混合功率流控制器和方法技术

一种将所需有功功率量从第一电力区提供到第二电力区的方法，所述方法包括：　　　　将电流从所述第一区转移到第一受控电压源的输入端，所述输入端具有输入电压；　　　　利用所述第一受控电压源，将具有受控幅度和相角的第一控制电压添加到所述输入电压，以在所述第一受控电压源的输出端处提供中间电压；　　　　从所述第一受控电压源的所述输出端转移电流；利用第二受控电压源，将具有受控幅度和相角的第二控制电压添加到所述中间电压，以将电流从所述第二受控电压源的输出端提供到所述第二区；　　　　从所述第一受控电压源为所述第二受控电压源提供有功功率；　　　　在幅度和相位上来控制所述第一和第二控制电压以向所述第二区提供所需有功功率量，从而实质上将提供给所述第一受控电压源的全部有功功率与所述第二电压源相连接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及对交流电输电系统中的功率流的控制。具体地，涉及用于控制AC输电线路上的有功功率和无功功率流的功率流控制器和方法。
技术介绍
典型地，在对其进行耗电的情况下，并不产生电能，因此需要将来自发电中心(大型发电厂)的电力输送到负载中心(城市或工业设施)。高压输电系统将来自其源的电能输送到耗电点。为了确保供电的可靠性，并由于经济和其它因素，使不同地理或地理政治区内的输电系统互相连接是普遍作法。结果，典型地，输电系统是由数百个发电/耗电节点和数千条输电线路构成的大型且复杂的电路。在如此复杂的电路中控制节点间的功率流是一个具有挑战性的问题。由于需要将每个节点处的电压控制在额定值的较小公差内，使得其进一步变得复杂。历史上，已经存在几个控制输电系统的方法。由机械切换的并联电容器或电感器组来控制节点电压，并通过改变移相变压器上的抽头和通过与线路串联的切换电容器消除线路电感，来控制经过各个线路的功率流。由于机械开关的使用寿命与在负荷下执行切换循环的速率成反比，对输电系统的控制局限于慢速顺序重配置，其设计用于针对给定条件集，达到所需稳态操作点。动态控制是不可能的，因此，通过保守地操作系统和通过保守设计的作法来处理由故障、线路和发电机停机、或设备失灵导致的暂态。这导致了系统容量的相当一部分没有得到充分利用。在19世纪70年代初期，功率等级闸流管(power grade thyristor)的出现能够改进用于控制电力系统的传统设备。可以将闸流管描述为单向开关，当脉冲发送到其门极(gate)时其开始导电。当使电流为零时其停止导电。闸流管最初用作机械开关的代替，使由于切换循环次数引起的使用寿命降低的问题得到缓解。应用包括闸流管切换电容器和电抗器、以及基于闸流管的相角调节器和抽头变换器。随着时间的流逝，由于闸流管延迟时刻的能力，出现了更尖端的电路配置，其允许连续改变补偿器参数，该电路配置包括允许对并联电抗器进行连续控制的静止VAr补偿器(SVC)和闸流管控制串联电容器(TCSC)。在19世纪70年代中期，静止VAr补偿器的大量运用开始出现，到此为止，其是最普遍使用的电力系统补偿器。尽管其直接衰减电力系统暂态的能力在早期就得到认可，但在整个19世纪70年代，在系统规划和操作中的传统做法支配了此行业，且SVC的使用主要局限于提供无功功率支持。电力工业的特征在于在通过大型且昂贵的工程来实现系统升级的同时，对功率的需要稳定上升。经过这些年，能源、环境、通行权和成本问题已经延迟了发电设施和新输电线路的建设，因此更好地利用现有电力系统已经变得急迫。在19世纪80年代初期，已经认识到在系统规划和操作中的传统做法需要改变。同时，半导体工业上的技术进步引起了功率等级门极可关断闸流管(GTO)的产生。功能上，GTO类似于闸流管，但可以通过向其门极发送脉冲而关断其。在19世纪80年代中期，GTO的商用使其能够用于构造大型电压源转换器(VSC)。原理上，VSC能够产生幅度和相位受控的多相交流电压。在一侧上，其具有切换元件(GTO)，在另一侧上，其提供电压支持，典型地，通过DC电容器。在19世纪80年代后期和整个90年代期间，VSC在输电行业中的应用变为取得了相当大的研究成就的主题。已经设想了灵活AC输电系统(FACTS)的概念，允许使用静止转换器、通过AC输电线路实现功率流控制。用于实现此目的(功率流控制)的设备被称为FACTS控制器。示例包括高级静止补偿器(STATCOM)、串联静止同步补偿器(SSSC)、统一功率流控制器(UPFC)以及线间功率流控制器(IPFC)。对所有传统和新型的补偿器的全面评述可以参见“Understanding FACTSConcepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems”，Narain G.Hingorani，Laszlo Gyugyi，ISBN0-7803-3455-8Wiley-IEEE出版社，1999，其内容一并在此作为参考。对必须满足的控制自由度和约束的数量的分析提供了对不同FACTS控制器的能力的有效了解。如上所述，VSC可以产生可控幅度和相位的电压。这意味着每个VSC提供两个独立的自由度。当将单个转换器与输电线路进行接口时，可用于电压控制的两个自由度可以变换为用于控制与线路交换的有功和无功功率的自由度。尽管无功功率的交换并不会强加另外的约束，但是，在稳态操作中提取有功功率需要转换器配备有储能装置，在多数情况下，这是不切实际的。因此，存在以下约束在稳态下，单个转换器必须不与线路交换有功功率。STATCOM使用与线路并联的VSC。由于施加了有功功率约束，STATCOM的控制降低为一个自由度，用于控制与线路交换的无功功率量。因此，STATCOM作为SVC的功能等效物等效物来进行操作；其提供了比SVC更快的控制和改进的控制范围。SSSC使用与线路串联的VSC。在此情况下，有功功率约束转换为通过SSSC注入的电压矢量必须一直与电流矢量正交的必要条件。这意味着SSSC与可控串联电抗正交，即，可以将SSSC看作TCSC的功能等效物等效物。SSSC提供更快的控制，且本质上，对于次同步谐振是中性的。UPFC由共享一公共DC电容器的两个电压源转换器构成。一个转换器与线路串联地进行接口，而另一个与线路并联地进行接口。公共DC电路允许转换器之间的有功功率的无限制交换，从而可以将由一个转换器从线路吸收的有功功率由另一转换器提供给线路。结果，三个自由度是可用的，或更准确地，存在具有一个约束的四个自由度。UPFC可以用于控制经过线路的有功和无功功率流以及控制提供给安装点处的线路的无功功率量。在其基本配置中，IPFC由与两条独立的输电线路串联地进行接口的两个电压源转换器构成。与在UPFC配置相同，所述转换器共享一个公共DC电路，其允许有功功率的交换。通过向线路注入适当的电压，IPFC可以使从一条线路到另一线路重定向有功功率流，同时控制无功功率量。可以将该功能没有难度地扩展到N条线路。目前所有FACTS控制器的缺点在于其相当可观的价格。目前，其在许多方面仍不实用。而且，可争辩地，由STATCOM和SSSC实现的控制性能的改进是否提供了代替其基于闸流管的对应物的正确理由。可以利用传统补偿器、通过各个线路控制来主要实现由IPFC提供的核心功能。UPFC提供了实质上不同于传统补偿器的控制选项的控制选项。但是，由于需要两个转换器，UPFC安装所需的投资阻碍了其普遍运用。然而，给定其拓扑，UPFC是一自足设备，即，其可以限制或不使用现有补偿器，诸如SVC或可切换电容器。因此，有价值的是，寻求一种基于现有设备建立并提供灵活功率流控制的补偿器替代方案。
技术实现思路
作为本专利技术的实例，控制输入端和输出端之间的AC输电线路上的有功和无功功率流的功率流控制器包括第一和第二功率转换器，所述转换器彼此相连以交换有功功率，并与输入端和输出端相连。将控制器与功率转换器相连，并控制转换器以向输出端提供受控的有功功率量，并从所述功率流转换器的输入端获得此受控的有功功率量。在输入端和输出端之间的节点处转移电流，允许在输入端和输出端对电流独立进行控制。在优选实施例中，两个功率转换器串联互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种将所需有功功率量从第一电力区提供到第二电力区的方法，所述方法包括将电流从所述第一区转移到第一受控电压源的输入端，所述输入端具有输入电压；利用所述第一受控电压源，将具有受控幅度和相角的第一控制电压添加到所述输入电压，以在所述第一受控电压源的输出端处提供中间电压；从所述第一受控电压源的所述输出端转移电流；利用第二受控电压源，将具有受控幅度和相角的第二控制电压添加到所述中间电压，以将电流从所述第二受控电压源的输出端提供到所述第二区；从所述第一受控电压源为所述第二受控电压源提供有功功率；在幅度和相位上来控制所述第一和第二控制电压以向所述第二区提供所需有功功率量，从而实质上将提供给所述第一受控电压源的全部有功功率与所述第二电压源相连接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于转移电流包括通过可调电纳转移电流。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括存储操作点集合以便由所述控制器使用；选择所述操作点集合中的一个以提供所需有功功率，并控制所述第一和第二控制电压以提供所需有功功率量，同时保持所述操作点集合中的所述一个。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于还包括控制所述可调电纳的值。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括控制所述电纳处的电压，以便控制通过所述电纳转移的电流。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一和第二受控电压源通过储能装置彼此相连，并且还包括控制所述储能装置中的平均能量以保持恒定。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述控制平均能量包括控制到所述输入端的电流以保持存储在所述储能装置中的所述平均能量，从而补偿所述电功率流控制器中的损耗。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述储能装置包括电容器，其中控制所述储能装置中的平均能量以保持恒定包括控制所述第一和第二控制电压以保持所述电容器两端的DC电压。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在幅度和相位上控制所述第一和第二控制电压以从所述第二受控电压源的输出端提供所需无功功率。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在幅度和相位上控制所述第一和第二控制电压以从所述第一受控电压源的输入端获得所需无功功率。11.一种将受控有功电功率量从第一电力区转移到第二电力区的方法，所述方法包括将所述有功电功率提供到功率流控制器的输入端；将提供到所述输入端的所述有功电功率的部分转移到第一功率转换器；将所述有功电功率的剩余部分从所述输入端提供到所述功率流控制器的输出端；将有功功率从所述功率转换器提供到所述功率流控制器的所述输出端，从而提供到所述第二电力区；通过将电流从所述输入端提供到中间节点，并在所述中间节点处、通过电纳转移所述电流的部分，来改变相对于所述输入端的所述输出端处的电流的相角；控制所述第一功率转换器，从而将所述所需有功电功率量从所述第一电力区转移到所述第二电力区。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于通过与所述第一功率转换器相连的第二功率转换器，将来自所述第一功率转换器的所述有功功率提供到所述输出端。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于还包括控制所述第二功率转换器以实质上将来自所述第一功率转换器的所述有功功率的全部耦合到所述输出端。14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括控制所述第一和第二功率转换器以将第一受控无功功率量转移到所述功率流控制器。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于还包括控制所述第一和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：约万·贝比克，彼得·莱恩，
申请(专利权)人：约万·贝比克，彼得·莱恩，
类型：发明
国别省市：