一种用于不平衡系统的统一潮流控制器技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于不平衡系统的统一潮流控制器。统一潮流控制器包括静止同步补偿器和静止同步串联补偿器；在静止同步补偿器和静止同步串联补偿器之间设置有上部分裂电容和下部分裂电容；上部分裂电容和下部分裂电容串联后分别与静止同步补偿器和静止同步串联补偿器并联；上部分裂电容和下部分裂电容串联后形成分裂电容支路；分裂电容支路的中点与所述静止同步串联补偿器的串联变压器的中性点连接；静止同步补偿器的输出端和所述静止同步串联补偿器的输出端分别与电网连接。该统一潮流控制器便于分相控制和模块化设计，统一潮流控制器UPFC运行损耗小，电压控制能力好，零序电流控制好，元件数量少，成本低，性价比高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种灵活交流输电领域的统一潮流控制器，具体涉及一种用于不平衡系统的统一潮流控制器。
技术介绍
IlOkV及以上电压等级电网中性点采用直接接地方式，当三相负载不对称时，线路上会出现零序电流。三相电压不平衡度是衡量电网电能质量的一个重要指标。随着人们对电能质量要求的提高，电压不平衡问题正受到越来越多的关注。在三相系统中，引起电压不平衡的原因主要来自两方面:发电机的输出电压不平衡和负载不对称。理论上讲，发电机的输出电压并不是完全对称的，具有一定的不平衡度，但都应限制在标准所允许的范围内。配电端的三相负载不可能完全对称，特别是在大容量单相负载存在的场合，电压不平衡问题尤为严重。当电压不平衡较为严重时，就会影响某些设备的正常工作，如电机、电力电子装置等。电力机车是波动性很大的大功率单相整流负荷，对于三相对称的电力系统供电来说，电铁牵引负荷具有非线形、不对称和波动性的特点，将产生三相不平衡的谐波电流注入系统，使电力系统的电压波动。因此，在电力机车高速发展，对电网影响越来越大的背景下，对于不平衡系统的控制显得尤为重要。统一潮流控制器(UPFC)是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电(FACTS)装置，是迄今为止通用性最好的FACTS装置，综合了 FACTS元件的多种灵活控制手段，仅通过控制规律的改变，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿和移相等几种不同的功能。UPFC装置可以看作是一台静止同步补偿器(STATC0M)装置与一台静止同步串联补偿器(SSSC)装置在直流侧并联构成，它可以同时并快速、独立控制输电线路中的有功功率和无功功率，从而使得UPFC拥有STATCOM、SSSC装置都不具备的四象限运行功能。UPFC装置主电路拓扑采用两个电压源换流器(VSC)直流侧并联的方式，其中一台变流器交流侧直接或通过变压器与系统并联，另一台变流器交流侧通过变压器与系统串联。每个电压源换流器通常采用两电平或三电平三相电压源换流器结构。大容量UPFC中，电压源换流器通常采用可关断电力电子器件(典型器件如绝缘栅双极型晶体管IGBT)串联的方式提高装置的耐压能力。可关断器件IGBT串联的技术难点主要表现在:受技术垄断的影响，具有自身限制短路电流特性的IGBT器件难以采购，IGBT串联均压的控制技术在理论上研究的不够深入。为降低装置输出谐波，需要采用较高的开关频率，因而装置运行损耗较大。这些限制了大容量UPFC的应用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供了一种统一潮流控制器UPFC主电路拓扑结构，采用模块化多电平换流器构成变流器，避免了器件串联的技术难点，该统一潮流控制器具有以下特点:便于分相控制和模块化设计，通过冗余技术可旁路故障单元，进而提高统一潮流控制器运行可靠性，器件开关频率低，统一潮流控制器UPFC运行损耗小。直流母线采用两个电容器分裂出中点电压，并与输出变压器中性点连接，构成三相四线MMC变换器，具有以下优点:电压控制能力好，零序电流控制好，元件数量少，成本低，性价比高。本技术的目的是采用下述技术方案实现的:一种用于不平衡系统的统一潮流控制器，其改进之处在于，所述统一潮流控制器包括静止同步补偿器I和静止同步串联补偿器2 ；在所述静止同步补偿器I和静止同步串联补偿器2之间设置有上部分裂电容3和下部分裂电容4;所述上部分裂电容3和下部分裂电容4串联后分别与静止同步补偿器I和静止同步串联补偿器2并联；所述上部分裂电容3和下部分裂电容4串联后形成分裂电容支路；所述分裂电容支路的中点与所述静止同步串联补偿器2的串联变压器11的中性点连接；所述静止同步补偿器I的输出端和所述静止同步串联补偿器2的输出端分别与电网连接。其中，所述静止同步补偿器I包括启动电路6、换流器8和接入变压器9 ；所述换流器8 一端依次通过所述启动电路6和接入变压器9与电网连接；所述接入变压器9的副边与所述启动电路6连接；所述接入变压器9的原边与所述电网连接。其中，所述换流器8由三相构成；三相并联；每相由串联的结构相同的上下两桥臂构成；上下两桥臂的中点处引出作为所述静止同步补偿器I的输出端。其中，所述上下两桥臂中每个桥臂包括I个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端通过电抗器与所述启动电路6连接；每个桥臂的子模块级联后另一端与另两相桥臂的级联的子模块一端连接，形成所述换流器8的正负极母线；或所述上下两桥臂中每个桥臂包括I个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端与所述启动电路6连接；每个桥臂的子模块级联后另一端串联电抗器后与另两相桥臂的电抗器连接，形成所述换流器8的正负极母线。其中，所述启动电路6包括并联的电阻和开关。其中，所述静止同步串联补偿器2包括启动电路7、换流器10和串联变压器11 ；所述换流器10 —端依次通过启动电路7和串联变压器11与电网连接。所述换流器10另一端通过分裂电容支路与换流器8的另一端连接。其中，所述换流器10由三相构成；三相并联；每相由串联的结构相同的上下两桥臂构成；上下两桥臂的中点处引出作为所述静止同步串联补偿器2的输出端。其中，所述上下两桥臂中每个桥臂包括I个电抗器和M个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端通过电抗器与所述串联变压器11连接；另一端与另两相桥臂的级联的子模块一端连接，形成所述换流器10正负极母线，分别与所述换流器8的正负极母线对应连接；或所述上下两桥臂中每个桥臂包括I个电抗器和M个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端通过电抗器与所述串联变压器11连接；另一端串联电抗器后与另两相桥臂的电抗器连接，形成所述换流器10正负极母线，分别与所述换流器8的正负极母线对应连接。其中，所述启动电路7包括并联的电阻和开关。其中，所述统一潮流控制器包括旁路开关5 ;所述旁路开关5与所述串联变压器11并联。其中，所述串联变压器11的原边分别与电网和启动电路7连接；所述串联变压器11副边与负载连接。其中，所述子模块由半桥结构与直流电容并联构成，所述半桥结构包括两个串联的IGBT模块，每个IGBT模块包括反并联的IGBT利二极管；所述半桥结构中点与IGBT发射极之间并联子模块旁路电路； 所述直流电容通过取能电源为子模块的控制电路提供电源。其中，所述换流器8的正负极母线和换流器10正负极母线称作直流母线；所述直流母线采用上部分裂电容3和下部分裂电容4分裂出中点电压，并与串联变压器11的中性点连接，构成三相四线模块化多电平换流器MMC。与现有技术比，本技术达到的有益效果是:1、本技术提供的用于不平衡系统的统一潮流控制器，可大幅提高统一潮流控制器容量，无需采用复杂的IGBT器件串联的技术；2、本技术提供的用于不平衡系统的统一潮流控制器可实现分相控制；3、本技术提供的用于不平衡系统的统一潮流控制器可实现模块化设计；4、本技术提供的用于不平衡系统的统一潮流控制器通过冗余技术可旁路故障单元，提高装置运行可靠性；5、本技术提供的用于不平衡系统的统一潮流控制器，为降低输出谐波，IGBT器件串联方案开关频率通常很高，装置损耗大；本方案采用了模块化多电平技术，各个器件的开关频率低，但可实现对外等效开关频率很高，减少输出谐波，因此装置运行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于不平衡系统的统一潮流控制器，其特征在于，所述统一潮流控制器包括静止同步补偿器(1)和静止同步串联补偿器(2)；在所述静止同步补偿器(1)和静止同步串联补偿器(2)之间设置有上部分裂电容(3)和下部分裂电容(4)；所述上部分裂电容(3)和下部分裂电容(4)串联后分别与静止同步补偿器(1)和静止同步串联补偿器(2)并联；所述上部分裂电容(3)和下部分裂电容(4)串联后形成分裂电容支路；所述分裂电容支路的中点与所述静止同步串联补偿器(2)的串联变压器(11)的中性点连接；所述静止同步补偿器(1)的输出端和所述静止同步串联补偿器(2)的输出端分别与电网连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王轩，喻劲松，闫殳裔，李欣，武守远，何维国，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，上海市电力公司，国家电网公司，
类型：实用新型
国别省市：