改进型SEN变压器的拓扑结构及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种改进型SEN变压器的拓扑结构及控制方法，由SEN变压器和统一潮流控制器串联构成，SEN变压器串联入输电线路；统一潮流控制器的并联变化器VSC1并联在配电网传输系统的等效首端，统一潮流控制器的并联变化器VSC2并联在配电网传输系统的等效末端。SEN变压器通过控制普通的有载调压开关实现360°离散可调串联电压；统一潮流控制器通过电力电子开关实现360°连续可调的串联电压。本发明专利技术具有电压连续可调、补偿精确度高、且能避免投切振荡问题等优点，可用于调控输电线路潮流分布。

【技术实现步骤摘要】
改进型SEN变压器的拓扑结构及控制方法
本专利技术属于柔性交流输电系统
，尤其是涉及一种改进型SEN变压器的拓扑结构及控制方法。
技术介绍
随着全球经济一体化进程加剧，电力工业面临来自各行各业越来越多的挑战。工业用电需求不断上升，环境能源方面压力不断加大，正促使电力系统向更坚强、更高效、更清洁的方向发展。而近年发生的一些大的停电事故表明，电力系统输电效率和系统安全稳定运行是尤其需要重点解决的问题。目前，世界上电能的生产、输电和分仍以集中式发电、远距离输电和大电网互联为主。由于一次能源的分布不平衡，导致了我国电网不得不向大容量、远距离输电的方面发展。当前，我国电网正逐渐向大机组、超高压、远距离输送和跨区域互联的方向深入发展，在这种大规模的电网运行下保证整个系统的灵活可控、安全稳定是现在关注和研究的热点与难点。其中最为关键的几个问题就是系统潮流控制、改善系统稳定性和提高线路传输容量。电力网络中对输电方面的控制相较于配电网和发电端要复杂一些，线路中的潮流分布会随着自然负荷的变化而实时产生变化，不仅会造成较大的电能损失、降低输电效率，同时还会影响电能质量。而区域电网的互联使电网规模越来越大，会造成潮流的分布不均衡。假设从甲地到乙地有两条输电线路，在潮流传输不均衡极其严重时，就可能会造成一条输电线接近或超过其输电约束边缘，而另一条输电线路却只达到了它能传输容量的几分之一，这不仅会造成设备的利用不合理(有的过负荷、有的却轻载)，更可能影响整个系统的安全运行。在互联的电力系统区域间的功率交换过程中，也需要对潮流的控制作用来改善功率交换能力。故对整个系统的潮流控制，使传输、分配更加合理是至关重要的。由于区域电网的相互联接，系统网架越来越复杂，就会造成在大系统中系统的阻尼特性变得越来越低，电磁环网和过负载情况严重，更有可能诱发系统发生低频振荡。为此，需要有效的控制手段来调节系统运行参数，抑制功率振荡。同时在系统运行过程中，为减小由于系统无功不足而造成的电压崩溃问题，也需要寻求一定的控制方法和有效的控制手段来调节系统的节点电压和无功分布。从而改善系统的稳定性。电能的产生和利用是通过电网来连接起来的，故而发电和用电的水平与效率和电网的输电能力密切相关。当前电力系统大多运行在重载情况下，电力网络的损耗很大，系统的可用输电能力比较有限。同时，由于受到系统稳定性的限制，交流远距离输电的传输功率远低于输电线路发热所能允许的极限值，线路的输电容量并没有得到充分的利用。以往，为了增加两个区域网络的传输容量通常采用假设新输电线路的方法，但由于环境保护、输电成本、输电走廊等一系列因素的限制，新建电源和输电线路的方法越来越难以成行。为此，需要寻求在不改变现有网络架构的情况下，通过一些装置的调控作用来提高输电线路的传输容量。采用大功率电力电子技术的灵活交流输电系统(Flexible AC TransmissionSystem, FACTS)是目前和未来解决这些问题的一条重要途径。SEN变压器是一种用于调控输电线路传输容量的常用灵活交流输电系统，但SEN变压器的输出电压是一系列离散点，补偿精确度受限于二次侧抽头数目，在抽头投切过程中可能因寻不到最优位置点而发生投切振荡问题。
技术实现思路
针对现有SEN变压器存在的不足，本专利技术提供了一种可实现电压连续可调、提高补偿精确度、且能避免投切振荡问题、用于调控输电线路潮流分布的改进型SEN变压器的拓扑结构及控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案:改进型SEN变压器的拓扑结构，由SEN变压器和统一潮流控制器串联构成，SEN变压器串联入输电线路；统一潮流控制器的并联变化器VSCl并联在配电网传输系统的等效首端，统一潮流控制器的并联变化器VSC2并联在配电网传输系统的等效末端。SEN变压器通过控制普通的有载调压开关实现360°离散可调串联电压；统一潮流控制器通过电力电子开关实现360°连续可调的串联电压。上述改进型SEN变压器的控制方法，包括步骤:步骤1，对输电网传输系统进行潮流分析，确定输电线路实时功率；步骤2，根据实时功率和目标功率，获得需补偿功率；步骤3，根据需补偿功率进行功率容量分配，分别获得SEN变压器和统一潮流控制器的补偿功率；步骤4，计算根据SEN变压器和统一潮流控制器的补偿功率补偿后输电线路是否符合目标功率，若符合，执行步骤5 ;否则，SEN变压器和统一潮流控制器分别根据各自的控制策略重新进行功率容量分配，直到输电线路符合目标功率，然后，执行步骤5 ；步骤5，根据SEN变压器和统一潮流控制器的当前补偿功率，分别将SEN变压器和统一潮流控制器分别置为各自的补偿位置，进行输电线路功率补偿。上述SEN变压器的控制策略为滑模变结构的闭环控制。上述统一潮流控制器的控制策略为PI结构的闭环控制。步骤3中所述的根据需补偿功率进行功率容量分配，具体为:统一潮流控制器最大输出电压幅值其中，vSi为SEN变压器的最大输出电压，M为SEN变压器的抽头数量。SEN变压器控制简单、成本低、容量大、可靠性高，但是其二次侧抽头数目有限，在调节系统潮流时，其离散调节的特征可能导致控制点无法精确达到系统控制任务的需求，而且响应速度慢。在运行过程中，SEN变压器只能改善系统的无功分布却不能向系统提供无功功率，若是在系统无功不足的情况下，则更加有可能给系统带来极大的负担。统一潮流控制器虽然功能强大，但是其设备成本、运行费用都非常高，而且控制系统极其复杂，功率又比较有限，这些问题都极大的束缚了它在实际系统中的推广应用。统一潮流控制器可以补偿一定的系统无功，但是受限于其容量，它所能补偿的无功功率是比较有限的。如果用大容量的SEN变压器辅以小容量的统一潮流控制器，那么在调节系统潮流的时候，不仅可以充分发挥SEN变压器的大容量、稳定性高的功能，也可以用统一潮流控制器实现快速灵活、连续平滑的调节，而且其设备成本相对来说，又是比较经济实惠的。为充分利用SEN变压器的经济性和潮流调控能力，并解决SEN变压器补偿不精确问题，本专利技术提供了改进型SEN变压器(简称为:IST)，1ST由SEN变压器和统一潮流控制器串联组成，且1ST以串联形式接入输电线路中。SEN变压器通过控有载调压开关，实现360°离散可调的串联电压；统一潮流控制器利用电力电子开关实现360°连续可调的串联电压；SEN变压器和统一潮流控制器共同工作起到控制系统潮流的作用。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果:1、通过在SEN变压器ST侧串连统一潮流控制器UPFC来调节输电线路潮流分布，避免了输出的电压是一系列离散点，使输电线路电压连续可调。2、提高输电线路补偿精确度，实现了精确补偿。3、解决了抽头投切过程中因可能寻不到最优位置点而发生的投切振荡问题，使得统一潮流控制器稳定不至于过度切换。【附图说明】图1为本专利技术改进型SEN变压器的拓扑结构图；图2为本专利技术改进型SEN变压器调节的电压向量图；图3为本专利技术改进型SEN变压器等效的桥臂单元分解结构；图4为本专利技术改进型SEN变压器的电流和电压控制框图；图5为本专利技术改进型SEN变压器控制策略流程图；图6为仿真模型示意图；图7为输电线路传输潮流图；图8为输电线路首端输出功率图。【具体实施方式】下本文档来自技高网...

【技术保护点】
改进型SEN变压器的拓扑结构，其特征在于：由SEN变压器和统一潮流控制器串联构成，SEN变压器串联入输电线路；统一潮流控制器的并联变化器VSC1并联在配电网传输系统的等效首端，统一潮流控制器的并联变化器VSC2并联在配电网传输系统的等效末端。

【技术特征摘要】
1.改进型SEN变压器的拓扑结构，其特征在于: 由SEN变压器和统一潮流控制器串联构成，SEN变压器串联入输电线路；统一潮流控制器的并联变化器VSCl并联在配电网传输系统的等效首端，统一潮流控制器的并联变化器VSC2并联在配电网传输系统的等效末端。2.改进型SEN变压器的控制方法，其特征在于，包括步骤: 步骤1，对输电网传输系统进行潮流分析，确定输电线路实时功率； 步骤2，根据实时功率和目标功率，获得需补偿功率； 步骤3，根据需补偿功率进行功率容量分配，分别获得SEN变压器和统一潮流控制器的补偿功率； 步骤4，计算根据SEN变压器和统一潮流控制器的补偿功率补偿后输电线路是否符合目标功率，若符合，执行步骤5 ;否则，SEN变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁佳歆，陈立，费雯丽，曾雯珺，周攀，赵震，陈柏超，田翠华，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42