一种多端口UPFC拓扑及其适用的配置与控制方法技术

本发明专利技术涉及一种多端口UPFC拓扑及其适用的配置与控制方法。多端口UPFC拓扑结构并联侧包含多个电压源型换流器首先可以共同支撑直流电压保持稳定，为UPFC串联侧VSC提供良好的运行条件，其次可实现交流电网的柔性分区与互联，再次可为交流电网提供动态无功补偿；串联侧包含多个VSC，可对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制。该多端口UPFC通过直流电压协调控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点，具有广阔的产业推广前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压交流输电领域，具体涉及一种多端口UPFC拓扑，以及该多端口UPFC适用的配置与控制策略。
技术介绍
改革开放以来，我国经济增长迅速，电力作为经济增长的能源支撑，得到了快速发展，电网架构由于电力的大规模高速增长变得越来越复杂，带来的突出问题为：潮流分布不均且调控困难，交流电网N-1以后部分线路存在过载失稳风险。另一方面，交流电网也存在解合环运行的突出矛盾，为提高电网供电可靠性和潮流互供，交流电网需要合环运行；但为限制短路电流和故障分区隔离，交流电网又需要解环运行；在交流电网自身技术范畴内，这个矛盾不可能得到妥善解决。基于背靠背VSC(Back to Back VSC，BTB-VSC)结构的柔性环网控制器是交流电网解合环矛盾的有效解决方案，通过控制手段可以实现交流电网的柔性分区和潮流互供，同时隔离交流故障传播；但是其并不适用于输电线路的潮流控制。在现有的技术解决方案中，UPFC作为FACTS家族功能强大的成员之一，由于其拥有并联补偿和串联补偿的双重作用，运行方式非常灵活，具有良好的潮流控制能力，同时在交流系统振荡抑制和阻尼补偿方面也具有得天独厚的优势；但是UPFC并不适用于解决交流电网解合环矛盾。那么是否能够将UPFC和BTB-VSC功能进行整合，以解决上述输电线路潮流控制和电网柔性分区互联的矛盾呢？本专利技术即针对这一问题展开了相关研
究，并提出了基于多端口UPFC的解决方案和实施方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多端口统一潮流控制器拓扑及其直流电压协调控制方法，用以解决输电线路潮流控制和电网柔性分区互联的矛盾的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：多端口UPFC拓扑，并联侧包括n个并联侧VSC换流器，所述n个并联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别连接n个交流电网；串联侧包括m个串联侧VSC换流器，所述m个串联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别串入m个交流输电回路；所述n个并联侧VSC换流器的另一端与m个串联侧VSC换流器的另一端均连接在直流母线上；所述n、m均大于1。上述多端口UPFC拓扑，融合了BTB-VSC与UPFC，因此可以兼顾UPFC和BTB-VSC，实现输电线路潮流控制和电网柔性分区互联的矛盾的双重功能，能够达到运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的良好效果，具有广阔的产业推广前景。并联侧包含多个VSC，首先可以共同支撑直流电压保持稳定，为UPFC串联侧VSC提供良好的运行条件，其次可实现交流电网的柔性分区与互联，再次可为交流电网提供动态无功补偿；串联侧包含多个VSC，可对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制。该多端口UPFC通过直流电压协调控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点。进一步的，串联侧VSC换流器与并联侧VSC为三相全桥结构、多电平结构或者MMC结构。通过串并联侧多个VSC的组合，辅以直流电压协调控制策略，实现协调控制。本专利技术还提供了一种应用于上述多端口UPFC拓扑的配置方法，包括步骤如下：开展电力系统机电建模仿真计算，分析交流输电断面需要进行串联控制的交流输电线路回数和控制范围，分析并联控制的交流电网柔性分区数需求
和动态无功补偿需求；根据仿真计算结果，确定串并联侧VSC换流器数量和容量；再次基于串并联侧VSC换流器配置情况，校核并联侧容量是否能够满足串联侧电压支撑的需求；基于串并联VSC换流器容量，结合功率器件通流水平确定多端口UPFC直流母线的电压等级。本专利技术还提供了一种应用于上述多端口UPFC拓扑的直流电压协调控制方法，包括：全部或部分的并联侧VSC换流器支撑多端口UPFC直流电压，在并联侧VSC局部故障或者并联交流母线电压跌落导致直流电压支撑能力受限时，直流电压控制权逐步向串联侧VSC换流器转移。本专利技术的直流电压协调控制方法能够对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点，具有广阔的产业推广前景。进一步的，并联侧VSC直流电压控制方法包括：确定需要进行功率支援的交流电网分区数x，与这些交流电网连接的并联侧VSC换流器转入功率控制模式，以对这些交流电网分区进行功率支援，其余n-x个并联侧VSC换流器采用直流电压控制模式，共同支撑系统直流电压保持稳定。进一步的，将有功电流指令根据换流器容量配比k分配到相应n-x个并联侧VSC换流器；Pi表示参与直流电压控制的VSCi的容量。进一步的，串联侧VSC直流电压控制方法包括：首先进行输电线路有功潮流裕度和串联侧VSC换流器有功控制能力比较，然后进行直流电压控制权的综合排序：以串联侧VSC换流器实际有功输出能力进行比较，实际能够输出的有功越大，则排序优先权越高，优先参与直流电压控制，但串联侧VSC直流电压控制能力不足时，将控制串联侧VSC换流器逐步转入SSSC控制模式。进一步的，当直流电压大于设定上限Udc_refH或者小于设定下限Udc_refL时，
串联侧VSC参与直流电压控制，否则退出直流电压控制。进一步的，当直流电压大于上限Udc_refH或者小于下限Udc_refL时，直流电压控制器输出有功电流控制指令值，当该指令不为零时，将根据优先权执行有功电流控制指令分配，从而完成直流电压控制，如果分配到最后还有有功电流控制指令值不为零，即此时串联侧没有剩余VSC分担该电流指令值时，将触发串联侧VSC逐步转SSSC运行命令。附图说明图1是多端口UPFC拓扑结构；图2为多端口UPFC系统配置流程；图3为并联侧VSC直流电压控制流程；图4为并联侧VSC直流电压控制器框图；图5为串联侧VSC直流电压控制流程；图6为串联侧VSC直流电压控制器框图；图7为串并联侧VSC直流电压控制权转移流程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。图1给出了多端口UPFC拓扑结构：并联侧包含n个并联侧VSC换流器，分别连接n个交流分区电网；串联侧包含m个串联侧VSC换流器，分别串联接入m回交流输电线路回数，并联侧VSC换流器和串联侧VSC换流器通过直流母线进行联接。其中n、m表示数量，均大于1。下文中，VSC换流器也简称为VSC。另外，串联侧VSC换流器与并联侧VSC可以采用传统的三相全桥结构、多电平结构或者MMC结构。并联侧包含多个VSC，首先可以共同支撑直流电压保持稳定，为UPFC串联侧VSC提供良好的运行条件，其次可实现交流电网的柔性分区与互联，再
次可为交流电网提供动态无功补偿；串联侧包含多个VSC，可对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制。该多端口UPFC通过直流电压协调控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点。下面对该多端口UPFC拓扑涉及的配置方法、控制方法进行介绍。图2给出了多端口UPFC系统配置流程：首先开展电力系统机电建模仿真计算，分析交流输电断面需要进行串联控制的交流输电线路回数和控制范围，分析并联控制的交流电网柔性分区数需求和动态无功补偿需求；其次根据仿真计算结果，确定串并联侧VSC数量和容量；再次基于串并联侧VSC配置情况，校核并联侧容量是否能够满足串联侧电压支撑的需求；最后基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
多端口UPFC拓扑，其特征在于，并联侧包括n个并联侧VSC换流器，所述n个并联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别连接n个交流电网；串联侧包括m个串联侧VSC换流器，所述m个串联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别串入m个交流输电回路；所述n个并联侧VSC换流器的另一端与m个串联侧VSC换流器的另一端均连接在直流母线上；所述n、m均大于1。

【技术特征摘要】
1.多端口UPFC拓扑，其特征在于，并联侧包括n个并联侧VSC换流器，所述n个并联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别连接n个交流电网；串联侧包括m个串联侧VSC换流器，所述m个串联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别串入m个交流输电回路；所述n个并联侧VSC换流器的另一端与m个串联侧VSC换流器的另一端均连接在直流母线上；所述n、m均大于1。2.根据权利要求1所述的多端口UPFC拓扑，串联侧VSC换流器与并联侧VSC为三相全桥结构、多电平结构或者MMC结构。3.应用于权利要求1所述多端口UPFC拓扑的配置方法，其特征在于，包括步骤如下：开展电力系统机电建模仿真计算，分析交流输电断面需要进行串联控制的交流输电线路回数和控制范围，分析并联控制的交流电网柔性分区数需求和动态无功补偿需求；根据仿真计算结果，确定串并联侧VSC换流器数量和容量；再次基于串并联侧VSC换流器配置情况，校核并联侧容量是否能够满足串联侧电压支撑的需求；基于串并联VSC换流器容量，结合功率器件通流水平确定多端口UPFC直流母线的电压等级。4.应用于权利要求1所述多端口UPFC拓扑的直流电压协调控制方法，其特征在于，包括：全部或部分的并联侧VSC换流器支撑多端口UPFC直流电压，在并联侧VSC换流器局部故障或者并联交流母线电压跌落导致直流电压支撑能力受限时，直流电压控制权逐步向串联侧VSC换流器转移。5.根据权利要求4所述的直流电压协调控制方法，其特征在于，并联
\t侧VSC直流电压控制方法包括：确定需要进行功率支援的交流电网分...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金龙，姚为正，范彩云，王先为，刘欣和，冯宇鹏，李道洋，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，西安许继电力电子技术有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41