基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MMC‑UPFC的输电线路三相不平衡治理系统及方法，包括：模块化多电平‑统一潮流控制器MMC‑UPFC，所述MMC‑UPFC包括：背靠背连接的共用同一直流母线的并联侧换流器和串联侧换流器；所述并联侧换流器通过一个并联变压器与电网交流侧连接，所述串联侧换流器通过一个串联变压器与输电线路侧连接；本发明专利技术有益效果：在解决输电线路三相不平衡问题的同时又可实现对输电线路潮流的控制，可防止输电线路出现轻载与过载的问题，拓展了应用功能，保证了电力系统的安全、经济、稳定运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统电能质量
，尤其涉及一种基于MMC-UPFC(模块化多电平-统一潮流控制器)的输电线路三相不平衡治理系统及方法。
技术介绍
随着输电网络的快速发展，输电线路的电能质量问题受到越来越广泛的关注，而三相不平衡是电能质量的重要指标之一。由于输电网络中局部环网的增多，通信和电力电子设备的大规模应用以及用户负荷多样性造成的配网三相不平衡，导致输电线路三相不平衡问题愈发严重。在电力系统中，三相不平衡可分为故障性不平衡和非故障性不平衡两类。对于非故障性三相不平衡，虽允许在工况下长期存在，但只要输电线路的三相不平衡大于一定程度，就会导致线路输送容量不足、线路损耗增大以及保护误动等问题，对电力系统产生危害；长期存在则会严重影响电网的安全、经济、稳定运行。目前，针对输电线路三相不平衡问题治理的研究仍处在初始阶段，且现有的技术研究主要针对于架空线路。对于架空线路不平衡问题的解决方法主要有两种，一种是通过采用换序技术方案来优化相序排列从而改善三相不平衡现象；另一种方法是通过调节无功和增加无功补偿装置的方式来减少线路三相不平衡度。但是现有方案中，相序优化需通过逐一尝试的方法来确定最优方案，十分耗时耗力且难以确定最佳方案，且输电线路三相不平衡原因多样，也难以通过定性分析来发现原因从而确定相序优化方案；而通过无功调节治理三相不平衡经常会出现谐波放大等问题，且增加消弧线圈等装置只能起到削减电容电流的作用，对解决三相不平衡问题没有实质的意义。对于电缆线路不平衡的研究，现有研究发现电缆的排列方式与其线路不平衡度密切相关，采用“品”字形垂直排列方式较其他排列方式而言可明显减少线路不平衡度。但是电缆施工常需要开挖施工，而重点经济地区往往不允许进行开挖施工，因此将采用非开挖的顶管施工方式，无法控制电缆各相的排列。可见，现有技术中并未对输电线路的三相不平衡问题提出一个一般性的解决方案。因此，对于输电线路三相不平衡的研究具有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理系统及方法，该系统及方法能够解决各类输电线路在多种场合下的三相不平衡问题。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理系统，包括：模块化多电平-统一潮流控制器MMC-UPFC；所述MMC-UPFC包括：一对背靠背连接的共用同一直流母线的换流器，即并联侧换流器和串联侧换流器；所述并联侧换流器通过一个并联变压器接入电网，所述串联侧换流器通过一个串联变压器接入电网；所述MMC-UPFC加装在输电线路的送端，在串联变压器侧注入一个可控的电压到输电系统中去来抵消线路上的不平衡部分，从而实现输电线路上的三相平衡。进一步地，所述并联侧/串联侧换流器包括六个桥臂，每个桥臂包括由电抗器、等效电阻和N个半桥子模块依次串联连接。进一步地，所述并联侧换流器用于维持线路接入点的交流母线电压以及直流母线电压；所述串联侧换流器输出正、负序两种电压分量，正序分量用于调节线路潮流，负序分量用于削弱线路中的三相不平衡现象。一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理方法，包括：通过三相不平衡控制策略在串联变压器侧注入一个可控的电压到输电系统中去来抵消线路上的不平衡部分，从而实现输电线路上的三相平衡；所述三相不平衡控制策略包括：(1)并联侧换流器采用交叉解耦控制策略，通过q轴分量进行无功调节，产生或吸收无功功率来稳定接入点的交流母线电压；通过d轴分量进行有功调节，通过并联变压器从电网交流侧吸收有功来补偿串联侧换流器所需要的有功功率和整个MMC-UPFC的有功功率消耗，从而维持直流侧电压的恒定；(2)串联侧换流器通过串联侧变压器注入一个幅值和相角都可控的电压，其中电压包括正负序两种分量，正序分量用来实现交流电压的移相调节和串联补偿，从而实现对线路上有功和无功潮流的控制；负序分量用来抵消输电线路上不平衡部分的负序电压分量，从而实现对三相不平衡的治理；(3)通过最近电平逼近调制法得到并联侧换流器和串联侧换流器中上、下桥臂所需导通的半桥子模块数目，使用最接近的电平瞬时逼近调制波，得到所需要的换流器相电压。进一步地，选取串联变压器接法为星型接法，选取并联变压器为星角接法或者星型中性点悬空接法，从而抑制输电线路三相不平衡中的零序电流部分。进一步地，所述步骤(1)中，并联侧换流器采用内外环双闭环PI控制器；内环电流控制器用来控制并联侧换流器的输出电压，使dq轴电流快速跟踪其参考值，实现dq轴之间的解耦；外环电压控制器根据接入点交流母线电压和直流母线电压的参考值，确定内环电流控制器的dq轴电流参考值。进一步地，所述外环电压控制器设计如下：所述内环电流控制器设计如下：其中，ush(t)代表并联侧相电压，vsh(t)代表并联侧换流器内部电动势，ish(t)代表并联侧相电流，Lsh′代表换流器等效电感，udc(t)代表直流侧电压，u1rms(t)代表并联侧交流母线节点电压的有效值；上标*代表该变量的参考值，下标d、q分别代表在旋转坐标系下的d、q轴分量，kp代表比例环节调节系数，ki代表积分环节调节系数，ω代表基频角频率。进一步地，所述步骤(2)中，串联侧换流器在串联侧变压器注入一个幅值和相角都可控的电压，所述电压包括正序分量和负序分量，分别通过正序控制器和负序控制器进行控制；所述正序控制器采用内外环双环控制，正序控制器的内环控制器用来控制串联侧输出的正序电压分量，从而控制线路潮流，使dq轴正序电流部分快速跟踪其参考值，实现dq轴的解耦；外环控制器根据瞬时功率理论，给定有功和无功功率的参考值，通过计算来得到内环控制器的dq轴电流参考值；所述负序控制器用于抑制线路不平衡部分中的负序分量，将内环电流指令值直接给定为零；负序控制器只包含一个内环电流控制器，将dq轴电流进行解耦，输出负序电压参考值，使dq轴负序电流部分能快速跟踪其参考值。进一步地，所述正序控制器的外环控制器设计如下：所述正序控制器的内环控制器设计如下：所述负序控制器设计如下：其中，use(t)代表串联侧相电压，vse(t)代表串联侧换流器内部电动势，ise(t)代表串联侧相电流，u2(t)代表串联侧交流母线节点电压，下标d、q分别代表在旋转坐标系下的d、q轴分量，上标+、-分别代表正、负序分量，上标*代表该变量的参考值；Lse′代表换流器等效电感，Pline代表线路上的有功功率，Qline代表线路上的无功功率，kp代表比例环节调节系数，ki代表积分环节调节系数，ω代表基频角频率。进一步地，所述步骤(3)中，对并联侧换流器和串联侧换流器中的半桥子模块进行电容电压平衡控制：监测半桥子模块电容电压值，对每一相上、下桥臂中的半桥子模块的电容电压进行排序；测量桥臂中的电流方向，如果电流方向流入半桥子模块，则为半桥子模块的电容充电，投入半桥子模块中电容电压偏低的那些半桥子模块；如果电流方向流出半桥子模块，则为半桥子模块的电容放电，投入半桥子模块中电容电压偏高的那些半桥子模块；从而保证半桥子模块电容电压的平衡。本专利技术的有益效果：1、本专利技术解决了输电线路的多种不平衡问题，提出了一种解决输电线路三相不平衡的通用性方法，不需要再通过分析线路类型以及三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MMC‑UPFC的输电线路三相不平衡治理系统，其特征是，包括：模块化多电平‑统一潮流控制器MMC‑UPFC；所述MMC‑UPFC包括：一对背靠背连接的共用同一直流母线的换流器，即并联侧换流器和串联侧换流器；所述并联侧换流器通过一个并联变压器接入电网，所述串联侧换流器通过一个串联变压器接入电网；所述MMC‑UPFC加装在输电线路的送端，在串联变压器侧注入一个可控的电压到输电系统中去来抵消线路上的不平衡部分，从而实现输电线路上的三相平衡。

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理系统，其特征是，包括：模块化多电平-统一潮流控制器MMC-UPFC；所述MMC-UPFC包括：一对背靠背连接的共用同一直流母线的换流器，即并联侧换流器和串联侧换流器；所述并联侧换流器通过一个并联变压器接入电网，所述串联侧换流器通过一个串联变压器接入电网；所述MMC-UPFC加装在输电线路的送端，在串联变压器侧注入一个可控的电压到输电系统中去来抵消线路上的不平衡部分，从而实现输电线路上的三相平衡。2.如权利要求1所述的一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理系统，其特征是，所述并联侧换流器用于维持线路接入点的交流母线电压以及直流母线电压；所述串联侧换流器输出正、负序两种电压分量，正序分量用于调节线路潮流，负序分量用于削弱线路中的三相不平衡现象。3.如权利要求1所述的一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理系统，其特征是，所述并联侧换流器或者串联侧换流器包括六个桥臂，每个桥臂由电抗器、等效电阻和N个半桥子模块依次串联连接。4.一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理方法，其特征是，通过三相不平衡控制策略在串联变压器侧注入一个可控的电压到输电系统中去来抵消线路上的不平衡部分，从而实现输电线路上的三相平衡；所述三相不平衡控制策略包括：(1)并联侧换流器采用交叉解耦控制策略，通过q轴分量进行无功调节，产生或吸收无功功率来稳定接入点的交流母线电压；通过d轴分量进行有功调节，通过并联变压器从电网交流侧吸收有功来补偿串联侧换流器所需要的有功功率和整个MMC-UPFC的有功功率消耗，从而维持直流侧电压的恒定；(2)串联侧换流器通过串联侧变压器注入一个幅值和相角都可控的电压，其中电压包括正负序两种分量，正序分量用来实现交流电压的移相调节和串联补偿，从而实现对线路上有功和无功潮流的控制；负序分量用来抵消输电线路上不平衡部分的负序电压分量，从而实现对三相不平衡的治理；(3)通过最近电平逼近调制法得到并联侧换流器和串联侧换流器中上、下桥臂所需导通的半桥子模块数目，使用最接近的电平瞬时逼近调制波，得到所需要的换流器相电压。5.如权利要求4所述的一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理方法，其特征是，选取串联变压器接法为星型接法，选取并联变压器为星角接法或者星型中性点悬空接法，从而抑制输电线路三相不平衡中的零序电流部分。6.如权利要求4所述的一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理方法，其特征是，所述步骤(1)中，并联侧换流器采用内外环双闭环PI控制器；内环电流控制器用来控制并联侧换流器的输出电压，使dq轴电流快速跟踪其参考值，实现dq轴之间的解耦；外环电压控制器根据接入点交流母线电压和直流母线电压的参考值，确定内环电流控制器的dq轴电流参考值。7.如权利要求6所述的一种基于MMC-UPFC的输电线路三相不平衡治理方法，其特征是，所述外环电压控制器设计如下：ishd(t)=kp(udc*(t)-udc(t))∫(udc*(t)-udc(t))dtishq(t)=kp(u1rms*(t)-u1rms(t))+ki∫(u1rms*(t)-u1rms(t))dt;]]>所述内环电流控制器设计如下：vshd(t)=ushd(t)-[kp(ishd*(t)-ishd(t))+ki∫(ishd*(t)-ishd(t))dt]+ωLsh′ishq(t)vshq(t)=ushq(t)-[kp(ishq*(t)-ishq(t))+ki∫(ishq*(t)-ishq(t))dt]-ωLsh′ishd(t);]]>其中，ush(t)代表并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝全睿，满九方，王淑颖，高厚磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37