模块化串联同步补偿系统及其控制方法技术方案

本申请提供模块化串联同步补偿系统及其控制方法。所述模块化串联同步补偿系统串联在线路中，所述模块化串联同步补偿系统包括串联的N个补偿模块，N为大于等于1的整数；所述补偿模块包括通信单元、控制单元，所述控制单元控制所述补偿模块工作；所述N个补偿模块的所述通信单元采用手拉手的环网通信方式通信，任一个所述补偿模块的控制单元作为主控单元，通过通信环网向其他补偿模块的控制单元发送数据；N个补偿模块协调工作，对线路进行串联补偿。

【技术实现步骤摘要】
模块化串联同步补偿系统及其控制方法
本申请涉及大功率电力电子变流
，具体涉及模块化串联同步补偿系统及其控制方法。
技术介绍
串联型同步补偿系统用于输电线路的串联补偿或通过调节电压实现潮流控制。为了实现更高电压等级的输出，通常采用模块化级联的方式。由于串联型同步补偿系统直接串联在高压线路中，设备本体需要采用分散布置的方式，与被补偿的线路就近布置。由于布置条件的限制，需要设备的总体占地尽量小，配置简单而灵活。现有技术中，高压级联型电力电子设备都是采用集中的控制系统，通过屏柜集成，还需要配置相应的辅助设备。这种方式设置主控单元，再通过主从的方式进行通信，通信架构包括多个层级。虽然方案成熟，但是方案的复杂度高、占地大，并不适用于串联型同步补偿系统。而且当模块发生故障时，会导致旁路开关闭合，直流电容电压下降后，模块无法取能，通信单元或控制单元无法正常工作，如果出现了多个模块旁路，会使环网通信中断。
技术实现思路
本申请实施例提供一种模块化串联同步补偿系统，串联在线路中，所述模块化串联同步补偿系统包括：串联的N个补偿模块，N为大于等于1的整数；所述补偿模块包括通信单元和控制单元，所述控制单元控制所述补偿模块工作；所述N个补偿模块的所述通信单元采用手拉手的环网通信方式通信，任一个所述补偿模块的控制单元作为主控单元，通过通信环网向其他补偿模块的控制单元发送数据；N个补偿模块协调工作，对线路进行串联补偿。根据一些实施例，所述补偿系统还包括旁路单元；N个所述补偿模块串联连接后与所述旁路单元并联连接；所述旁路单元包括旁路开关和/或双向快速切换开关和/或非线性电阻以及旁路控制单元，所述旁路控制单元接收补偿模块主控单元的命令进行旁路。根据一些实施例，所述补偿模块还包括逆变单元、滤波单元、取能单元、取能电流互感器和双向快速切换开关，所述逆变单元包括由直流电容和功率半导体器件构成的桥式电路，将直流电变换为交流电；所述滤波单元的输入端连接所述逆变单元的交流输出端，滤除所述逆变单元的交流输出端的谐波分量，所述滤波单元的输出端与所述补偿模块的输出端连接；所述取能电流互感器原边位于所述补偿模块的输出端与线路之间；所述取能单元从所述逆变单元的直流电容和/或所述取能电流互感器取能，为所述控制单元和所述通信单元供电；所述双向快速切换开关包括功率半导体器件，并联连接在所述逆变单元的输出端或所述补偿模块的输出端，允许流过双向电流，所述双向快速切换开关在承受电压超过器件击穿门槛值时导通。根据一些实施例，所述取能单元还可以是光伏电源或光伏+储能电池。根据一些实施例，所述补偿模块还包括旁路开关，所述旁路开关与所述滤波单元的输出端并联，所述旁路开关为常闭开关，受控分合。根据一些实施例，所述补偿模块还包括限流电阻，所述限流电阻与所述双向快速切换开关串联连接。根据一些实施例，所述补偿模块还包括采样电流互感器，所述采样电流互感器的原边位于补偿模块的输出端与线路之间，或所述旁路开关与所述滤波单元之间，采样信号送入所述控制单元。根据一些实施例，所述补偿模块还包括隔离变压器，所述隔离变压器串联连接在所述滤波单元与补偿模块的输出端之间，所述隔离变压器的原边与所述滤波单元的输出端连接，所述隔离变压器的副边与所述补偿模块的输出端连接。根据一些实施例，所述补偿模块的散热方式为自然冷却或强迫风冷散热。根据一些实施例，所述滤波单元包括LC滤波器或LCL滤波器，所述LC滤波器包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感串联在所述滤波单元的输入正端与输出正端之间，所述滤波电容并联在所述滤波单元的输出正端和输出负端之间；所述LCL滤波器包括第一滤波电感、第二滤波电感与滤波电容，所述第一滤波电感与所述第二滤波电感串联在所述滤波单元的输入正端和输出正端之间，所述滤波电容并联连接在所述第一滤波电感和所述第二滤波电感的连接点以及所述滤波单元的输出负端之间。根据一些实施例，所述滤波单元还包括：非线性电阻，并联在所述滤波单元的输出端，所述非线性电阻的动作门槛值小于所述双向快速切换开关的击穿门槛值。根据一些实施例，所述环网通信方式的介质包括光纤或者无线。根据一些实施例，所述补偿系统为高电位安装，安装于固定车辆或移动车辆的平台或者安装在已有的电力杆塔上，平台与地电位之间由绝缘子支撑。根据一些实施例，所述补偿系统还包括第二主控单元和主通信单元，所述第二主控单元布置在所述补偿模块的外部；所述主通信单元与补偿模块的通信单元之间采用一对一点对点通信方式或一对多的主从通信方式或手拉手的网格通信方式，通信介质是光纤或者无线。根据一些实施例，所述第二主控单元从补偿模块的取能电流互感器取能，采用高电位安装方式。根据一些实施例，所述通信单元包括两套收发系统，通过两收两发与相邻两个补偿模块的通信单元通信。本申请实施例还提供一种模块化串联同步补偿系统的控制方法，用于控制如上所述的模块化串联同步补偿系统，其中，当所述补偿系统启动时，所述方法包括：控制所述N个补偿模块独立启动，取能单元从补偿模块的取能电流互感器取能，向控制单元和通信单元供电；根据主控单元选取规则确定其中一个补偿模块的控制单元为主控单元，其他为从控单元；利用主控单元向各个从控单元下发指令，并采用载波移相控制方法，协调各个从控单元开始工作；利用主控单元采集线路电流的相位和幅值，根据预设的控制目标，控制系统转入串联补偿模式。根据一些实施例，所述主控单元选取规则包括：各个补偿模块的控制单元通过通信方式相互传递序号，所述序号为每个补偿模块的控制单元的唯一且不重复的编码；比较所述序号，所述序号较大或较小的控制单元自动转为从控单元，所述序号最小或最大的控制单元转为主控单元。根据一些实施例，所述主控单元选取规则包括：序号符合预设值的控制单元上电后自动转为主控单元，所述序号为每个补偿模块的控制单元的唯一且不重复的编码；所述主控单元向其他控制单元发出启动成功信号，使其他控制单元收到启动成功信号后转为从控单元。根据一些实施例，所述主控单元选取规则包括：最早上电的控制单元转为主控单元；所述主控单元向其他控制单元发出启动成功信号，使其他控制单元收到启动成功信号后转为从控单元。根据一些实施例，所述主控单元选取规则还包括：间隔预设时间后未收到启动成功信号的从控单元，认为主控单元启动不成功，自身成为主控单元。根据一些实施例，所述载波移相控制方法包括：主控单元通过通信环网接收来自各从控单元发送的启动正常的标志；基于所述启动正常的标志，统计启动正常的补偿模块的数量；基于所述启动正常的补偿模块的数量，主控单元计算各个补偿模块载波的初始相位差；基于各个补偿模块载波的初始相位差，确定各个补偿模块的载波；通过通信环网向各从控单元发送各个补偿模块的载波；各个补偿模块的控制单元基于补偿模块的载波，确定逆变单元的触发命令，控制逆变单元中功率半导体器件的开通或关断。根据一些实施例，所述各个补偿模块载波的初始相位差，计算公式为：其中Δθi为第(i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化串联同步补偿系统，串联在线路中，所述模块化串联同步补偿系统包括：/n串联的N个补偿模块，N为大于等于1的整数；所述补偿模块包括：/n通信单元；/n控制单元，控制所述补偿模块工作；/n所述N个补偿模块的所述通信单元采用手拉手的环网通信方式通信，任一个所述补偿模块的控制单元作为主控单元，通过通信环网向其他补偿模块的控制单元发送数据；N个补偿模块协调工作，对线路进行串联补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种模块化串联同步补偿系统，串联在线路中，所述模块化串联同步补偿系统包括：
串联的N个补偿模块，N为大于等于1的整数；所述补偿模块包括：
通信单元；
控制单元，控制所述补偿模块工作；
所述N个补偿模块的所述通信单元采用手拉手的环网通信方式通信，任一个所述补偿模块的控制单元作为主控单元，通过通信环网向其他补偿模块的控制单元发送数据；N个补偿模块协调工作，对线路进行串联补偿。


2.如权利要求1所述的补偿系统，还包括：
旁路单元；N个所述补偿模块串联连接后与所述旁路单元并联连接；所述旁路单元包括旁路开关和/或双向快速切换开关和/或非线性电阻以及旁路控制单元，所述旁路控制单元接收补偿模块主控单元的命令进行旁路。


3.如权利要求1所述的补偿系统，其中，所述补偿模块还包括：
逆变单元，包括由直流电容和功率半导体器件构成的桥式电路，将直流电变换为交流电；
滤波单元，所述滤波单元的输入端连接所述逆变单元的交流输出端，滤除所述逆变单元的交流输出端的谐波分量，所述滤波单元的输出端与所述补偿模块的输出端连接；
取能电流互感器，原边位于所述补偿模块的输出端与线路之间；
取能单元，从所述逆变单元的直流电容和/或所述取能电流互感器取能，为所述控制单元和所述通信单元供电；
双向快速切换开关，包括功率半导体器件，并联连接在所述逆变单元的输出端或所述补偿模块的输出端，允许流过双向电流，所述双向快速切换开关在承受电压超过器件击穿门槛值时导通。


4.如权利要求3所述的补偿系统，其中，所述取能单元还可以是光伏电源或光伏+储能电池。


5.如权利要求3所述的补偿系统，其中，所述补偿模块还包括：
旁路开关，与所述滤波单元的输出端并联，所述旁路开关为常闭开关，受控分合。


6.如权利要求3所述的补偿系统，其中，所述补偿模块还包括：
限流电阻，与所述双向快速切换开关串联连接。


7.如权利要求5或6所述的补偿系统，其中，所述补偿模块还包括：
采样电流互感器，所述采样电流互感器的原边位于补偿模块的输出端与线路之间，或所述旁路开关与所述滤波单元之间，采样信号送入所述控制单元。


8.如权利要求3所述的补偿系统，其中，所述补偿模块还包括：
隔离变压器，串联连接在所述滤波单元与补偿模块的输出端之间，所述隔离变压器的原边与所述滤波单元的输出端连接，所述隔离变压器的副边与所述补偿模块的输出端连接。


9.如权利要求1所述的补偿系统，其中，所述补偿模块的散热方式为自然冷却或强迫风冷散热。


10.如权利要求3所述的补偿系统，其中，所述滤波单元包括：
LC滤波器，包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感串联在所述滤波单元的输入正端与输出正端之间，所述滤波电容并联在所述滤波单元的输出正端和输出负端之间；或
LCL滤波器，包括第一滤波电感、第二滤波电感与滤波电容，所述第一滤波电感与所述第二滤波电感串联在所述滤波单元的输入正端和输出正端之间，所述滤波电容并联连接在所述第一滤波电感和所述第二滤波电感的连接点以及所述滤波单元的输出负端之间。


11.如权利要求10所述的补偿系统，其中，所述滤波单元还包括：
非线性电阻，并联在所述滤波单元的输出端，所述非线性电阻的动作门槛值小于所述双向快速切换开关的击穿门槛值。


12.如权利要求1所述的补偿系统，其中，所述环网通信方式的介质包括光纤或者无线。


13.如权利要求1所述的补偿系统，其中，所述补偿系统为高电位安装，安装于固定车辆或移动车辆的平台或者安装在已有的电力杆塔上，平台与地电位之间由绝缘子支撑。


14.如权利要求1所述的补偿系统，其中，所述补偿系统还包括：
第二主控单元，布置在所述补偿模块的外部；
主通信单元，与补偿模块的通信单元之间采用一对一点对点通信方式或一对多的主从通信方式或手拉手的网格通信方式，通信介质是光纤或者无线。


15.如权利要求14所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晔源，盛晓东，王宇，李彦，田杰，沈全荣，潘磊，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32