一种具备直流潮流与短路控制的复合装置及其控制方法制造方法及图纸

一种直流电网用的具备直流潮流控制与直流短路控制的复合装置及其控制方法，复合控制装置包括：潮流控制装置，其包括一对耦合电感、四个开关管、四个二极管和两个电容；短路控制装置，其包括两个高压快速机械开关、三个避雷器和三个开关管。所述第一电容作为第一可调电压源串联在第一条输电线路中，第二电容作为第二可调电压源串联在第二条输电线路中，用于潮流控制；快速机械开关分别串联在两条线路的出线端；三个避雷器分别和三个开关管并联，用于控制短路电流。正常情况下，潮流控制装置投入工作，控制线路潮流；一旦发生短路，潮流部分闭锁，短路电流控制装置投入工作。本发明专利技术不仅可以实现灵活的潮流调节，还可以实现及时的短路电流控制。

Composite device with DC power flow and short circuit control and control method thereof

With DC power flow control and DC composite short circuit control device and control method thereof for DC grid, composite control device includes a flow control device, comprising a coupling inductor, one of the four switches on the tube, four diodes and two capacitors; short circuit control device, which comprises two high speed mechanical switch, three a lightning arrester and three switches. The first capacitor as the first adjustable voltage source in series with the first transmission line, second capacitor as second adjustable voltage source in series second transmission lines, used for power flow control; rapid mechanical switch are respectively connected with the outlet end of lines two and three respectively; the switch three parallel arrester. For the control of short-circuit current. Normally, the power flow control device is put into operation to control the current of the circuit. Once the short-circuit occurs, the power flow is partly locked, and the short-circuit current control device is put into operation. The invention can not only realize flexible power flow regulation, but also realize short circuit current control in time.

【技术实现步骤摘要】
一种具备直流潮流与短路控制的复合装置及其控制方法
本专利技术涉及电力电子
，主要应用于多端直流输电场合，特别是涉及一种具备直流潮流与短路控制的复合装置及其控制方法。
技术介绍
随着传统能源的不断消耗和环境问题的日益加剧，清洁可持续能源的发展和应用逐渐引起了广泛的关注。传统的电网消纳能力有限，加之新能源发电的间歇性和不确定性，以至于新能源发电效率不高。为此，我们需要一种新的电力设备、电网结构和运行技术来适应大规模可再生能源接入电网。在此需求下，多端直流输电和直流电网技术变应运而生。高压柔性直流输电技术因此经济性好、传送距离远、稳定性高等优点成为解决分布式电源并网和构建新型电网的研究热点。多端直流输电和直流电网技术迅速发展，用于满足多电源供电和多落点受电的需求。然后，对于一个确定拓扑的直流系统，N个独立的换流站可以对N-1条支路进行有效的潮流控制；而对系统中超出N-1条线路上的潮流无法控制，因此需要引入潮流控制器来实现潮流的调节。由于直流电网不存在交流系统中的无功、电抗和相角，只需要改变电压和电阻值便能实现潮流调节，所以已有的潮流控制器主要分为电阻型和电压型两类。电阻型控制器方案和结构比较简单，但潮流只能实现单向调节，且通态损耗较大；电压型控制器一般分为三类，直流变压器、串联可调电压源和线间潮流控制器。在线路中串入直流变压器可以实现线路电压的改变进行潮流调节，但是其需要承受系统级的高压和大功率，增加了成本和系统的复杂性；在系统串入可调电压源，不需要承受高电压，但是其需要外部电源与之交互。为了略去串联可调电压源方案中额外的电源，研究人员提出了线间潮流控制器。通过设计合理的方案，使得潮流在不同线路之间实现传递，从何实现调节。另外，直流电网的线路阻抗很小，较小的电压变化会引起很大，因此发展直流电网快速限流和短路切断装置是直流电网的重要环节。目前已有的短路限流装置主要应用于交流电网，大部分利用交流电流的自然过零点进行分断。但是，由于直流电网发生短路时，不存在自然过零点，所以分断难度很大，很难满足安全性和可靠性的要求。目前已有的研究主要是基于电力电子技术的混合型直流断路器和通过在电网中串入限流电路来限制故障电流峰值和电流上升率等。然而，目前基于直流潮流控制和短路控制的装置研究和运行都相对独立，很少涉及短路和潮流复合控制，因此存在成本相对较高、体积较大以及不便统一控制等缺点。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术针对多端直流输电系统中的潮流控制和短路控制问题，提出一种直流电网用的具备直流潮流控制与直流短路控制的复合装置及其控制方法，为达此目的，本专利技术提供一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，包括潮流控制装置和短路控制装置，所述潮流控制装置和短路控制装置有一个直流输电端口及两条与所述直流输电端口并联的输电线路，其特征在于：所述潮流控制装置包括耦合电感L1和L2、电容C1和C2、四个开关管Q1~Q4、四个二极管Db1~Db4；所述短路控制装置，包括两个高压快速机械开关UFD1和UFD2、三个避雷器SA1~SA3和三个开关管MB1~MB3；所述电容C1作为可调电压源Vc1串联在第一条输电线路中，电容C2作为可调电压源Vc2串联在第二条输电线路中，用于潮流控制；所述可调电压源Vc1两侧并联第一电路单元和第二电路单元，所述可调电压源Vc2两侧并联第三电路单元和第四电路单元；所述第一电路单元由第一开关管Q1与二极管Db1、电感L1串联组成，所述第二电路单元由第二开关管Q2与二极管Db2、电感L2串联组成，所述第三电路单元由第三开关管Q3与三极管Db3、电感L1串联组成，所述第四电路单元由第四开关管Q4与二极管Db4、电感L2串联组成；所述电感L1和电感L2顺接耦合；所述高压快速机械开关UFD1串联在第一条输电线路中，高压快速机械开关UFD2串联在第二条输电线路中；第五电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD1的出线端，第六电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD2的出线端；所述第五电路单元为第七电路单元和第八电路单元反向串联组成；所述第六电路单元为第七电路单元和第九电路单元反向串联组成；所述第七电路单元为开关管MB1和避雷器SA1并联组成；所述第八电路单元为开关管MB2和避雷器SA2并联组成；所述第九电路单元为开关管MB3和避雷器SA3并联组成。本专利技术的进一步改进，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二极管反并联组成。本专利技术的进一步改进，所述开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二极管反并联组成。本专利技术提供一种具备直流潮流与短路控制的复合装置的控制方法：(1)在未发生故障时，潮流控制装置投入工作，其控制方法如下：1)设置第一条输电线路的电流参考值为I1ref、第二条输电线路的电流参考值为I2ref；2)将第一条输电线路的电流参考值I1ref与采集到的第一条输电线路的电流I1相减，所得差值经过PI环节后得到第一开关管Q1和第二开关管Q2的PWM驱动信号；将第二条输电线路的电流参考值I2ref与采集到的第二条输电线路的电流I2相减，所得差值经过PI环节后得到第三开关管Q3和第四开关管Q4的PWM驱动信号；3)利用PWM驱动信号控制开关管导通与关断，使第一条输电线路的电流I1和第二条输电线路的电流I2维持在参考值I1ref和I2ref；(2)在发生故障之后，潮流控制装置立即闭锁，短路控制装置立即投入，具体控制方法及步骤如下：1)假设某一条出线支路发生短路故障的时刻为tf，其所在支路的电流采样值超过短路控制设定的阈值Imax；2)在t1时刻，通过控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的开关驱动信号，立即闭锁潮流控制装置，使其不再进行潮流调节；同时，根据系统短路时的潮流方向，选择特定的两条支路作为故障换流支路，此时该两条线路的开关管即为故障换流开关管，分别命名为第一换流开关管LCS1和第二换流开关管LCS2，控制LCS1和LCS2的开关信号，使其立即导通，并关闭非换流支路上的其余开关管；3)在t2时刻，通过控制短路控制装置上的开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3的驱动信号，使其导通，此时大部分的故障电流将转移到开关管MB所在的支路上；4)在t3时刻，通过控制第一换流开关管LCS1和第二换流开关管LCS2的驱动信号，关断其中故障支路上的换流开关管，保持非故障支路上的换流开关继续导通；5)在t4时刻，关断其中故障线路上的高压快速机械开关UFD，切断故障支路，保持另外非故障支路上的高压快速机械开关UFD继续导通；6)在t5时刻，通过控制第一换流开关管LCS1和第二换流开关管LCS2的驱动信号，使LCS1和LCS2导通，此时非故障线路恢复运行；7)在t6时刻，通过控制短路控制装置上的开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3的驱动信号，使其全部关断，剩余的故障电流通过MB开关管的反向二极管和避雷器SA1、避雷器SA2和避雷器SA3进行消耗释放。本专利技术公开了一种直流电网用的具备直流潮流控制与直流短路控制的复合装置及其控制方法，复合控制装置包括：潮流控制装置，其包括一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，包括潮流控制装置和短路控制装置，所述潮流控制装置和短路控制装置有一个直流输电端口及两条与所述直流输电端口并联的输电线路，其特征在于：所述潮流控制装置包括耦合电感L1和L2、电容C1和C2、四个开关管Q1~Q4、四个二极管Db1~Db4；所述短路控制装置，包括两个高压快速机械开关UFD1和UFD2、三个避雷器SA1~SA3和三个开关管MB1~MB3；所述电容C1作为可调电压源Vc1串联在第一条输电线路中，电容C2作为可调电压源Vc2串联在第二条输电线路中，用于潮流控制；所述可调电压源Vc1两侧并联第一电路单元和第二电路单元，所述可调电压源Vc2两侧并联第三电路单元和第四电路单元；所述第一电路单元由第一开关管Q1与二极管Db1、电感L1串联组成，所述第二电路单元由第二开关管Q2与二极管Db2、电感L2串联组成，所述第三电路单元由第三开关管Q3与三极管Db3、电感L1串联组成，所述第四电路单元由第四开关管Q4与二极管Db4、电感L2串联组成；所述电感L1和电感L2顺接耦合；所述高压快速机械开关UFD1串联在第一条输电线路中，高压快速机械开关UFD2串联在第二条输电线路中；第五电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD1的出线端，第六电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD2的出线端；所述第五电路单元为第七电路单元和第八电路单元反向串联组成；所述第六电路单元为第七电路单元和第九电路单元反向串联组成；所述第七电路单元为开关管MB1和避雷器SA1并联组成；所述第八电路单元为开关管MB2和避雷器SA2并联组成；所述第九电路单元为开关管MB3和避雷器SA3并联组成。...

【技术特征摘要】
1.一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，包括潮流控制装置和短路控制装置，所述潮流控制装置和短路控制装置有一个直流输电端口及两条与所述直流输电端口并联的输电线路，其特征在于：所述潮流控制装置包括耦合电感L1和L2、电容C1和C2、四个开关管Q1~Q4、四个二极管Db1~Db4；所述短路控制装置，包括两个高压快速机械开关UFD1和UFD2、三个避雷器SA1~SA3和三个开关管MB1~MB3；所述电容C1作为可调电压源Vc1串联在第一条输电线路中，电容C2作为可调电压源Vc2串联在第二条输电线路中，用于潮流控制；所述可调电压源Vc1两侧并联第一电路单元和第二电路单元，所述可调电压源Vc2两侧并联第三电路单元和第四电路单元；所述第一电路单元由第一开关管Q1与二极管Db1、电感L1串联组成，所述第二电路单元由第二开关管Q2与二极管Db2、电感L2串联组成，所述第三电路单元由第三开关管Q3与三极管Db3、电感L1串联组成，所述第四电路单元由第四开关管Q4与二极管Db4、电感L2串联组成；所述电感L1和电感L2顺接耦合；所述高压快速机械开关UFD1串联在第一条输电线路中，高压快速机械开关UFD2串联在第二条输电线路中；第五电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD1的出线端，第六电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD2的出线端；所述第五电路单元为第七电路单元和第八电路单元反向串联组成；所述第六电路单元为第七电路单元和第九电路单元反向串联组成；所述第七电路单元为开关管MB1和避雷器SA1并联组成；所述第八电路单元为开关管MB2和避雷器SA2并联组成；所述第九电路单元为开关管MB3和避雷器SA3并联组成。2.根据权利要求1所述的一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，其特征在于：所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二极管反并联组成。3.根据权利要求1所述的一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，其特征在于：所述开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二极管反并联组成。4.应用于权利要求1或2或3所述的直流电网用的复合装置的控制方法，其特征在于：(1)在未发生故障时，潮流...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈武，叶晗，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32