含直流潮流控制器的三端直流系统技术方案

本发明专利技术含直流潮流控制器的三端直流系统，包括换流站，所述换流站为多个，多个所述换流站呈多边形；输电线，所述输电线连接在相邻多个所述换流站之间；潮流控制装置，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；变压器，多个所述变压器分别串联在所述输电线的正极性输电段和负极性输电段上。与现有技术相比，本发明专利技术具有如下的有益效果：引入多个直流变压器和线间直流潮流控制器，使含多个直流潮流控制器的直流系统相比于不含直流潮流控制器的直流系统，网损能有效地降低。

Three terminal DC system with DC power flow controller

【技术实现步骤摘要】
含直流潮流控制器的三端直流系统
本申请涉及电力电子变换器与直流输电领域，尤其涉及直流潮流控制器电路拓扑设计与运行控制技术。
技术介绍
多端柔性直流输电系统是解决大规模新能源并网问题的有效手段，直流电网采用网状结构能够显著提高系统的可靠性。但网状直流电网的输电线路非常复杂，系统的潮流分布由各节点电压和功率以及线路阻抗决定。复杂的直流网络会引起潮流分布不均，从而增大直流系统网损，带来额外的能量消耗。直流电网的损耗问题逐渐引起学者们的关注。为了解决潮流有效控制问题，直流潮流控制器的概念引入学术界和工业界。直流潮流控制器能够有效地控制直流线路潮流，增加直流电网潮流控制的自由度。网状直流电网需要有效的手段优化潮流分布，才能降低网损，直流潮流控制器作为能够控制潮流的专用设备，初步得到人们关注。目前国内外主要集中于其拓扑的研究，在深入优化产潮流分布方面，相关研究仍为空白，缺乏关注其对网损影响。从功能看，直流潮流控制器可以分为电阻型直流潮流控制器和电压型直流潮流控制器。电阻型直流潮流控制器的拓扑和控制较简单，等效于增大该输电线路的电阻，如图1(a)所示，其结构和控制都较简单，但电阻器上会有较大损耗，不利于减小总网损。从拓扑结构分类，电压型直流潮流控制器分为直流变压器、串联可调电压源和线间直流潮流控制器。直流变压器的工作原理是将单个变压器串联在正极性线路和负极性线路中，通过调整变压器的变比来调节线路潮流。直流变压器能够起到隔离的作用，但需要承受系统级别的电压，如图1(b)所示，M表示流变压器的等效变比，其数值为输出电压与输入电压的比值。如图1(c)所示，在正极性线路或负极性线路中串联可调电压源，通过改变端电压来调节线路潮流，蓝色的电压源表示与外部直流母线进行能量交换。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。由于串联可调电压源需要消耗额外的能量，增大系统的总能量损耗，降低传输效率，不适合选为减小网损的直流潮流控制器。线间直流潮流控制器，以电容作为能量转移枢纽，将1条线路上的部分功率转移到另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，其工作原理如图1(d)所示。其中Vx和Vy表示一组线间直流潮流控制器所对应的等效电压源，满足功率平恒式VxI2＝VyI1，蓝色的箭头表示Vx和Vy之间的功率交换。直流潮流控制器作用在直流电网交互影响中，目前仅有文献[1](李琰，姚良忠，陈武，等.潮流控制器对直流电网运行网损影响分析[J].电网技术2016,40(6)：1736-1742.LiYan,YaoLiangzhong,ChenWu,etal.StudyonEffectsofDCPowerFlowControlleronDCTransmissionLoss[J].PowerSystemTechnology,2016,40(6):1736-1742.)初步探讨了引入直流潮流控制器场景下的直流网损。将直流变压器串联在三端柔性直流系统的其中一条支路上，通过改变等效变比M来改变潮流，进而影响网损。该文献[1]采用灵敏度分析的方法，以等效变比M作为自变量，总网损Ploss作为因变量，求出Ploss对M的偏导数。若偏导数等于0，说明Ploss取极小值。结果表明，直流变压器确实能够减小网损，但影响幅度很有限，不使用直流潮流控制器时的网损为83.56MW，使用后的最小网损为83.33MW，减小幅度仅为0.2％。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种解决上述技术问题的含直流潮流控制器的三端直流系统。为了解决上述技术问题，本专利技术含直流潮流控制器的三端直流系统，包括换流站，所述换流站为多个，多个所述换流站呈多边形；输电线，所述输电线连接在相邻多个所述换流站之间；潮流控制装置，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；变压器，多个所述变压器分别串联在所述输电线的正极性输电段和负极性输电段上。所述换流站包括：换流站，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；电源，所述电源与所述换流站的输入端电连接。所述电源为交流源。所述换流站的数量为三个，三个所述换流站呈三角形。所述潮流控制装置为三组。所述潮流控制装置包括两个潮流控制器，两个所述潮流控制器分别位于与同一输出端口相连接的两条所述输电线上。所述潮流控制器为线间直流潮流控制器。所述变压器为直流变压器。三个所述换流站与所述输电线构成三端柔性直流输电系统。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：引入多个直流变压器和线间直流潮流控制器，使含多个直流潮流控制器的直流系统相比于不含直流潮流控制器的直流系统，网损能有效地降低。附图说明通过阅读以下附图，参照详细描述的非限制性实施示例，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)为可变电阻器示意图；图1(b)为直流变压器示意图；图1(c)为可调电压源示意图；图1(d)为线间直流潮流控制器示意图；图2为本专利技术三端环网式直流系统示意图；图3为本专利技术含三组线间直流潮流控制器的三端直流系统示意图；图4为本专利技术最小网损的求解步骤示意图；图5为本专利技术含三组线间直流潮流控制器的三端直流系统网损变化图；图6为本专利技术含三组直流变压器的三端直流系统示意图；图7为本专利技术含三组直流变压器的三端直流系统网损变化图；图8为本专利技术含六组直流潮流控制器的三端直流系统示意图；图9为本专利技术线路总网损仿真波形图；图10为本专利技术线路电流仿真波形图；图11为本专利技术端电压仿真波形图。具体实施方式下面结合具体实施示例对本专利技术进行详细阐述。以下实施示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。本专利技术针对现有技术图1(a)～图1(d)所示的四类直流潮流控制器的特点，聚焦于直流系统网损的降低策略，探讨了直流潮流控制器对直流线路潮流的影响。在一个典型的三端直流系统中，引入多个直流变压器和线间直流潮流控制器，建立三个不同的场景，验证了以下结论：含多个直流潮流控制器的直流系统相比于不含直流潮流控制器的直流系统，网损能有效地降低。针对含三组线间直流潮流控制器的直流系统，本专利技术在PLECS仿真平台搭建模型，验证了控制策略的有效性。针对既有技术方案存在的缺点和不足，本专利旨在解决以下问题：(1)直流潮流控制器参数配置的程序化：在直流电网中引入多个直流潮流控制器时，如何选择其参数使网损最小，很难直接求解。本专利给出了求解方法的流程图，使用matlb编程可得到其最优解；(2)不同场景下的系统最小网损求解：以三端直流输电系统为例，设计三个基本场景，场景一包含3组线间直流潮流控制器，场景二包含3组直流变压器，场景三包含3个直流变压器和3个线间直流潮流控制器。根据场景的不同，调整直流潮流控制器的参数，得到符合实际的网损降低方案；(3)直流系统网损理论极值的求解：在直流潮流控制器的参数没有限制，可任意取值的条件下，计算网损所能达到的极小值；(4)网损数据的图像化：以直流潮流控制器的参数为自变量，系统总网损为因变量，作出相应的折线图。本专利技术所研究的三端柔性直流输电系统如图2所示。换流站VSC1、VSC2的出口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含直流潮流控制器的三端直流系统，其特征在于，包括：换流站，所述换流站为多个，多个所述换流站呈多边形；输电线，所述输电线连接在相邻多个所述换流站之间；潮流控制装置，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；变压器，多个所述变压器分别串联在所述输电线的正极性输电段和负极性输电段上。

【技术特征摘要】
1.一种含直流潮流控制器的三端直流系统，其特征在于，包括：换流站，所述换流站为多个，多个所述换流站呈多边形；输电线，所述输电线连接在相邻多个所述换流站之间；潮流控制装置，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；变压器，多个所述变压器分别串联在所述输电线的正极性输电段和负极性输电段上。2.根据权利要求1所述的含直流潮流控制器的三端直流系统，其特征在于，所述换流站包括：换流站，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；电源，所述电源与所述换流站的输入端电连接。3.根据权利要求2所述的含直流潮流控制器的三端直流系统，其特征在于，所述电源为交流源。4.根据权利要求1或2所述的含直流潮流控制器的三端直流系统...

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