R_s\left(t\right)}{{[1-R_s\left(t\right)]}^2}*(1-\cos {\delta }_s\left(t\right))$

式（3）中：Q_c(t)是本发明装置运行时t时刻向传输线路中补偿的可双向串 联柔性传输的无功功率，Q_s(t)是本发明装置运行后t时刻微电网向大电网送出 的柔性无功功率，Q_r(t)是本发明装置运行后t时刻大电网从微电网吸收的柔性 无功功率；

$Q_c(t-1)=Q_s(t-1)=-Q_r(t-1)$

$=\frac{2{\left|\bar{V}(t-1)\right|}^2}{X_L(t-1)}*\frac{R(t-1)}{{[1-R(t-1)]}^2}*(1-\cos \delta (t-1))---\left(4\right)$

$=\frac{{\left|{\bar{V}}_s(t-1)\right|}^2}{\frac{X_s(t-1)}{2}}*\frac{R_s(t-1)}{{[1-R_s(t-1)]}^2}*(1-\cos {\delta }_s(t-1))$

式（4）中：Q_c(t-1)是本发明装置运行时t-1时刻向传输线路中补偿的可双 向串联柔性传输的无功功率，Q_s(t-1)是本发明装置运行后t-1时刻微电网向大电 网送出的柔性无功功率，Q_r(t-1)是本发明装置运行后t-1时刻大电网从微电网吸 收的柔性无功功率；

用智能柔性传输串联补偿装置通过脉宽调制控制集成门极换流晶闸管 （IGCT）五电平开关拓扑电路、使智能柔性传输串联补偿装置等效电流向量 智能柔性传输串联补偿装置的等效电压向量四象限运行，即角度及幅值不断变化，从而控制微电网等效高压侧电压向量微电网 高压侧等效电压向量与大电网电压向量之间的夹角δ_s(t)的幅值及角 度；用微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSCs(t)）控制智 能柔性传输串联补偿装置运行后t时刻实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性 传输串联补偿装置安装点m之间输电线路电抗值的补偿系数R_s(t)，从而控制微 电网至输电线路中间点m处之间的输电线路电抗的幅值根据微电 网高压侧等效电压向量微电网高压侧等效电压向量与大电网侧电压 向量之间的夹角δ_s(t)和微电网至输电线路中间点m处之间的输电线路电抗 计算有功功率P_s(t)和无功功率Q_s(t)，并对其加以补偿解决输电线路中出 现的统一潮流、低电压穿越承受能力薄弱的问题，根据微电网侧t时刻与t-1时 刻的有功功率差值ΔP_s(t)=P_s(t)-P_s(t-1)和无功功率差值ΔQ_s(t)=Q_s(t)-Q_s(t-1)及大电网 侧t时刻与t-1时刻有功功率差值ΔP_r(t)=P_r(t)-P_r(t-1)和无功功率差值 ΔQ_r(t)=Q_r(t)-Q_r(t-1)，并依据从微电网侧和大电网侧检测得到的参数信息，形成有 功功率调节控制量ΔP(t)=ΔP_s(t)-ΔP_r(t)和无功功率调节控制量 ΔQ(t)=ΔQ_s(t)-ΔQ_r(t)，实现对柔性有功功率P_s(t)和柔性无功功率Q_s(t)的控制。

由于本发明采用了上述技术方案，与背景技术相比，具有以下积极效果。

1、在微电网与大电网之间用t时刻微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补 偿电容器电路（TSSC(t)）替换在并联补偿装置中经常使用的t时刻微电网侧双 向晶闸管控制的串联补偿电容器电路（TCSC(t)）（如图1所示），因为TCSC(t) 对输电线路的电抗调节变化缓慢，调节范围小，当双向晶闸管导通时，TCSC(t) 控制单元中的电感电抗是和电容并联的，这样在输电线路中总的电抗调节范围 不显著，而输电线路中的有功功率、无功功率的传输是和输电线路中的电抗直 接相关的，对TSSC(t)而言当双向晶闸管导通时，TSSC(t)控制单元中的电容被 短接，这样输电线路中的总电抗调节范围显著，进而对输电线路有功功率、无 功功率的传输有较快及较大的影响，如图3中虚线框中所示，当双向晶闸管 SCR1、SCR2导通时，t时刻电容电抗-jX_SC(t)被短接掉，当SCR1、SCR2断开时， t时刻电容电抗-jX_SC(t)被完全投入（如图3中虚线框所示），这样从S点到m点 之间的总电抗就发生了明显的变化，从而解决了并联补偿装置在输电线路瞬间 发生故障时产生的低电压穿越承受能力薄弱和瞬间出现的统一潮流问题。

2、对并联补偿装置而言，其装置产生的电压是并联连接在输电线路中间点 m的，这样即使是并联补偿装置可产生四象限运行的电压和电流但对输电线路 功率传输的控制和调节较缓慢，即并联补偿装置对电流电压的调节范围小、调 节速度慢，它只适用于输电线路电压波动及电力功率传输瓶颈的调节，对于线 路中出现的统一潮流问题、并联补偿装置虽可以产生超前输电线路的电压，但 由于并联补偿装置调节缓慢，调节范围小，这样在微电网和大电网之间需要互 相支持时就会引起频率的波动甚至脱网运行，由于本发明装置将集成门极换流 晶闸管IGCT五电平开关拓扑电路直接串接于输电线路的中间点m（如图1所 示），故本发明装置可迅速产生超前输电线路的电压，在出现统一潮流问题时， 可向输电线路的两端快速控制有功功率的传输，从而解决并联装置在统一潮流 问题上的弱点。

3、因输电线路突然故障引起的低电压穿越问题并联补偿装置因调节速度慢 而没有明显的调节作用，不易达到维持输电线路电压降低至20%额定值时微电 网仍坚持运行625ms的要求；而本发明装置因为将IGCT五电平开关拓扑电路 直接串接于输电线路的中间点m（如图1、图2所示），故本发明装置产生的电 流、电压调节速度快、调节范围大，产生电流、电压的幅值和相角可任意变化， 对于低电压穿越问题，本发明装置可发出大量的无功功率，以维持输电线路电 压降低至20%额定值时微电网仍坚持运行625ms；由于本发明装置是将IGCT五 电平开关拓扑电路直接串接于输电线路的中间点m，本发明装置产生的电流、 电压可四象限运行，并调节范围大、调节速度快，可在瞬时向输电线路发出大 量的无功功率，无功功率大小的控制是由输电线路的补偿系数来决定的，和并 联补偿装置相比，本发明装置特点之一是引入了电抗补偿系数的概念，当补偿 系数小于0.5时，本发明装置发出的无功功率可大于并联补偿装置发出的无功功 率两倍以上，这样在解决低电压穿越问题时即可发挥比并联补偿装置明显的优 点。

附图说明

图1是本发明装置的结构原理图；

图2是本发明装置等效电路图；

图3是微电网侧双向晶闸管开关控制串联补偿电容器（TSSCs(t)）示意电路 图；

图4是微电网与大电网经本发明装置连接后的示意电路图；

图5是微电网与大电网经本发明装置连接后的电抗控制电路图；

图6是微电网与大电网经本发明装置连接时等效电流电压向量图；

图7是智能柔性传输串联补偿输电线路有功、无功功率的功角特性图；

图8是统一潮流系统两侧电压相等时的电流电压向量电路图；

图9是统一潮流系统两侧电压相等时经本发明装置控制的等值电路图；

图10是统一潮流系统两侧电压相等时经本发明装置控制的电压轨迹向量 图；

图11是统一潮流系统两侧电压幅值不等时经本发明装置控制的功率传输电 路图；

图12是统一潮流系统两侧电压幅值不等时经本发明装置控制的电压轨迹向 量图；

图13是输电线路两侧电压为任意值时经本发明装置控制后的等值电路图；

图14是微电网与大电网电压为任意值时经本发明装置控制后电流电压轨迹 向量图；

图15是微电网与大电网电压为任意值时经本发明装置控制后有功功率最大 最小时电流电压运行轨迹向量图；

图16是微电网与大电网电压为任意值时经本发明装置控制后无功功率最大 最小时电流电压运行轨迹向量图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装 置，它包括微电网侧混合型有源电力动态滤波器电路（HAPDF_s(t)）1、微电网 侧参数检测电路（TMS320F28335，TI，A/D）2、微电网侧功率比较电路3、微 电网侧功率差值电路4、集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5、 集成门极换流晶闸管（IGCT）开关驱动电路6、智能柔性传输串联补偿装置DSP 控制电路（TMS320F28335，TI）7、大电网侧参数检测电路（TMS320F28335， TI，A/D）8、大电网侧功率比较电路9、大电网侧功率差值电路10和大电网侧 混合型有源电力动态滤波器电路（HAPDF_r(t)）11，其中：它还包括微电网侧双 向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）12和大电网侧双向晶闸管 开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）13；

混合型有源电力动态滤波器电路（HAPDF_s(t)）1上端的输入输出及通讯口 在微电网母线S点与微电网高压侧等效电压向量的上端、微电网侧参数检 测电路2的上端输入口、微电网至输电线路的中间点m 之间的输电线路微电网侧电抗的左端相连接，其功能是在t时刻对系统进 行快速无功补偿及谐波处理，HAPDF_s(t)1下端的输入输出及通讯口与智能柔性 传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的HAPDF_s(t)电路1相应的输入输出及 通讯口相连，其功能是在t时刻实时交换信息以做出控制；微电网侧参数检测电 路2的上端输入口在微电网母线S点与的上端、HAPDF_s(t)电路1上端的输 入输出及通讯口、输电线路微电网侧电抗的左端相连接；微电网侧参数检 测电路2的下端输出口与微电网侧功率比较电路3的上端输入口相连，微电网 侧参数检测电路2的右端输入输出及通讯口与智能柔性传输串联补偿装置DSP 控制电路7的微电网侧参数检测电路2相应的输入输出及通讯口相连，其功能 是在t时刻检测微电网高压侧等效电压向量δ_s(t)及参数，是 的幅值，δ_s(t)是t时刻在S点实时采集的微电网高压侧等效电压向量与大电网侧电压向量之间的夹角，微电网侧参数检测电路2除实时检测以 上参数外，并计算微电网侧t时刻柔性有功功率P_s(t)、t时刻柔性无功功率Q_s(t)、 t-1时刻柔性有功功率P_s(t-1)和t-1时刻柔性无功功率Q_s(t-1)，将计算结果送入微 电网侧功率比较电路3和智能柔性传输串联补偿装置DSP控制器电路7；微电 网侧功率比较电路3的上端输入口与微电网侧参数检测电路2的下端输出口相 连，微电网侧功率比较电路3的下端输出口与微电网侧功率差值电路4的上端 输入口相连，其功能是将t时刻计算的功率P_s(t)、Q_s(t)和（t-1）时刻计算的功 率P_s(t-1)、Q_s(t-1)结果送入微电网侧功率差值电路4；微电网侧功率差值电路4 的上端输入口与微电网侧功率比较电路3下端输出口相连，微电网侧功率差值 电路4的下端输出口与智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7的微电网侧 功率差值电路4相应的输入输出及通讯口相连，其功能是将t时刻与t-1时刻计 算的有功功率差值ΔP_s(t)和无功功率差值ΔQ_s(t)送入智能柔性传输串联补偿装置 DSP控制电路7；集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5的左端 与微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）12的右端相 连，集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5的右端与大电网侧双 向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）13的左端相连，集成门极 换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5的下端与集成门极换流晶闸管（IGCT） 开关驱动电路6的上端相连，通过对集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关 拓扑电路的操作，以控制输电线路的中间点m两侧有功功率的差值P(t)和无功 功率的差值ΔQ(t)，从而解决电力功率传输的统一潮流、低电压穿越承受能力薄 弱的问题；集成门极换流晶闸管（IGCT）开关驱动电路6的上端与集成门极换 流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5的下端相连，集成门极换流晶闸管 （IGCT）开关驱动电路6的下端与智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7 的集成门极换流晶闸管（IGCT）开关驱动电路6相应的输入输出及通讯口相连， 其功能是在智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7的控制下，对集成门极 换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5中的IGCT开关进行操作；智能柔 性传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的集成门极换流晶闸管（IGCT）开关 驱动电路6的输入输出及通讯口与集成门极换流晶闸管（IGCT）开关驱动电路 6的下端相连，智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的微电网侧双 向晶闸管开关控制串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）12的输入输出及通讯口与微 电网侧双向晶闸管开关控制串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）12的下端连接，智 能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的微电网侧参数检测电路2的输 入输出及通讯口与微电网侧参数检测电路2相连，智能柔性传输串联补偿装置 DSP控制电路7设置的微电网侧功率差值电路4的输入输出及通讯口与微电网 侧功率差值电路4相连，智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的 HAPDF_s(t)电路1的输入输出及通讯口与HAPDF_s(t)电路1相连，智能柔性传输 串联补偿装置DSP控制电路7设置的大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿 电容器电路（TSSC_r(t)）13的输入输出及通讯口与大电网侧双向晶闸管开关控制 的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）13的下端连接，智能柔性传输串联补偿装置 DSP控制电路7设置的大电网侧参数检测电路8的输入输出及通讯口与大电网 侧参数检测电路8相连，智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的大 电网侧功率差值电路10的输入输出及通讯口与大电网侧功率差值电路10的下 端输出口相连，智能柔性传输串联补偿装置DSP控制电路7设置的HAPDF_r(t) 电路11的输入输出及通讯口与HAPDF_r(t)电路11的下端相连，功能一是比较微 电网与大电网侧t时刻与（t-1）时刻的功率差值ΔP_s(t)、ΔQ_s(t)、ΔP_r(t)和ΔQ_r(t)， 并根据从微电网侧参数检测电路2及大电网侧参数检测电路8得到的参数信息， 形成功率调节控制量ΔP(t)和ΔQ(t)，并向IGCT开关驱动电路6发出动态的控制 信号以解决输电线路中出现的电力功率传输的统一潮流、低电压穿越承受能力 薄弱的问题，功能二是实时与HAPDF_s(t)电路1、HAPDF_r(t)电路11、TSSC_s(t) 电路12和TSSC_r(t)电路13通讯，协调交换信息以治理进入大电网及微电网的任 何谐波干扰，并对输电线路在m点两侧的输电线路电抗进行实时控制；大电网 侧参数检测电路8上端的输入口在大电网母线r点与大电网侧电压向量的 上端、HAPDF_r(t)电路11上端的输入输出及通讯口、输电线路大电网侧电抗 的右端相连，大电网侧参数检测电路8下端的输出口与大电网侧功率比较 电路9的上端输入口相连，大电网侧参数检测电路8的右端输入输出及通讯口 与智能柔性传输串联补偿装置DSP控制器电路7的大电网侧参数检测电路8的 输入输出及通讯口相连，其功能是在t时刻检测大电网侧电压向量δ_r(t)及 参数，是的幅值，δ_r(t)是t时刻在r点实时采集的大电网侧电 压向量与微电网高压侧等效电压向量之间的夹角，大电网侧参数检测 电路8除实时检测以上参数外，并计算大电网侧t时刻柔性有功功率P_r(t)、t时 刻柔性无功功率Q_r(t)、t-1时刻柔性有功功率P_r(t-1)和t-1时刻柔性无功功率 Q_r(t-1)，将计算结果送入大电网侧功率比较电路9和智能柔性传输串联补偿装置 DSP控制器电路7；大电网侧功率比较电路9的上端输入口与大电网侧参数检测 电路8的下端输出口相连，大电网侧功率比较电路9的下端输出口与大电网侧 功率差值电路10的上端输入口相连，其功能是将t时刻计算的功率P_r(t)、Q_r(t)和 （t-1）时刻计算的功率P_r(t-1)、Q_r(t-1)结果送入大电网侧功率差值电路10；大电 网侧功率差值电路10的上端输入口与大电网侧功率比较电路9下端输出口相 连，大电网侧功率差值电路10的下端输出口与智能柔性传输串联补偿装置DSP 控制器电路7的大电网侧功率差值电路10的输入输出及通讯口相连，其功能是 将t时刻与t-1时刻计算的有功功率、无功功率的差值ΔP_r(t)、ΔQ_r(t)送入智能柔 性传输串联补偿装置DSP控制电路7；HAPDF_r(t)电路11的上端输入输出及通 讯口在大电网母线r点与大电网侧电压向量的上端、大电网侧参数检测电 路8的上端输入口、大电网至输电线路的中间点m处之间的输电线路电抗的右端相连，其功能是在t时刻对系统进行快速无功补偿及谐波处理，HAPDF_r(t) 电路11的下端的输入输出及通讯口与智能柔性传输串联补偿装置DSP控制器电 路7的HAPDF_r(t)电路11的输入输出及通讯口相连，其功能是在t时刻实时交 换信息以做出控制决定；微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路 （TSSC_s(t)）12的左端与输电线路微电网侧电抗的右端连接，微电网侧双 向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）12的下端与智能柔性传输 串联补偿装置DSP控制器电路7设置的微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补 偿电容器电路（TSSC_s(t)）的输入输出及通讯口连接，微电网侧双向晶闸管开关 控制的串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)）12的右端与集成门极换流晶闸管（IGCT） 五电平开关拓扑电路5的左端连接，其功能是在t时刻通过TSSC_s(t)的控制使微 电网至输电线路的中间点m处的电抗值由控制到大电网侧双向 晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）13的右端与输电线路大电网 侧电抗的左端连接，大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电 路（TSSC_r(t)）的下端与智能柔性传输串联补偿装置DSP控制器电路7设置的大 电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）的输入输出及通 讯口连接，大电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSC_r(t)）13 的左端与集成门极换流晶闸管（IGCT）五电平开关拓扑电路5的右端连接，其 功能是在t时刻通过TSSC_r(t)的控制使大电网至输电线路的中间点m处的电抗值 由控制到

上述微电网与大电网高压智能柔性传输串联补偿装置的控制方法，其首先 建立微电网与大电网连接线路中实时双向流动的柔性有功功率P(t)、柔性无功功 率Q(t)与输电线路两端的线路电抗X_L(t)、输电线路两端的微电网高压侧等效电 压向量输电线路两端的大电网侧电压向量和微电网高压侧等效电压 向量之间的电压向量夹角即功率角δ(t)、t时刻微电网至大电网之间的输电 线路经本发明装置补偿后的补偿系数R(t)之间的计算模型：

$P\left(t\right)=P_s\left(t\right)=-P_r\left(t\right)=\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)[1-R\left(t\right)]}\sin \delta \left(t\right)=\frac{{\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|}^2}{2[1-R_s\left(t\right)]\frac{X_s\left(t\right)}{2}}\sin {\delta }_s\left(t\right)---\left(1\right)$

式（1）中：实时双向流动的柔性有功功率P(t)是t时刻采用本发明装置后 输电线路上柔性传输有功功率的最大值，P_s(t)是t时刻微电网经过本发明装置向 大电网送出的柔性串联有功功率，P_r(t)是t时刻大电网经过本发明装置从微电网 吸收的柔性串联有功功率；是t时刻输电线路上电压向量的运行值，δ_s(t)是 本发明装置采用后t时刻在S点实时采集的微电网高压侧等效电压向量与 大电网侧电压向量之间的夹角，是本发明装置采用后t时刻实时采集 的微电网侧电压S点与输电线路的中间点m之间输电线路的电抗值， X_L(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路电感电抗值jX_L(t)的 幅值；X_c(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路经本发明装置补偿后的电 容电抗值-jX_c(t)的幅值；R(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路经本发明 装置补偿后的补偿系数，0≤R(t)≤1；R_s(t)是本发明装置运行后t时刻实时采集 的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间输电线路电抗 值的补偿系数，X_cs(t)是经微电网侧双向晶闸管开关控制串联补偿 电容器电路TSSC_s(t)控制的在本发明装置运行后t时刻实时采集的微电网侧电压 S点与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间输电线路电容的电抗值；

$P(t-1)=P_s(t-1)=-P_r(t-1)=\frac{{\left|\bar{V}(t-1)\right|}^2}{X_L(t-1)[1-R(t-1)]}\sin \delta (t-1)=\frac{{\left|{\bar{V}}_s(t-1)\right|}^2}{2[1-R_s(t-1)]\frac{X_s(t-1)}{2}}\sin {\delta }_s(t-1)---\left(2\right)$

式（2）中：实时双向流动的柔性有功功率P(t-1)是t-1时刻采用本发明装置 后输电线路上柔性传输有功功率的最大值，P_s(t-1)是t-1时刻微电网经过本发明 装置向大电网送出的柔性串联有功功率，P_r(t-1)是t-1时刻大电网经过本发明装 置从微电网吸收的柔性串联有功功率；是t-1时刻输电线路上电压向量的 运行值，δ_s(t-1)是本发明装置采用后t-1时刻在S点实时采集的微电网高压侧等 效电压向量与大电网侧电压向量之间的夹角，是本发明装置 采用后t-1时刻实时采集的微电网侧电压S点与输电线路的中间点m之间输电 线路的电抗值，X_L(t-1)是t-1时刻微电网至大电网之间的输电线 路电感电抗值jX_L(t-1)的幅值；X_c(t-1)是t-1时刻微电网至大电网之间的输电线路 经本发明装置补偿后的电容电抗值-jX_c(t-1)的幅值；R(t-1)是t-1时刻微电网至大 电网之间的输电线路经本发明装置补偿后的补偿系数，0≤R(t-1)≤1；R_s(t-1)是本 发明装置运行后t时刻实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装 置安装点m之间输电线路电抗值的补偿系数，X_cs(t-1)是经微电 网侧双向晶闸管开关控制串联补偿电容器电路TSSC_s(t-1)控制的在本发明装置 运行后t-1时刻实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装置安装 点m之间输电线路电容的电抗值；

$Q_c\left(t\right)=Q_s\left(t\right)=-Q_r\left(t\right)---\left(3\right)$

$=\frac{2{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)}*\frac{R\left(t\right)}{{[1-R\left(t\right)]}^2}*(1-\cos \delta \left(t\right))$

$=\frac{{\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|}^2}{\frac{X_s\left(t\right)}{2}}*\frac{R_s\left(t\right)}{{[1-R_s\left(t\right)]}^2}*(1-\cos {\delta }_s\left(t\right))$

式（3）中：Q_c(t)是本发明装置运行时t时刻向传输线路中补偿的可双向串 联柔性传输的无功功率，Q_s(t)是本发明装置运行后t时刻微电网向大电网送出 的柔性无功功率，Q_r(t)是本发明装置运行后t时刻大电网从微电网吸收的柔性 无功功率；

$Q_c(t-1)=Q_s(t-1)=-Q_r(t-1)$

$=\frac{2{\left|\bar{V}(t-1)\right|}^2}{X_L(t-1)}*\frac{R(t-1)}{{[1-R(t-1)]}^2}*(1-\cos \delta (t-1))---\left(4\right)$

$=\frac{{\left|{\bar{V}}_s(t-1)\right|}^2}{\frac{X_s(t-1)}{2}}*\frac{R_s(t-1)}{{[1-R_s(t-1)]}^2}*(1-\cos {\delta }_s(t-1))$

式（4）中：Q_c(t-1)是本发明装置运行时t-1时刻向传输线路中补偿的可双 向串联柔性传输的无功功率，Q_s(t-1)是本发明装置运行后t-1时刻微电网向大电 网送出的柔性无功功率，Q_r(t-1)是本发明装置运行后t-1时刻大电网从微电网吸 收的柔性无功功率；

用智能柔性传输串联补偿装置通过脉宽调制控制集成门极换流晶闸管 （IGCT）五电平开关拓扑电路、使智能柔性传输串联补偿装置等效电流向量 智能柔性传输串联补偿装置的等效电压向量四象限运行，即角度及幅值不断变化，从而控制微电网等效高压侧电压向量微电网 高压侧等效电压向量与大电网电压向量之间的夹角δ_s(t)的幅值及角 度；用微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容器电路（TSSCs(t)）控制智 能柔性传输串联补偿装置运行后t时刻实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性 传输串联补偿装置安装点m之间输电线路电抗值的补偿系数R_s(t)，从而控制微 电网至输电线路中间点m处之间的输电线路电抗的幅值根据微电 网高压侧等效电压向量微电网高压侧等效电压向量与大电网侧电压 向量之间的夹角δ_s(t)和微电网至输电线路中间点m处之间的输电线路电抗 计算有功功率P_s(t)和无功功率Q_s(t)，并对其加以补偿解决输电线路中出 现的统一潮流、低电压穿越承受能力薄弱的问题，根据微电网侧t时刻与t-1时 刻的有功功率差值ΔP_s(t)=P_s(t)-P_s(t-1)和无功功率差值ΔQ_s(t)=Q_s(t)-Q_s(t-1)及大电网 侧t时刻与t-1时刻有功功率差值ΔP_r(t)=P_r(t)-P_r(t-1)和无功功率差值 ΔQ_r(t)=Q_r(t)-Q_r(t-1)，并依据从微电网侧和大电网侧检测得到的参数信息，形成有 功功率调节控制量ΔP(t)=ΔP_s(t)-ΔP_r(t)和无功功率调节控制量 ΔQ(t)=ΔQ_s(t)-ΔQ_r(t)，实现对柔性有功功率P_s(t)和柔性无功功率Q_s(t)的控制。

输电线路中统一潮流问题为此时两电压的幅值相同、相角相同， 即输电线路中电流及有功功率为0，或者为幅值不等但方向相同， 此时输电线路中没有有功功率流动，低电压穿越问题为线路中发生故障而电压 降低至20%稳定电压时微电网应继续坚持运行625ms，解决统一潮流及低电压 穿越问题的关键是如何控制输电线路中流过的有功功率和无功功率，因此用智 能柔性传输串联补偿装置通过脉宽调制控制IGCT五电平开关拓扑电路、使智能 柔性传输串联补偿装置等效电流向量智能柔性传输串联补偿装置的等效 电压向量四象限运行，即角度及幅值不断变化，从而控制微电 网等效高压侧电压向量微电网高压侧等效电压向量与大电网电压向 量之间的夹角δ_s(t)的幅值及角度；用微电网侧双向晶闸管开关控制的串联 补偿电容器电路（TSSC_s(t)）通过控制智能柔性传输串联补偿装置运行后t时刻 实时采集的微电网侧电压S点与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间输电 线路电抗值的补偿系数R_s(t)控制微电网至输电线路中间点m处之间的输电线路 电抗的幅值正是由于R_s(t)和的共同作用产生 了电压向量超前两相等电压向量值的夹角δ(t)或超 前和方向相同但幅值不等的夹角δ(t)，由于δ(t)角的出现使电压 向量超前即可由向输送有功功率，从而解决输电线 路两端电压相等的统一潮流问题并在输电线路上产生双向柔性传输的有功和无 功功率；有功功率的最大值在传统的功角特性曲线上 发生在功角δ(t)=90°，补偿系数R(t)=0，此时其值为由于智能柔性 传输串联补偿装置中补偿系数R(t)的调节作用，当补偿系数R(t)＝0.5时， $P\left(t\right)=\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)[1-R\left(t\right)]}\sin \delta \left(t\right)=2P_{\max }\left(t\right)=2\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)};$有功功率最大值由传统的功角特性 曲线跃升到补偿系数R(t)=0.5调节后的功角特性曲线上，此时其功率角也发生在 δ(t)=90°达到最大值，有功功率增加了两倍，此时其值为从公 式（11）得到无功功率的最大值在传统的功 角特性曲线上当补偿系数R(t)=0时，Q_c(t)=0；由于智能柔性传输串联补偿装置 中补偿系数R(t)的调节作用，当补偿系数R(t)＝0.5时，无功功率值由R(t)=0时， Q_c(t)＝0，跃升到经补偿系数R(t)=0.5时调节后的功角特性曲线上，此时其功率角 发生在δ(t)=180°达到最大值，无功功率产生了跃变，此时其值为

下面对本发明做进一步的详细描述。

建立本发明装置控制的计算公式：

${\bar{V}}_s\left(t\right)=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|e^{\mathrm{j\delta }\left(t\right)/2}=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|(\cos \frac{\delta \left(t\right)}{2}+j\sin \frac{\delta \left(t\right)}{2})---\left(5\right)$

式（5）中，是t时刻以大型风力发电厂和大型光伏发电站等可再生能 源组成的新能源微电网经过升压变压器后的等效电压向量值（35KV及以上）， 是t时刻输电线路上电压向量的运行值，即是t时刻的幅值，δ(t)是t时刻微电网高压侧等效电压向量大电网电压向量以 及两电压向量之间的电压向量夹角，即功率角；

${\bar{V}}_r\left(t\right)=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|e^{-\mathrm{j\delta }\left(t\right)/2}=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|(\cos \frac{\delta \left(t\right)}{2}-j\sin \frac{\delta \left(t\right)}{2})---\left(6\right)$

式（7）中，是t时刻新能源微电网电压和大电网电压连接的输电线路 的中间点电压向量值，以下所述的所有电流电压向量都是以为基准的，如 图6所示；是t时刻输电线路上电压向量的运行值，即 是t时刻的幅值，m点是新能源微电网和大电网连接的输电线 路的中间点，也是智能柔性传输串联补偿装置的安装点，在系统出现任何故障 和任何波动之前，输电线路的电压应为输电线路的运行电压，则有 $\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|=\left|{\bar{V}}_r\left(t\right)\right|=\left|{\bar{V}}_m\left(t\right)\right|=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|;$

$R\left(t\right)=\frac{X_c\left(t\right)}{X_L\left(t\right)}---\left(8\right)$

X_eq(t)=X_L(t)-X_c(t)=X_L(t)[1-R(t)]（9）

式（8）、（9）中，X_L(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路电感电抗 值jX_L(t)的幅值；X_c(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路经智能柔性传输 串联补偿装置补偿后的电容电抗值-jX_c(t)的幅值；R(t)是t时刻微电网至大电网 之间的输电线路经智能柔性传输串联补偿装置补偿后的补偿系数，0≤R(t)≤1； X_eq(t)是t时刻微电网至大电网之间的输电线路经智能柔性传输串联补偿装置补 偿后的输电线路总电抗值；

$\bar{I}\left(t\right)=\frac{{\bar{V}}_s\left(t\right)-{\bar{V}}_r\left(t\right)-{\bar{V}}_a\left(t\right)}{j{X}_{\mathrm{eq}}\left(t\right)}---\left(10\right)$

式（10）中，是t时刻输电线路中可双向流动的电流向量，是t时 刻由五电平IGCT开关拓扑电路产生的智能柔性传输串联补偿装置的等效电压 向量，由于IGCT开关是可以任意控制的，用智能柔性传输串联补偿装置通过脉 宽调制控制IGCT五电平开关拓扑电路、使智能柔性传输串联补偿装置等效电流 向量智能柔性传输串联补偿装置的等效电压向量四象限运行，即 角度及幅值不断变化，所以当变小时：

${\left|\bar{I}\left(t\right)\right|}^2=\frac{4{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{{[1-R\left(t\right)]}^2{X^2}_L\left(t\right)}{\sin }^2\left[\frac{\delta \left(t\right)}{2}\right]---\left(12\right)$

$=\frac{4{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{{[1-R\left(t\right)]}^2{X^2}_L\left(t\right)}\left[\frac{1}{2}(1-\cos \delta \left(t\right))\right]$

$=\frac{2{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{{[1-R\left(t\right)]}^2{X^2}_L\left(t\right)}(1-\cos \delta \left(t\right))$

由图6可知：

$\left|{\bar{V}}_{\mathrm{sm}}\left(t\right)\right|=\left|{\bar{V}}_{\mathrm{mr}}\left(t\right)\right|=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|\cos \frac{\delta \left(t\right)}{4}---\left(13\right)$

公式（13）中，是t时刻微电网与智能柔性传输串联补偿装置在安 装点m之间的电压幅值，是t时刻智能柔性传输串联补偿装置在安装点 m与大电网之间的电压幅值（如图6所示）；

$\left|{\bar{I}}_{\mathrm{sm}}\left(t\right)\right|=\left|{\bar{I}}_{\mathrm{mr}}\left(t\right)\right|=\left|\bar{I}\left(t\right)\right|=\frac{4\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}{X_L\left(t\right)}\sin \frac{\delta \left(t\right)}{4}---\left(14\right)$

式（14）中，是t时刻微电网与智能柔性传输串联补偿装置安装点m 之间线路中的电流向量值，是t时刻的电流幅值，是t时刻智 能柔性传输串联补偿装置安装点m与大电网之间线路中的电流向量值，是 t时刻的电流幅值；是t时刻电流向量的幅值（如图6所示）；

$P\left(t\right)=P_s\left(t\right)=-P_r\left(t\right)=\left|{\bar{V}}_m\left(t\right)\right|\left|\bar{I}\left(t\right)\right|---\left(15\right)$

$=\left(\right|\bar{V}\left(t\right)\left|\cos \frac{\delta \left(t\right)}{2}\right)*\left(\frac{2\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}{[1-R\left(t\right)]X_L\left(t\right)}\sin \frac{\delta \left(t\right)}{2}\right)$

$=\left|\bar{V}\left(t\right)\right|\frac{2\bar{V}\left(t\right)}{[1-R\left(t\right)]X_L\left(t\right)}\cos \frac{\delta \left(t\right)}{2}\sin \frac{\delta \left(t\right)}{2}$

$=\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{[1-R\left(t\right)]X_L\left(t\right)}*2*\left[\frac{1}{2}\sin \delta \left(t\right)\right]$

$=\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{[1-R\left(t\right)]X_L\left(t\right)}\sin \delta \left(t\right)$

$=\frac{{\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|}^2}{2[1-R_s\left(t\right)]\frac{X_s\left(t\right)}{2}}\sin {\delta }_s\left(t\right)$

由式（15）的推导过程可得出式（1）、式（2）。

$Q_c\left(t\right)=Q_s\left(t\right)=-Q_r\left(t\right)={\left|\bar{I}\left(t\right)\right|}^2{X}_c\left(t\right)---\left(16\right)$

$={\left|\bar{I}\left(t\right)\right|}^2*R\left(t\right)X_L\left(t\right)$

$=\frac{2{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{{[1-R\left(t\right)]}^2{X^2}_L\left(t\right)}*R\left(t\right)X_L\left(t\right)*(1-\cos \delta \left(t\right))$

$=\frac{2{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)}*\frac{R\left(t\right)}{{[1-R\left(t\right)]}^2}*(1-\cos \delta \left(t\right))$

$=\frac{{\left|{\bar{V}}_s\left(t\right)\right|}^2}{\frac{X_s\left(t\right)}{2}}*\frac{R_s\left(t\right)}{{[1-R_s\left(t\right)]}^2}*(1-\cos {\delta }_s\left(t\right))$

由式（16）的推导过程可得出式（3）、式（4）。

如图2所示，图中是t时刻以大型风力发电厂和大型光伏发电站等可 再生能源组成的新能源微电网经过升压变压器后的等效电压向量值（35KV及以 上），是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m 之间的输电线路的电感电抗值，是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传 输串联补偿装置之间的输电线路中流动的电流向量值，是t时刻微电网与 大电网经智能柔性传输串联补偿装置在t时刻等效电压向量值，是t时刻 智能柔性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间的输电线路中流动的电流向 量值，是t时刻智能柔性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间的输电 线路的电感电抗值，是t时刻大电网的电压向量值；TSSC_s(t)是微电网侧双 向晶闸管开关控制串联补偿电容器电路，TSSC_r(t)是大电网侧双向晶闸管开关控 制串联补偿电容器电路，的负极与接地点及的负极相连，的正极 与的左端相连，的右端与TSSC_s(t)的左端相连，TSSC_s(t)的右端与 的正极相连；的负极与TSSC_r(t)的左端相连，TSSC_r(t)的右端与的左端相连；的右端与的正极相连；的负极与接地点和的 负极相连；表示在装置连接点m处对地的电压向量。

如图3所示，微电网侧双向晶闸管开关控制串联补偿电容器电路（TSSC_s(t)） 由若干个电抗控制元件组成，每个电抗控制元件由补偿电容-jX_SC(t)、晶闸管 SCR1和晶闸管SCR2构成，补偿电容-jX_SC(t)的正极与晶闸管SCR1的正极、晶 闸管SCR2的负极和的右端相连，补偿电容-jX_SC(t)的负极与晶闸管SCR1 的负极、晶闸管SCR2的正极及与其右侧相邻的电抗控制元件的左侧相连；将 TSSC_s(t)用于对微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m处的总电抗值的 控制，其作用是通过TSSC_s(t)的控制使微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装 点m处t时刻的总电抗值的值发生变化，通过对TSSC_s(t)的控制，可将此 段输电线路的电感电抗值由控制到与值差距的大小 完全由TSSC_s(t)中的电抗控制元件进行控制，以达到对大电网等效电压向量 控制的目的；图3中，S点是微电网与输电线路连接点的等效电压点， 是微电网与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间输电线路的电感电 抗，通过对电抗控制元件的控制，可使该元件的电抗运行在电容状态以对总电 抗加以补偿，其微电网侧在t时刻补偿系数为R_s(t)是t时刻微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间的输电线路经 智能柔性传输串联补偿装置补偿后的补偿系数，-jX_SC(t)是t时刻微电网至大电 网之间的输电线路虚线框中电感电抗控制元件中的电容电抗值，n是t时刻由n 个电容电抗投入运行，n=1，2，3，…20，X_SC(t)是-jX_SC(t)的幅值，是t 时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间的输电线路 的电感电抗值，是的幅值；通过对电抗控制元件的控制可以将的大小控制到$j\frac{X_S^{\prime }\left(t\right)}{2}=j\frac{X_S\left(t\right)}{2}-n*j{X}_{\mathrm{SC}}\left(t\right)$（n=1，2，3……20）。

如图4所示，图中是t时刻以大型风力发电厂和大型光伏发电站等可 再生能源组成的新能源微电网经过升压变压器后的等效电压向量值（35KV及以 上），是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m 之间的输电线路的电感电抗值，是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传 输串联补偿装置之间的输电线路中流动的电流向量值，是微电网与大电网 经智能柔性传输串联补偿装置在t时刻等效电压向量值，是t时刻智能柔 性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间的输电线路中流动的电流向量值， 是t时刻智能柔性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间的输电线路的 电感电抗值，是t时刻大电网的电压向量值；-jX_SC(t)是t时刻微电网至m 点之间的输电线路虚线框中电抗控制元件中的电容电抗值，X_SC(t)是-jX_SC(t)的幅 值，是的幅值；通过对电抗控制元件的控制可以将的大小控 制到（n=1，2，3……20），-jX_rc(t)是t时刻大 电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间的输电线路虚线框中电抗控制 元件中的电容电抗值，X_rc(t)是-jX_rc(t)的幅值；由于该电路在m点两侧是完全 对称的，所以只对微电网至m点侧电路中元件的连接情况加以说明；的负 极与接地点相连，的正极与的左端相连；的右端与微电网输电 线路虚线框中电抗控制元件的左端相连，输电线微电网路虚线框中电抗控制元 件的右端与的正极相连；的负极与大电网输电线路虚线框中电抗控制 元件左端相连；大电网输电线路虚线框中电抗控制元件的右端与的左端相 连，的右端与的正极相连；的负极与接地点相连。

如图5所示，是t时刻以大型风力发电厂和大型光伏发电站等可再生 能源组成的新能源微电网经过升压变压器后的等效电压向量值（35KV及以上）， 是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间的 输电线路经过TSSC_s(t)控制后的总电抗值，是t时刻输电线路从微电网至 智能柔性传输串联补偿装置之间的输电线路中流动的电流向量值，是t时 刻智能柔性传输串联补偿装置等效电压向量值，是t时刻智能柔性传输串 联补偿装置安装点m至大电网之间的输电线路中流动的电流向量值，是t 时刻智能柔性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间的输电线路经过TSSC_r(t) 控制后的总电抗值，是t时刻大电网的电压向量值；是t时刻智能柔 性传输串联补偿装置安装点m至地之间的电压向量值；的负极与接地点相 连，的正极与的左端相连，的右端与的正极相连，的 负极与的左端相连；的右端与的正极相连；的负极与接地 点相连。图5表示的为t时刻由微电网向大电网输送经智能柔性传输串联补偿装 置控制的电流及有功功率，也可用同样的电路表示大电网向微电网输送电流及 有功功率，只需要改变电流及有功功率的流动方向即可。

如图6所示，该图是微电网与大电网经智能柔性传输串联补偿装置连接时 等效电流电压向量图；是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串 联补偿装置安装点m之间的输电线路经过TSSC_s(t)控制后的总电抗值与t 时刻微电网与智能柔性传输串联补偿装置安装点m之间线路中的电流向量值 两者的乘积；是t时刻微电网与智能柔性传输串联补偿装置输电线路 中间点的电压向量值；是t时刻智能柔性传输串联补偿装置安装点m 至大电网之间的输电线路经过TSSC_r(t)控制后的总电抗值与t时刻智能柔 性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间线路中的电流向量值两者的 乘积；是t时刻智能柔性传输的串联补偿装置与大电网输电线路中间点的 电压向量值；δ(t)是微电网侧电压向量与大电网侧电压向量之间在t 时刻的夹角；由图6可知：由于智能柔性传输串联补偿装置的调节作用，m点 的电压大小和方向是不断变化的，致使两电压向量值大小和方向可 不断发生变化，从而完成双向柔性有功功率和无功功率的传输。

如图7所示，该图是智能柔性传输串联补偿输电线路有功、无功功率的功 角特性图；从公式（1）至公式（12），我们可得到在智能柔性传输串联补偿装 置的调节下，输电线路中的有功功率及无功功率的变化值，从公式（8）得到 有功功率的最大值在传统的功角特性曲线上发生在功 角δ(t)=90°，补偿系数R(t)=0，此时其值为由于智能柔性传输串联 补偿装置中补偿系数R(t)的调节作用，当补偿系数R(t)＝0.5时， $P\left(t\right)=\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)[1-R\left(t\right)]}\sin \delta \left(t\right)=2P_{\max }\left(t\right)=2\frac{{\left|\bar{V}\left(t\right)\right|}^2}{X_L\left(t\right)};$有功功率最大值由传统的功角特性 曲线跃升到补偿系数R(t)=0.5调节后的功角特性曲线上，此时其功率角也发生在 δ(t)=90°达到最大值，有功功率增加了两倍，此时其值为从公 式（11）得到无功功率的最大值在传统的功 角特性曲线上当补偿系数R(t)=0时，Q_c(t)＝0；由于智能柔性传输串联补偿装置 中补偿系数R(t)的调节作用，当补偿系数R(t)＝0.5时，无功功率值由R(t)=0时， Q_c(t)＝0，跃升到经补偿系数R(t)=0.5时调节后的功角特性曲线上，此时其功率角 发生在δ(t)=180°达到最大值，无功功率产生了跃变，此时其值为可见智能柔性传输串联补偿装置具有强大的无功补偿功能，这在解决微电网与 大电网之间的低电压穿越问题上表现出比智能柔性传输并联补偿装置具有明显 的优越性，但值得提起的是，由于智能柔性传输串联补偿装置的运行使t时刻微 电网至大电网之间的输电线路经智能柔性传输串联补偿装置补偿后的输电线路 总电抗值X_eq(t)不断发生变化，这样使输电线路与两系统之间的戴维南阻抗发生 变化，因为阻抗是和频率相关的，所以在某些谐波频率下，容易引起系统的谐 振，但由于本发明装置智能柔性传输串联补偿装置含有混合型有源电力动态滤 波器HAPDF_S(t)、HAPDF_r(t)故本装置中的各部分电路与其协调运行即解决谐波 的干扰及谐振的发生。

如图8所示，该图是统一潮流系统两侧电压相等时的电流电压向量电路图； 当微电网高压侧等效电压向量在t时刻通过输电线路电感电抗jX_L(t)向大 电网电压向量输送电流向量时，可能会出现统一潮流的问题，特别是如 图8中，当即两电压向量在大小相等方向相同时，从理论上讲，此 时并且有功功率和无功功率的传输也为0，解决这一问题可由图9所示； 图8中的负极与的负极相连，的正极与jX_L(t)的左端相连，jX_L(t) 的右端与的正极相连。

如图9所示，该图是统一潮流系统两侧电压相等时经智能柔性传输串联补 偿装置控制的等值电路图；为解决图8中所遇到的当即微电网与大 电网两电压向量在大小相等方向相同时所遇到的传输功率为0的问题，可用图9 中的等效电路来解决；是t时刻以大型风力发电厂和大型光伏发电站等可 再生能源组成的新能源微电网经过升压变压器后的等效电压向量值（35KV及以 上），是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串联补偿装置安装点m 之间的输电线路经过TSSC_s(t)控制后的总电抗值，是t时刻输电线路从微 电网至智能柔性传输串联补偿装置之间的输电线路中流动的电流向量值，且 是t时刻智能柔性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间 的输电线路中流动的电流向量值，是t时刻智能柔性传输串联补偿装置安 装点m至大电网之间的输电线路经过TSSC_r(t)控制后的总电抗值，是t时 刻大电网的电压向量值，是t时刻智能柔性传输串联补偿装置安装点m至 地之间的电压向量值；t时刻即出现输电线路两端电压大 小相等方向相同的统一潮流问题；是t时刻智能柔性传输串联补偿装置等 效电压向量值，其特征为在在解决如上所述的统一潮流问题中起着决定性 的作用，这个作用将在图10中加以说明；的负极与接地点相连，的 正极与的左端相连，的右端与的负极相连；的正极与 的左端相连，的右端与的正极相连，的负极与接地点相 连。由图9可知，t时刻在智能柔性传输串联补偿装置等效电压向量值的帮 助下，在y点产生超前的电压向量由于超前所以此电 路可以由微电网向大电网输送有功功率以解决以上所述的统一潮流问题，对于 同样的统一潮流问题也可用此电路表示大电网向微电网输送电流及有功功率， 只需要改变电流的流动方向即可。

如图10所示，该图是统一潮流系统两侧电压相等时经智能柔性传输串联补 偿装置控制的电压轨迹向量图；图中是t时刻输电线路从微电网至智能柔 性传输串联补偿装置之间的输电线路中流动的电流向量值，且是t时刻智能柔性传输串联补偿装置等效电流向量，θ1(t)是t时刻与 两相等电压向量值之间的夹角；是电压向量的运行轨迹产 生的超前的电压向量图，用智能柔性传 输串联补偿装置通过脉宽调制控制IGCT五电平开关拓扑电路、使智能柔性传输 串联补偿装置等效电流向量智能柔性传输串联补偿装置的等效电压向量 四象限运行，即角度及幅值不断变化，从而控制微电网等效高 压侧电压向量微电网高压侧等效电压向量与大电网电压向量之 间的夹角δ_s(t)的幅值及角度；用微电网侧双向晶闸管开关控制的串联补偿电容 器电路（TSSC_s(t)）控制微电网至输电线路中间点m处之间的输电线路电抗 的幅值正是由于和的共同作用产生了电压 向量的运行轨迹电压向量δ1(t)是与两相等电压向量值之 间的夹角，由于δ1(t)角的出现使电压向量超前故可解决相等 的统一潮流问题并在输电线路上产生双向柔性传输的有功和无功功率；φ1(t)是t 时刻电压向量与两相等电压向量值之间的夹角。

如图11所示，该图是统一潮流系统两侧电压幅值不等时经智能柔性传输串 联补偿装置控制的功率传输电路图；微电网与大电网两电压向量在大小相等方 向相同时所遇到的传输功率为0的问题，可用图9中的等效电路来解决；如果 在统一潮流问题中遇到微电网高压侧等效电压向量与大电网侧电压向量 值大小不等但方向相同的问题时则可用图11和图12中的等效电路来解决； 图11中所示的电路连接和所有参数的定义与图9中完全一致，唯一不同的是在 图9中与不仅方向相同而且大小相等，而图11中与方向相 同但幅值不等或大小不同；由有功功率传输的公式可知若想从 输电线路的一侧向另一侧输送功率，两侧输电线路电压向量的夹角δ(t)必不为0， 故若解决以上所遇到的问题，即可用智能柔性传输串联补偿装置来解决；在智 能柔性传输串联补偿装置的作用下图11中产生有功功率P_a(t)，并且 智能柔性传输串联补偿装置帮助微电网侧的有功功率P_s(t)能够向大电网侧传 输，这样在大电网侧接收到的有功功率P_r(t)=P_s(t)+P_a(t)；是t时刻以大型 风力发电厂和大型光伏发电站等可再生能源组成的新能源微电网经过升压变压 器后的等效电压向量值（35KV及以上），是t时刻输电线路从微电网至智 能柔性传输串联补偿装置安装点m之间的输电线路经过TSSC_s(t)控制后的总电 抗值，是t时刻输电线路从微电网至智能柔性传输串联补偿装置之间的输 电线路中流动的电流向量值，且是t时刻智能柔性传输串联补 偿装置安装点m至大电网之间的输电线路中流动的电流向量值，是t时刻 智能柔性传输串联补偿装置安装点m至大电网之间的输电线路经过TSSC_r(t)控 制后的总电抗值，是t时刻大电网的电压向量值，是t时刻智能柔性 传输串联补偿装置安装点m至地之间的电压向量值；t时刻但的电压向量与向量的方向一致或相位一致，即出现输电线路两端电压大小 不等但方向相同的统一潮流问题；是t时刻智能柔性传输串联补偿装置等 效电压向量值，其特征为在解决如上所述的统一潮流问题中起着决定性的 作用，这个作用将在图12中加以说明；的负极与接地点相连，的正 极与的左端相连，的右端与的正极相连，的负极与的左端相连，的右端与的正极相连，的负极与接地点相连。由 图11可知，t时刻在智能柔性传输串联补偿装置等效电压向量值的帮助下， 在y点产生超前的电压向量由于超前所 以此电路由微电网向大电网输送电流及有功功率以解决以上所述的统一潮流问 题，对于同样的统一潮流问题也用此电路表示大电网向微电网输送电流及有功 功率，只需要改变电流及有功功率的流动方向即可。

如图12所示，该图是统一潮流系统两侧电压幅值不等时经智能柔性传输串 联补偿装置控制的电压轨迹向量图；在图中可以看到t时刻但 的电压向量与向量的方向一致或相位一致，此图中的幅值小于 的幅值，即微电网电压幅值小于大电网电压幅值，但此时希望微电网向大 电网输送有功功率，凭借智能柔性传输串联补偿装置的作用不断调节并 通过TSSC_r(t)不断调节在电流电压向量轨迹上产生了一个电压向量的虚线圆形轨迹，即为电压向量的运行轨迹，且超前电 压向量δ2(t)角，δ2(t)是电压向量与电压向量之间的夹角，从 图12可得到各电压电流之间的向量关系；图12中θ2(t) 是电流向量与电压向量之间的夹角，在此t时刻电流向 量超前电压向量，因为电压向量超前电压向量δ2(t)角，根据 公式即可保证有功功率由微电网通过输电线路向大电网传输， 从而解决了统一潮流系统两侧电压幅值不等时功率的传输问题，并且有功功率 可由电压幅值小的一侧输向电压幅值大的一侧，由图12和图10可知，智能柔 性传输串联补偿装置在解决统一潮流问题时具有明显的功能。

如图13所示，该图是输电线路两侧电压为任意值时经智能柔性传输串联补 偿装置控制后的等值电路图；该图将t时刻大电网侧电压向量与大电网侧 输电线路等效为大电网等效电压向量即通过对 智能柔性传输串联补偿装置等效电压向量和智能柔性传输串联补偿装置 等效电流向量的控制，对电网侧的电压进行调节，使之维持在坚强智能电 网的电压要求内；图中是t时刻智能柔性传输串联补偿装置等效电流向量， 图中是t时刻经过TSSC_s(t)控制后的微电网至智能柔性传输串联补偿装置 安装点m输电线路的等效电抗；通过对智能柔性传输串联补偿装置等效电流向 量智能柔性传输串联补偿装置等效电压向量的角度及幅值的不断调 节可维持大电网等效电压向量处于稳定的标准内，此电路可用于调节大电 网电压波动及低电压穿越等问题；因为此智能柔性传输串联补偿装置的等效电 流向量电压向量具有四象限运行的功能，如果以微电网为基准，以 大电网为调节量，那么此电路也用于大电网向微电网输送功率，并对微电网的 电压波动及低电压穿越等问题进行调节；图13中的正极与的左端相 连，的负极与的负极相连；的右端与的正极相连，的负极与的正极相连，的负极与的负极相连。

如图14所示，该图是微电网与大电网电压为任意值时经智能柔性传输串联 补偿装置控制后电流电压轨迹向量图；图中θ3(t)是智能柔性传输串联补偿装置 发出的电流向量与t时刻将大电网侧电压向量与电网侧输电线路电抗 补偿等效后的大电网侧等效电压向量之间的夹角，δ3(t)是t时刻微电网侧 电压向量与大电网侧等效电压向量之间的夹角，由于智能柔性传输 串联补偿装置发出的等效电压向量与电流向量可任意调节在四象限运 行，即与之间的相位和幅值可任意调节，故在图14中为维持大电网电 压稳定，可任意调节与并通过TSSC_s(t)调节从而可使 微电网高压侧等效电压向量运行在图14中的虚线圆形轨迹上，从图14中 可以看出当微电网高压侧等效电压向量运行在虚线圆形轨迹上，微电网通 过输电线路向大电网输送有功功率和无功功率。

如图15所示，该图是微电网与大电网电压为任意值时经智能柔性传输串联 补偿装置控制后有功功率最大最小时电流电压运行轨迹向量图；图中θ4(t)是智 能柔性传输串联补偿装置发出的电流向量与t时刻将大电网侧电压向量 与电网侧输电线路电抗补偿等效后的大电网侧等效电压向量之间的 夹角，δ4(t)是t时刻微电网侧电压向量与大电网侧等效电压向量之 间的夹角，如图中所示，智能柔性传输串联补偿装置发出的电压向量正最大值 落在以智能柔性传输串联补偿装置安装点m为圆心、为半径的虚线圆形轨 迹的D点，负最大值落在虚线圆形轨迹的C点时，智能柔性传输串联补偿装置 向大电网发出最大或最小的有功功率，对有功功率的控制是通过智能柔性传输 串联补偿装置对IGCT五电平开关拓扑电路控制来实现的。

如图16所示，该图是微电网与大电网电压为任意值时经智能柔性传输串联 补偿装置控制后无功功率最大最小时电流电压运行轨迹向量图；图中θ5(t)是智 能柔性传输串联补偿装置发出的电流向量与t时刻将大电网侧电压向量 与电网侧输电线路电抗补偿等效后的大电网侧等效电压向量之间的 夹角，δ5(t)是t时刻微电网侧电压向量与大电网侧等效电压向量之间 的夹角，如图中所示，当智能柔性传输串联补偿装置发出的无功功率的最大值 时，运行在以智能柔性传输串联补偿装置安装点m为圆心、为半径的 虚线圆形轨迹的D点，此时为正值；发出的无功功率最小值时，运行 在虚线圆形轨迹的C点，此时为负值；智能柔性传输串联补偿装置可向大 电网发出最大或最小的无功功率，对无功功率的控制完全是通过智能柔性传输 串联补偿装置对IGCT五电平开关拓扑电路控制来实现的；图16中当运行 在虚线圆形轨迹的D点或C点时，智能柔性传输串联补偿装置产生的等效电压 向量与等效电流向量超前或滞后90°角，这样即可保证智能柔性传输 串联补偿装置向大电网发出超前或滞后的无功功率。