使用本地可用参数进行独立有功和无功功率流控制的方法技术

一种用于在功率流控制器(PFC)(228)中不感测接收端电压的独立有功和无功功率流控制的方法，包括：计算第一参考相位角，计算第一参考电压，使用第一相量修改器修改所述计算的第一参考相位角，计算用于第一终端(1)的第一参考电流，计算通过所述第一终端(1)的电流的第二参考相位角，通过减去所述第一终端(1)和第二终端(2)处的电压计算跨过第二CMI(234)的第二参考电压，以及控制所述第一CMI(230)和所述第二CMI(234)以控制通过所述PFC(228)的功率流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用本地可用参数进行独立有功和无功功率流控制的方法关于联邦政府资助的研究或开发的声明本专利技术是在由美国能源部授予的DE-AR0000222的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。相关申请的交叉引用本专利技术要求2015年8月14日提交的共同未决的美国临时专利申请序列号62/205,152的优先权日，通过引用在此明确地合并上述美国临时专利申请的全部公开内容。
本专利技术一般涉及功率控制装置，并且更具体地，涉及一种在功率控制装置中使用本地可用参数进行独立有功和无功功率流控制的方法。
技术介绍
可以通过各种配置，包括径向电网系统和网状电网系统，进行高压电力传输和分配。和径向电网系统相比，网状电网系统具有多种优点，包括更高的可靠性，尤其是在应急条件下。然而，除非能够有效控制网状电网系统，否则当分布式的、非计划的或间歇的替代能源连接到电网时，该网络可能无法处理关键传输线的拥塞。已知的是在互连的同步电网之间提供功率控制装置，以减少拥塞、增加现有传输线的容量并提高稳定性。这种功率控制装置的示例在彭(Peng)的PCT国际公开号WO2013/126660中公开了。在该公开中，功率控制装置包括级联多电平逆变器(CMI)，配置和操作CMI使得可以完全去除变压器。通过减少或去除变压器，与例如仅使用统一功率流控制器(UPFC)相比，功率控制装置可以更便宜、更小、响应更快(仅作为示例，可以实现1-2毫秒的动态性能响应)、效率更高、更轻、更可靠。这使得可以在新的和现有的电网设施中更广泛地使用功率控制装置。例如，功率控制装置可能非常适合于增加诸如风能和太阳能的可再生能源的渗透，这可能需要诸如高动态性能、轻重量、小尺寸和低成本等特性。功率控制装置可以用作能量路由器，并且容易集成在现有的传输线上，以最大化通过电力线的功率流。作为示例，功率控制装置可用于从总线向特定传输线提供一定量的功率，例如100MW。使用功率控制装置可以增强电网稳定性，并且允许可再生能源发电的更快、更可靠的集成、开发和部署。仅作为示例，功率控制装置可用于调节和控制AC传输线上的功率流。在网状AC网络中，功率控制装置可用于防止功率环流，其有可能由于传输网络的过载造成严重的断电。另外，可以将功率控制装置设计为对功率因数具有最小的影响。互连的同步电网之间需要功率控制装置，以减少拥塞、增加现有传输线的容量并提高稳定性。大多数情况下，这种互连通过架空传输线、陆上或水上的地下AC电缆或其组合进行。在这种互连的同步电网中，功率控制装置的位置通常可以由路权问题、陆地地理或其他因素决定。在一个示例中，一个半岛上的变电站(substation)容纳两个用作功率控制装置的200MWHVDC转换器。一条138kV水下AC双回路电缆将该一个半岛上的变电站跨水连接到另一半岛上的变电站。在该示例中，功率控制装置放置在一个半岛上，但经由远离位于另一半岛的发送端的AC地下电缆连接(在半岛之间的水下互连)。在另一示例中，三个100MW(300MW容量)变频变压器(VFT)位于变电站互连之间。VFT的目的是通过将功率从一端有效地路由到另一端来用作任一变电站之间的功率控制装置。VFT位于一个变电站，通过345kV充油地下电缆(8500英尺)互连到另一变电站。在该示例中，使用VFT来进行互连中的功率流控制，但VFT远离接收端。尽管这些技术可以有效地用作功率控制装置，但是它们有几个缺点。上述第一示例中使用的HVDC技术效率较低，设备额定功率较高。上述第二示例中使用的VFT不是纯粹的电力电子选项，而是使用电机。该技术的效率和规模是主要问题。上述这些现有技术的主要限制是发送和/或接收端远离另一端。因此，本领域需要一种能够位于互连的同步电网上的任何地方的有效且按分数额定的(fractionally-rated)功率流控制器，这是需要解决的主要客户问题。实现上述专利中的控制模块，可能导致较长的附加线或其他电路来检测远离功率控制装置的位置的参数。另外，上述专利的权利要求25依赖于基于被命令的有功和无功功率来确定参考电压，以及控制第二CMI以创建跨过第二CMI的参考电压。但是，基于被命令的有功和无功功率的电压参考的精确计算需要关于接收端终端的和/或第二终端与接收端之间的阻抗的信息。在PCT国际公开号WO2013/126660中公开的无变压器统一功率流控制器，有资格用作按分数额定的功率控制装置，该按分数额定的功率控制装置基于Gunasekaran，D.、杨水涛(ShuitaoYang)、彭方正(FangZhengPeng)发表的“用于互连同步AC电网的按分数额定的无变压器统一功率流控制器(Fractionallyratedtransformer-lessunifiedpowerflowcontrollersforinterconnectingsynchronousACgrids)”，应用电力电子会议及展览会(APEC)，2015年IEEE，卷，期，第1795、1799页，2015年3月15-19日，数字对象标识符(doi)：10.1109/APEC.2015.7104590。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种用于在传输线的第一终端和第二终端之间提供的功率控制装置中的不感测端电压的独立有功和无功功率流控制的方法。该方法包括以下步骤：连接用于第二终端和参考电位之间的功率控制装置的第一级联多电平逆变器(CMI)和用于第一终端和第二终端之间串联的功率控制装置的第二CMI。该方法还包括以下步骤：基于参考有功功率和从第二终端传送到接收端的感测有功功率之间的差来计算第一参考相位角；以及基于参考无功功率和从第二终端传送到接收端的感测无功功率之间的差来计算第一参考电压。该方法还包括以下步骤：使用第一相量修改器(phasormodifier)修改计算的第一参考相位角，以提供由于第一CMI和第二CMI的操作而受到的功率损耗；基于参考有功功率和从第一终端传送的感测有功功率之间的差，计算用于第一终端的第一参考电流；计算通过第一终端的电流的第二参考相位角，以确保流入流出第一CMI和第二CMI的平均有功功率和平均无功功率为零；通过减去在第一终端和第二终端处的电压来计算跨过第二CMI的第二参考电压；以及使用所计算的第一参考电压来控制第一CMI，使用所计算的第二参考电压来控制第二CMI，用于控制通过PFC的功率流。上述所有方法仅使用功率控制装置的位置处的本地可用参数。本专利技术的一个优点是提供了一种用于功率控制装置的独立有功和无功功率流控制的新方法。本专利技术的另一优点是，该方法可以控制电力线中的独立有功和无功功率流，而不感测互连的同步电网中的端电压。本专利技术的又一优点是，该方法导致仅依赖用于控制功率流的本地可用参数的控制。本专利技术的还一个优点是，该方法消除了为了控制诸如无变压器UPFC的功率流控制装置的不同配置中的功率流而知道终端阻抗的需要。本专利技术的进一步优点是，该方法使得诸如无变压器UPFC的功率流控制装置能够以比现有技术低得多的成本来在彼此远离的同步电网之间提供功率流控制。本专利技术的再一个进一步的优点是，该方法允许使用诸如无变压器UPFC的功率流控制装置。本专利技术的仍一个进一步的优点是，该方法允许诸如无变压器UPFC的功率流控制装置，在用于功率流控制的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在传输线(200)的第一终端(1)和第二终端(2)之间提供的功率流控制器(PFC)(228)中的不感测电压的独立有功和无功功率流控制的方法，所述方法包括以下步骤：在所述第二终端(2)和参考电位之间连接用于所述PFC(228)的第一级联多电平逆变器(CMI)(230)和在所述第一终端(1)和所述第二终端(2)之间串联连接用于所述PFC(228)的第二CMI(234)；基于参考有功功率和从所述第二终端(2)传送到接收端(208)的感测有功功率之间的差来计算第一参考相位角；基于参考无功功率和从所述第二终端(2)传送到所述接收端(208)的感测无功功率之间的差来计算第一参考电压；使用第一相量修改器修改计算的所述第一参考相位角，以提供由于所述第一CMI(230)和所述第二CMI(234)的操作而受到的所述功率损耗；基于所述参考有功功率和从所述第一终端(1)传送的所述感测有功功率之间的差，计算用于所述第一终端(1)的第一参考电流；计算通过所述第一终端(1)的电流的第二参考相位角，以确保流入流出所述第一CMI(230)和所述第二CMI(234)的平均有功功率和平均无功功率为零；通过减去所述第一终端(1)和所述第二终端(2)处的电压来计算跨过所述第二CMI(234)的第二参考电压；以及使用所计算的第一参考电压来控制所述第一CMI(230)，并使用所计算的第二参考电压来控制所述第二CMI(234)，以控制通过所述PFC(228)的功率流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 US 62/205,1521.一种用于在传输线(200)的第一终端(1)和第二终端(2)之间提供的功率流控制器(PFC)(228)中的不感测电压的独立有功和无功功率流控制的方法，所述方法包括以下步骤：在所述第二终端(2)和参考电位之间连接用于所述PFC(228)的第一级联多电平逆变器(CMI)(230)和在所述第一终端(1)和所述第二终端(2)之间串联连接用于所述PFC(228)的第二CMI(234)；基于参考有功功率和从所述第二终端(2)传送到接收端(208)的感测有功功率之间的差来计算第一参考相位角；基于参考无功功率和从所述第二终端(2)传送到所述接收端(208)的感测无功功率之间的差来计算第一参考电压；使用第一相量修改器修改计算的所述第一参考相位角，以提供由于所述第一CMI(230)和所述第二CMI(234)的操作而受到的所述功率损耗；基于所述参考有功功率和从所述第一终端(1)传送的所述感测有功功率之间的差，计算用于所述第一终端(1)的第一参考电流；计算通过所述第一终端(1)的电流的第二参考相位角，以确保流入流出所述第一CMI(230)和所述第二CMI(234)的平均有功功率和平均无功功率为零；通过减去所述第一终端(1)和所述第二终端(2)处的电压来计算跨过所述第二CMI(234)的第二参考电压；以及使用所计算的第一参考电压来控制所述第一CMI(230)，并使用所计算的第二参考电压来控制所述第二CMI(234)，以控制通过所述PFC(228)的功率流。2.根据权利要求1所述的方法，包括提供第一参考相位角计算器(252)并利用所述第一参考相位角计算器(252)计算所述第一参考相位角的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，包括提供第二参考相位角计算器(263)并利用所述第二参考相位角计算器(263)计算所述第二参考相位角的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，包括提供第一感测功率计算器(253)并利用所述第一感测功率计算器(253)计算所述第一感测功率的步骤。5.根据权利要求4所述的方法，包括提供第二感测功率计算器(256)并利用所述第二感测功率计算器(256)计算所述第二感测功率的步骤。6.根据权利要求1所述的方法，包括提供第一参考电压计算器(259)并利用所述第一参考电压计算器(259)计算所述第一参考电压的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，包括提供第二参考电压计算器(285)并利用所述第二参考电压计算器(285)计算所述第二参考电压的步骤。8.根据权利要求1所述的方法，包括提供第一前馈计算器(251)并利用所述第一前馈计算器(251)计算第一稳态电压参考的步骤。9.根据权利要求8所述的方法，包括提供第二前馈计算器(254)并利用所述第二前馈计算器(254)计算第二稳态电压参考的步骤。10.根据权利要求1所述的方法，包括提供同步模块(258)并利用所述同步模块(258)使各栅极信号与参考信号同步的步骤。11.根据权利要求10所述的方法，包括提供栅极信号生成模块(257，267)并利用所述栅极信号生成模块(257，267)从所述栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·Z·彭，S·杨，D·古纳塞克兰，
申请(专利权)人：密歇根州立大学理事会，
类型：发明
国别省市：美国,US