一种结合星形森变压器的潮流控制器

摘要

本发明公开了一种结合星形森变压器的潮流控制器，涉及柔性交流输电领域，具体的说是涉及输配电线路潮流控制与功率补偿。基于本发明结合星形森变压器的潮流控制器，主要包括：三相线路首端PCC1、三相线路末端PCC2、并联侧一次绕组和二次绕组、串联侧一次绕组和二次绕组、带分接头的森变压器二次绕组、并联侧和串联侧电力电子变换器、串联侧三相旁路断路器、并联侧三相断路器、直流侧电容及断路器、控制器。通过上述三个断路器的不同组合，本发明可用作不同的功率补偿器；通过不同的控制方法，也可以实现不同的控制目标。相较传统统一潮流控制器，本发明成本更低、调节速度更快，应用前景非常广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及柔性交流输电领域，具体涉及输配电线路潮流控制与功率补偿。

背景技术

随着柔性交流输电技术的发展，许多应用于交流输电系统的电力电子装置（FACTS）应运而生，其中主要包含：串联补偿装置如晶闸管控制串联电容器（TCSC）、晶闸管控制串联电抗器（TCSR）、静止同步串联补偿器（SSSC）等，并联补偿装置如静止无功补偿器（SVC）、晶闸管控制制动电阻器（TCBR）、静止同步补偿器（STATCOM）等，综合控制装置如统一潮流控制器（UPFC）等。

其中，统一潮流控制器综合了串、并联补偿的功能和特点，还能有效控制线路潮流，实现单位功率因数调节，通过合理的控制，甚至能有效抑制电力系统次同步振荡、控制电力系统三相不平衡等。因此统一潮流控制器也被称作功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置。

此外，模块化多电平换流器（MMC）的出现，使得原来需要使用大功率开关管的统一潮流控制器的制造难度和成本得到了一定下降，也促使了统一潮流控制器的进一步发展和实际工程应用。但是由于统一潮流控制器本身作为大型的新一代FACTS设备，即便有了MMC技术的应用，在需求容量很大的时候，其制造难度和成本仍然很高。

森变压器有着与统一潮流控制器类似的结构，同样有并联侧和串联侧，其原理是通过变压器二次绕组的串联，等效为向线路中串入电压源，再由选择的分接头来实现串联的电压大小和相位。随之衍生出的结构中，则有星形的森变压器结构，具体结构则可见图1中的并联侧一次绕组和森变压器二次绕组。其名称源于它的串联电压调节范围是如图2所展示的六芒星形状的各个交点对应的矢量，图中各矢量为基于ABC坐标系的空间矢量。这种结构的森变压器相较传统的森变压器调节方式更灵活、串联电压的调节范围更大。由于其无需使用电力电子变换器和滤波系统，因此成本相对低廉，而由于其使用的是绕组分接头来调节，因此其缺点则是无法实现连续调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合星形森变压器的潮流控制器，将星形森变压器和统一潮流控制器相结合，以获取一种制造成本相对低廉、调节速度相对迅速、调节范围相对宽泛的潮流控制器。

本发明采取的技术方案为：它包括并联侧一次绕组、带分接头的森变压器二次绕组、串联侧二次绕组、串联侧三相旁路断路器CB

所述的并联侧一次绕组为不带分接头绕组，且三相绕组联结方式为星形不接地联结。

所述的带分接头的森变压器二次绕组一共有3组三相二次绕组，所有绕组分接头数目相同且为大于1的奇数，这3组绕组分别每一组都以下述方式串联于PCC1和PCC2之间的线路的A、B、C相中：以串联在A相线路中的组三相二次绕组为例，其A相绕组L

所述的串联侧二次绕组为不带分接头绕组。

所述的并联侧二次绕组为不带分接头绕组，且三相绕组联结方式为星形不接地联结。

所述的并联侧电力电子变换器VSC-SHUNT采用模块化多电平换流器（MMC）结构。

所述的串联侧电力电子变换器VSC-SERIES采用模块化多电平换流器（MMC）结构。

所述的串联侧一次绕组为不带分接头绕组，且三相绕组联结方式为星形不接地联结。

所述的控制器的包含森变压器二次绕组分接头选择控制器、并联侧电力电子变换器VSC-SHUNT开关信号控制器、串联侧电力电子变换器VSC-SERIES开关信号控制器；控制方法相应地分别采用功率开环控制、dq轴解耦PI电压或无功外环加PI电流内环控制、dq轴解耦PI电压或功率外环加PI电流内环控制。

本发明一种结合星形森变压器的潮流控制器的优点在于：首先，将星形森变压器和统一潮流控制器结合起来，保留了森变压器制造成本相对低廉和统一潮流控制器可以连续调节的优点，弥补了统一潮流控制器制造成本相对昂贵和森变压器无法连续调节的缺点；其次，通过对上述三个断路器的不同组合，本发明可用作静止同步补偿器、静止同步串联补偿器或统一潮流控制器，在使用方式上非常灵活；另外还可以通过对控制器设定不同的控制方法和控制目标，实现线路单位功率因数控制、PCC1处电压控制、PCC1功率控制、PCC2处电压控制、PCC2功率控制、振荡抑制控制、线路阻抗控制等不同的控制目标，在使用目的上也可满足几乎所有对FACTS装备的需求；通过采用合理的平滑过渡策略，甚至可以在不同的工作方式和控制目标之间平滑地切换，减小设备工作状态的切换对电力系统造成的影响。

为更清楚的说明本发明所提出的一种结合星形森变压器的潮流控制器，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明一种结合星形森变压器的潮流控制器的结构图。

图2为5分接头星形森变压器的串联电压调节范围。

图3为本发明一种结合星形森变压器的一种工作状态。

具体实施方式

图1所示为本发明一种结合星形森变压器的潮流控制器的结构图。其具体结构如下：它包括并联侧一次绕组、带分接头的森变压器二次绕组、串联侧二次绕组、串联侧三相旁路断路器CB

所述的并联侧一次绕组为不带分接头绕组，且三相绕组联结方式为星形不接地联结。

所述的带分接头的森变压器二次绕组一共有3组三相二次绕组，所有绕组分接头数目相同且为大于1的奇数，这3组绕组分别每一组都以下述方式串联于PCC1和PCC2之间的线路的A、B、C相中：以串联在A相线路中的组三相二次绕组为例，其A相绕组L

所述的串联侧二次绕组为不带分接头绕组。

所述的并联侧二次绕组为不带分接头绕组，且三相绕组联结方式为星形不接地联结。

所述的并联侧电力电子变换器VSC-SHUNT采用模块化多电平换流器（MMC）结构。

所述的串联侧电力电子变换器VSC-SERIES采用模块化多电平换流器（MMC）结构。

所述的串联侧一次绕组为不带分接头绕组，且三相绕组联结方式为星形不接地联结。

所述的控制器的包含森变压器二次绕组分接头选择控制器、并联侧电力电子变换器VSC-SHUNT开关信号控制器、串联侧电力电子变换器VSC-SERIES开关信号控制器；控制方法相应地分别采用功率开环控制、dq轴解耦PI电压或无功外环加PI电流内环控制、dq轴解耦PI电压或功率外环加PI电流内环控制。

接着，请参考图1和图3所示，以下以结合5分接头森变压器的潮流控制器，对其工作原理做出解释。首先，如图1所示，假设此时调节目标为流过PCC1处的复功率为S

然后如图3所示，假设5分接头的森变压器二次绕组总电压为4U

表1.分接头选择示例表

如图3所示，确定星形森变压器分接头后，通过森变压器可以等效在线路中串联了电压△U

由于星形森变压器的控制方法为开环控制，因此可以非常迅速且稳定地为统一潮流控制器的控制提供初步调节基础，以减小统一潮流控制器的调节范围，从而降低统一潮流控制器的额定容量配置以及加快统一潮流控制器的调节速度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并非用以限定本发明，对于熟悉本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内都可以做各种改动和修饰，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。