一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法技术

本发明专利技术提供了一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，包括如下步骤：建立三线间直流潮流控制器，通过直流潮流控制器连接3条输电线路，实现3条输电线路的潮流调节功能，三线间直流潮流控制器包括直流潮流控制器以及旁路开关等；将3条直流线路连接于同一电压源型变换器的直流母线，电压源型变换器衔接直流电力系统和交流电力系统，转换交流电与直流电，三线间直流潮流控制器等效于在三条线路中串联一个电压源，实现3个串联电压源之间的功率转移，进而调节3个串联电压源电压的大小，实现对线路潮流的控制。本发明专利技术实现3条线路潮流的控制，提高复杂多端直流电力系统的潮流控制维度；具备对称性结构，适用于潮流反转的场合。

A topology control method for three wire DC power flow controller

The invention provides a topological control method of a three-wire DC power flow controller, which comprises the following steps: establishing a three-wire DC power flow controller, connecting three transmission lines through a DC power flow controller, realizing the power flow regulation function of three transmission lines, and a three-wire DC power flow controller including a DC power flow controller and its side. The three DC lines are connected to the DC bus of the same voltage source converter, the voltage source converter is connected to the DC power system and the AC power system, the AC and DC power are converted, and the three-wire DC power flow controller is equivalent to a voltage source connected in series in three lines to realize three series voltage sources. The power transfer can be realized by adjusting the voltage of three series voltage sources to control the line power flow. The invention realizes the power flow control of three lines, improves the power flow control dimension of complex multi-terminal DC power system, and has symmetrical structure, which is suitable for the occasion of power flow reversal.

【技术实现步骤摘要】
一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法
本申请涉及电力电子变换器与直流输电领域，尤其涉及到一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，主要用于直流潮流控制器(DCPowerFlowController,简称DCPFC)电路拓扑设计与运行控制。
技术介绍
随着电力电子器件与模块化多电平技术的迅速发展和成熟，直流输电作为实现大规模可再生能源发电并网、大容量远距离海上/陆地新能源电力传输的先进技术手段已得到广泛的关注，并将成为构建智能电网的支撑性技术。未来直流输配电网络，拓扑架构复杂，其换流站节点数目通常小于直流输电支路数目，因而存在线路潮流控制自由度不足的缺点。具体表现为：一个直流潮流控制器无法独立实现任意一条支路上直流潮流的主动控制调节。为解决上述问题，需要在多端复杂直流网络中引入直流潮流控制器以增加系统控制自由度，实现各支路直流潮流主动协同优化控制。目前，直流潮流控制器分为“电阻型”与“电压型”两类。电阻型直流潮流控制器的拓扑和控制较为简单，其概念为主动增大输电线路的等效电阻，进而减小输电线路潮流。该方案具有损耗较大、潮流仅能单向调节的缺点，故其实用性较低。电压型直流潮流控制器分为“直流变压器型”、“串联可调电压源型”和“线间型”三类技术路线。直流变压器型，如图1(a)所示，其输入和输出侧连接不同电压等级直流电网的正极性线路和负极性线路，等效于在输电线路中串联了一个可调电压源，进而改变线路的潮流，但装置需要承受系统级电压，设计复杂且成本较高。在正极性线路或负极性线路中串联可调电压源，进而调节线路潮流，装置所需承受电压等级和功率等级较低，但需要提供外部电源，其示意图如图1(b)所示。线间型直流潮流控制器，在线路之间存在能量通道，其基本特征在于将1条线路上的部分功率转移到相邻的另1条线路，利用线路之间的功率交换实现2条线路的潮流控制，其示意图如图1(c)所示。线间型直流潮流控制器亦可以通过增加外部能量补偿装置，增加能量交换渠道。现有技术中存在一种电感作为能量转移枢纽的新型线间直流潮流控制器，线路串电容的方式较大幅度降低了电压、电流纹波。而现有技术也改进了该线间直流潮流控制器，引入耦合电感使用使其能适用于线路潮流反转的场合，满足不同潮流方向场合的需要。然而，线间直流潮流控制器作为调节2条线路潮流的电压源型直流潮流控制器。仅能主动控制1条线路的潮流，另1条线路潮流的被动控制，无法同时主动控制2条线路的潮流，应用场合受限。现有技术中，线间直流潮流控制器依靠输电线路间的功率交换实现直流潮流控制，在两条输电线路中串入2个可调电压源，2个可调电压源之间进行功率交换，省去可调电压源的外部电源以及可调电压源与串入可调电压源之间的高压隔离功率传输路径。从线间直流潮流控制器的控制效果上看，线间直流潮流控制器有效地控制一条线路的潮流，另一条线路的潮流被动变化，即单一的线间直流潮流控制器只能实现单一目标的直流潮流控制。综上所述，现有技术中所提的线间直流潮流控制器只能实现一条线路潮流主动增大/减小，另一条线路潮流被动减小/增大，不能同时主动控制两条线路的潮流，属于退化的2线路潮流控制模式，应用场合受限，故目前缺乏新的直流潮流控制器，实现2条线路潮流的主动控制。
技术实现思路
针对既有技术存在的缺点和不足，本专利旨在解决以下问题：实现3条线路的潮流控制功能，其中2条线路的潮流实现主动控制，提高潮流控制维度；潮流控制器的功能多样化：除了可以主动控制两条线路的潮流功能，亦可实现线间直流潮流控制器的功能模式。为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提出一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，能够能控制3条线路潮流的新型直流潮流控制器，其中2条线路潮流实现主动控制，能适用于多潮流控制目标的场合，增大了多端直流输电系统的潮流控制自由度。本专利技术是根据以下技术方案实现的：一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：建立三线间直流潮流控制器，通过直流潮流控制器连接3条输电线路，实现3条输电线路的潮流调节功能，所述三线间直流潮流控制器包括6组直流潮流控制器及对应反向的并联二极管、6个串联二极管、1个耦合电感、3个输电线路串联电容和3个旁路开关构成；将3条直流线路连接于同一电压源型变换器的直流母线，电压源型变换器衔接直流电力系统和交流电力系统，转换交流电与直流电，三线间直流潮流控制器等效于在三条线路中串联一个电压源，实现3个串联电压源之间的功率转移，进而调节3个串联电压源电压的大小，实现对线路潮流的控制。上述技术方案中，对于单极大地回线直流系统，仅在单极线路上安装所述三线间潮流控制器，对于双极中性线接地直流系统，在正极线路和负极线路安装所述三线间直流潮流控制器。上述技术方案中，所述电压源型变换器包括VSC1、VSC2、VSC3、VSC4四个电压源型变换器，其中VSC1、VSC2和VSC4为恒功率端向直流网络输送能量，VSC3作为功率接收端，采用恒定电压控制，接受从其他3个电压源型变换器输送的能量，电阻R12、电阻R13、电阻R23和电阻R34为直流输电线路的等效电阻，三条直流输电线路接在VSC3的直流侧母线上，三线间直流潮流控制器设置在VSC3直流端处。上述技术方案中，3个所述旁路开关分别为S1、S2和S3，3个输电线路串联电容分别为C1、C2和C3，当旁路开关S1、S2和S3闭合时，电容C1、C2和C3被短路，不影响原有输电线路的潮流；当旁路开关S1、S2和S3断开时，通过控制6组直流潮流控制器的通断来进行对3条输电线路的潮流控制，其中电容C1、C2和C3等效于在分别在3条线路中串联电压源，实现输电线路中电流的改变。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术实现3条线路潮流的控制，其中两条线路实现主动控制，从而提高复杂多端直流电力系统的潮流控制维度；并且具备的对称性结构，赋予该方案适用于潮流反转的场合，丰富应用场景；由于采用串联电容接入输电线路的方式，因而线路直流电压纹波较小；该拓扑的电压应力较低，可应用于各直流电压等级，易于工程实现；该拓扑无需外部电压源，装置成本和难度较低。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1(a)、图1(b)、图1(c)分别为现有技术中的三种直流潮流控制器的原理图；图2为三线间直流潮流控制器拓扑结构示意图；图3为四端直流输电系统示意图；图4为三线间直流潮流控制器原理示意图；图5(a)、图5(b)、图5(c)分别为三线间直流潮流控制器的仅开通Q1、仅开通Q5、仅开通Q3的工作原理示意图；图6为本专利技术的控制策略框图；图7为本专利技术的基于四端直流输电系统的仿真模型图；图8为开关信号仿真波形图；图9为线路电流仿真波形图；图10为线路串电容电压仿真波形图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。图2为三线间直流潮流控制器拓扑结构示意图；如图2所示，本专利技术的电路该潮流控制器连接3条输电线路，实现3条输电线路的潮流调节功能，故称为直流潮流控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：建立三线间直流潮流控制器，通过直流潮流控制器连接3条输电线路，实现3条输电线路的潮流调节功能，所述三线间直流潮流控制器包括6组直流潮流控制器及对应反向的并联二极管、6个串联二极管、1个耦合电感、3个输电线路串联电容和3个旁路开关构成；将3条直流线路连接于同一电压源型变换器的直流母线，电压源型变换器衔接直流电力系统和交流电力系统，转换交流电与直流电，三线间直流潮流控制器等效于在三条线路中串联一个电压源，实现3个串联电压源之间的功率转移，进而调节3个串联电压源电压的大小，实现对线路潮流的控制。

【技术特征摘要】
1.一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，其特征在于，包括如下步骤：建立三线间直流潮流控制器，通过直流潮流控制器连接3条输电线路，实现3条输电线路的潮流调节功能，所述三线间直流潮流控制器包括6组直流潮流控制器及对应反向的并联二极管、6个串联二极管、1个耦合电感、3个输电线路串联电容和3个旁路开关构成；将3条直流线路连接于同一电压源型变换器的直流母线，电压源型变换器衔接直流电力系统和交流电力系统，转换交流电与直流电，三线间直流潮流控制器等效于在三条线路中串联一个电压源，实现3个串联电压源之间的功率转移，进而调节3个串联电压源电压的大小，实现对线路潮流的控制。2.根据权利要求1所述的一种三线间直流潮流控制器拓扑控制方法，其特征在于：对于单极大地回线直流系统，仅在单极线路上安装所述三线间潮流控制器，对于双极中性线接地直流系统，在正极线路和负极线路安装所述三线间直流潮流控制器。3.根据权利要求1所述的一种三线间直流潮流控制器拓扑控...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱淼，徐莉婷，钟旭，李修一，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31