具有多线路的变电站中统一潮流控制器的安装电路

摘要

本发明公开了一种具有多线路的变电站中统一潮流控制器的安装电路，主要应用于具有多条线路的变电站内部,包括若干条变电站线路，变电站正母线，变电站副母线，统一潮流控制器UPFC、UPFC母线、若干个断路器和若干个隔离开关。通过改变隔离开关的闭合和断开状态，使在电网正常运行情况下，潮流控制器可补偿任意一条变电站线路的电压，并控制该线路的潮流，同时在不同线路之间灵活切换；在电网紧急情况下，潮流控制器可对任意两条变电站线路组成的独立回路进行潮流控制，实现紧急潮流控制功能。本发明实现了单个统一潮流控制器对多条线路潮流的切换控制，不但可以节省投资，提高电网运行的经济性，而且增强统一潮流控制器灵活性，有助于电网的安全稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有多线路的变电站中统一潮流控制器的安装电路，属于电网控制技术领域。

背景技术

在柔性交流输电系统（FACTS）技术应用以前，电网采用传统的机械式控制方法，具有响应速度慢、不能频繁动作、控制功能离散等局限性，基本只适用于稳态潮流或电压控制，对暂态和动态稳定缺乏足够的控制能力，因此系统运行时一般留有较大的稳定裕量，难以充分利用电力设备的输电能力。

统一潮流控制器（UPFC）是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电（FACTS）装置，是迄今为止通用性最好的FACTS装置，综合了FACTS元件的多种灵活控制手段，仅通过控制规律的改变，就能分别或同时实现电压调节、串联补偿和移相等所有功能。UPFC装置可以看作是一台静止同步（STATCOM）装置与一台静止同步串联补偿器（SSSC）装置在直流侧并联构成，它可以同时并快速、独立控制输电线路中的有功功率和无功功率，从而使得UPFC拥有STATCOM、SSSC装置都不具备的四象限运行功能。UPFC可以有效控制线路的潮流分布，提高电力系统的稳定性。

然而，UPFC通常安装在固定的一条线路上，只能对流过该线路的有功和无功功率进行控制。当电力系统运行中需要对多条线路进行潮流控制时，需安装相应数量的UPFC，增加了投资费用和运行成本。

发明内容

针对现有统一潮流控制安装方式的不足，本发明提供了一种具有多线路的变电站中统一潮流控制器的安装电路，主要应用于具有多条线路的变电站内部，实现了单个UPFC对多条线路进行潮流控制的功能，有效降低了运行成本和提高了电网运行的稳定。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

具有多线路的变电站中统一潮流控制器的安装电路，包括若干条变电站线路，变电站正母线，变电站副母线，统一潮流控制器UPFC、UPFC母线、若干个断路器和若干个隔离开关；所述变电站正母线分为Ⅰ段和Ⅱ段，中间通过隔离开关连接；所述变电站副母线分为Ⅲ段和Ⅳ段，中间通过隔离开关连接；所述变电站正、副母线之间由母联开关连接；所述变电站的每条线路依次连接隔离开关和断路器，然后通过一个隔离开关与变电站正母线的Ⅰ段或者Ⅱ段连接，通过另一个隔离开关与变电站副母线的Ⅲ段或者Ⅳ段连接，通过一个隔离开关与UPFC母线Ⅴ段或Ⅵ段相连；所述UPFC母线分为Ⅴ段母线和Ⅵ段母线，所述Ⅴ段母线的一侧通过断路器与统一潮流控制器的进线端连接；所述Ⅵ段母线的一侧通过断路器与统一潮流控制器的出线端连接，所述Ⅵ段母线的另一侧与变电站正母线的Ⅱ段母线、变电站副母线的Ⅳ段之间均通过隔离开关连接。

前述的统一潮流控制器包括输电线路、变压器1和变压器2、变流器1和变流器2、隔离开关1和隔离开关2、电容和控制系统；所述隔离开关1安装于输电线路和变压器1之间；所述隔离开关2安装于变压器2与变流器2之间；所述变流器1和变流器2的直流侧通过电容连接；所述变流器1和变流器2的交流侧连接控制系统。

与现有单个UPFC只能固定对一条线路进行潮流控制相比，本发明达到的有益效果是：

（1）电网正常运行时，通过UPFC母线、变电站母线和多个断路器、隔离开关之间的配合操作，实现了单个UPFC对任意一条变电站线路进行潮流控制的功能，并能在不同线路灵活切换，不但可以节省投资，提高电网运行的经济性，而且增加了统一潮流控制器的灵活性。

（2）电网紧急故障情况下，通过UPFC母线和相关断路器、隔离开关之间的配合操作，使得任意两条线路组成独立运行回路，并通过UPFC装置实现了该回路的紧急潮流控制，提高了电网在紧急故障情况下的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明安装电路接线示意图；

图2为本发明统一潮流控制器的内部结构示意图；

图3为本发明统一潮流控制器控制线路1的潮流时的具体接线图；

图4为图3情况下的变电站运行示意图；

图5为本发明统一潮流控制器控制由线路1和线路2组成的独立回路的潮流的具体接线图；

图6为图5情况下的变电站运行示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式详细描述本发明。

如图1所示，本发明的具有多线路的变电站中统一潮流控制器的安装电路，包括若干条变电站线路，变电站正母线，变电站副母线，统一潮流控制器UPFC、UPFC母线、若干个断路器和若干个隔离开关；其中UPFC母线分为Ⅴ段母线和Ⅵ段母线，UPFC母线与变电站的所有线路之间均装有隔离开关，如图1中的，线路1与UPFC母线的Ⅴ段母线之间通过隔离开关201连接，线路2与UPFC母线的Ⅴ段母线之间通过隔离开关202连接，……，线路M与UPFC母线的Ⅵ段母线之间通过隔离开关20M连接。Ⅴ段母线的一侧通过断路器1与统一潮流控制器的进线端连接；Ⅵ段母线的一侧通过断路器2与统一潮流控制器的出线端连接。UPFC母线的Ⅵ段通过隔离开关302连接变电站正母线的Ⅱ段，通过隔离开关301连接变电站副母线的Ⅳ段。

本发明的变电站包括若干条线路，如图1中的线路1、线路2、……、线路M，正母线，副母线，若干个隔离开关，如图1中的隔离开关L₁01、隔离开关L₁02、隔离开关L₁03、……、隔离开关L_M01、隔离开关L_M02、隔离开关L_M03，若干个断路器，如图1中的断路器L₁、断路器L₂、……、断路器L_M。变电站正母线分为Ⅰ段和Ⅱ段，中间通过隔离开关401连接；变电站副母线分为Ⅲ段和Ⅳ段，中间通过隔离开关402连接；正、副母线之间由母联开关4连接；变电站的每条线路依次连接隔离开关和断路器，然后通过一个隔离开关与正母线的Ⅰ段或者Ⅱ段连接，通过另一个隔离开关与副母线的Ⅲ段或者Ⅳ段连接，通过一个隔离开关与UPFC母线的Ⅴ段或者Ⅵ段相连；变电站所有线路均可外接于相同或不同母线。以线路1为例，线路1依次连接隔离开关L₁01、断路器L₁，然后通过隔离开关L₁02与正母线的Ⅰ段连接，通过隔离开关L₁03与副母线的Ⅲ段连接，通过隔离开关201与UPFC母线的Ⅴ段连接，其余线路的连接方式与线路1类似。

如图2所示，本发明的统一潮流控制器包括输电线路、变压器1和变压器2、变流器1和变流器2、隔离开关1和隔离开关2、电容和控制系统；其中隔离开关1安装于输电线路和变压器1之间；隔离开关2安装于变压器2与变流器2之间；变流器1和变流器2的直流侧通过电容连接；变流器1和变流器2的交流侧连接控制系统。整个统一潮流控制器等效为静止同步补偿器(STATCOM)和静止同步串联补偿器(SSSC)直流侧电容连接构成。

如图3所示，为本发明的统一潮流控制器用于控制线路1潮流时的接线图。线路1依次连接隔离开关L₁01、断路器L₁，然后通过隔离开关201与UPFC母线的Ⅴ段连接，隔离开关201处于闭合状态，通过隔离开关L₁02与变电站正母线Ⅰ段连接，通过隔离开关L₁03与变电站副母线Ⅲ段连接，隔离开关L₁02和隔离开关L₁03处于断开状态。线路2依次连接隔离开关L₂01、断路器L₂，然后通过隔离开关202与UPFC母线的Ⅴ段连接，隔离开关202处于断开状态，通过隔离开关L₂02与变电站正母线Ⅰ段连接，通过隔离开关L₂03与变电站副母线Ⅲ段连接，隔离开关L₂02处于闭合状态，隔离开关L₂03处于断开状态。其余线路接线方式与线路2类似，连接于正母线的隔离开关均处于闭合状态，连接于副母线和UPFC母线的隔离开关均处于断开状态。隔离开关L₁01、L₂01、……、L_M01均处于闭合状态。UPFC母线Ⅵ段与正母线Ⅱ段之间的隔离开关302处于闭合状态，UPFC母线Ⅵ段与副母线Ⅳ段之间的隔离开关301处于断开状态，变电站正母线Ⅰ段和Ⅱ段之间的隔离开关401处于闭合状态，变电站副母线Ⅲ段和Ⅳ段之间的隔离开关402处于断开状态。统一潮流控制器内部隔离开关1和隔离开关2均处于闭合状态。在这种电路接线情况下，统一潮流控制器实现对线路1的潮流控制。

图4示意性给出了统一潮流控制器用于控制线路1时，变电站的运行示意图。

如图5所示，当电网发生紧急故障时，统一潮流控制器用于控制任意两条线路组成的独立回路潮流时的具体接线图。以控制线路1和2组成的独立线路潮流为例，线路1依次连接隔离开关L₁01、断路器L₁，然后通过隔离开关201与UPFC母线的Ⅴ段连接，隔离开关201处于闭合状态，通过隔离开关L₁02与变电站正母线Ⅰ段连接，通过隔离开关L₁03与变电站副母线Ⅲ段连接，隔离开关L₁02和隔离开关L₁03处于断开状态。线路2依次连接隔离开关L₂01、断路器L₂，然后通过隔离开关202与UPFC母线的Ⅴ段连接，隔离开关202处于断开状态，通过隔离开关L₂02与变电站正母线Ⅰ段连接，通过隔离开关L₂03与变电站副母线Ⅲ段连接，隔离开关L₂02处于闭合状态，隔离开关L₂03处于断开状态。线路M依次连接隔离开关L_M01、断路器L_M，然后通过隔离开关20M与UPFC母线的Ⅵ段连接，隔离开关20M处于断开状态，通过隔离开关L_M02与变电站正母线的Ⅱ段连接，通过隔离开关L_M03与变电站副母线Ⅳ段连接，隔离开关L_M02处于断开状态，隔离开关L_M03处于闭合状态。其余线路接线方式与线路M类似，连接于副母线的隔离开关均处于闭合状态，连接于正母线和UPFC母线的隔离开关均处于断开状态。隔离开关L₁01、L₂01、……、L_M01均处于闭合状态。UPFC母线Ⅵ段与正母线Ⅱ段之间的隔离开关302处于闭合状态，UPFC母线Ⅵ段与副母线Ⅳ段之间的隔离开关301处于断开状态，变电站正母线Ⅰ段和Ⅱ段之间的隔离开关401处于闭合状态，变电站副母线Ⅲ段和Ⅳ段之间的隔离开关402处于断开状态。统一潮流控制器内部隔离开关1和隔离开关2均处于闭合状态。在这种电路接线情况下，统一潮流控制器实现对线路1和2组成的独立回路潮流的控制。

图6示意性给示出了当电网发生紧急故障时，统一潮流控制器对线路1和2组成的独立回路进行潮流控制时，变电站的运行示意图。