[发明专利]用于多端柔性直流输电系统的直流潮流控制器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流潮流控制器，属于电力电子技术领域，主要应用于多端直流输电场合。

背景技术

多端直流输电系统是由3个及以上换流站，通过串联、并联或混联方式连接起来的直流输电系统，它能够实现多电源供电以及多落点受电，相比于两端高压直流输电系统运行更为经济灵活，是解决我国目前面临的大规模可再生能源并网、大容量远距离电能输送和输电走廊紧缺等问题的有效技术手段之一。相比于传统电流源型换流器，电压源换流器(voltage source converter,VSC)在潮流反转时直流电流方向反转而电流电压极性不变，且没有换相失败等问题，因而有利于构成多端柔性直流输电(VSC based multi-terminal high voltage direct current,VSC-MTDC)系统。典型的环网式三端VSC-MTDC系统等效电路如图1所示，假设VSC1和VSC2分别是两个海上风电场的换流站，为定功率模式运行，VSC3为岸上换流站，为定直流电压模式运行，功率从VSC1和VSC2向VSC3传输。在柔性交流输电系统(FlexibleAC Transmission System,FACTS)中通过引入潮流控制装置，可以提高输电网络潮流方向的控制能力以及输电线路输送能力，同理，在VSC-MTDC系统中引入直流潮流控制装置，也可提高直流输电网络潮流方向的控制能力以及直流输电线路输送能力。由于不存在交流电的无功功率、电抗和相角，VSC-MTDC系统只能调节输电线路电阻和直流电压来控制直流潮流。

在控制输电线路电阻方面，通常是在输电线路中串入可变电阻来控制直流潮流。输电线路中串入可变电阻方案的优点是结构和控制简单，其缺点也很明显，如损耗大，对装置散热提出了很高要求，且只能增大输电线路等效电阻，潮流单向调节。

在控制直流电压方面，有学者提出了采用DC/DC变压器的方案，该方案的优点是可以用于连接不同电压等级的直流系统，以提高直流输电系统的运行灵活性，还可将变比为1左右的DC/DC变压器串入同一电压等级的直流系统中，通过微调变比来调节直流系统潮流，不足是所有的功率都需要通过DC/DC变压器，损耗较大。另一个方案是在输电线路中串入可调电压源来改变直流电压进而控制直流潮流。如加拿大麦吉尔大学的B.-T.Ooi教授等提出了一种基于晶闸管控制的可调电压源电路结构(Veilleux E，Ooi B.Multiterminal HVDC with thyristor power-flow controller.IEEE Transactions on Power Delivery，2012，27(3)：1205-1212)以及中国电力科学研究院的李亚楼高工等提出了一种AC/DC+DC/DC两级式可调电压源电路结构(Mu Q,Liang J,Li Y,Zhou X.Power flow control devices in DC grids.IEEE Power and Energy Society General Meeting,2012:1-7)。相比于DC/DC变压器，串入可调电压源的功率和相应损耗都小，电压等级低，更易实现。但这两种方案的电路结构需要一个外部电源来为可调电压源提供功率或吸收其功率，还需低频高压隔离变压器进行电压隔离，且所需的开关器件较多。

发明内容

技术问题：本发明针对多端直流输电系统中直流潮流控制的技术要求，提出一种不需要隔离变压器以及外部电源的直流潮流控制器。

技术方案：本发明的直流潮流控制器包括两个可调电压源，分别串联在相邻的两条输电线路中，第一旁路开关与第一可调电压源并联，第二旁路开关与第二可调电压源并联，当两个旁路开关都闭合时，直流潮流控制器被旁路，不参与直流潮流调节；当两个旁路开关都打开时，直流潮流控制器参与直流潮流调节；两个可调电压源均无需外部电源提供功率或吸收其功率；直流潮流控制器包含两条互补导通的潮流支路，第一条潮流支路由第三开关管、电感和第四开关管顺次串联组成，第二条潮流支路由第一开关管、电感和第二开关管顺次串联组成，第一条潮流支路与第一可调电压源并联，第二潮流支路与第二可调电压源并联。

本发明的直流潮流控制器，同一潮流支路上的两个开关管同步导通或关断，同时另一潮流支路上的两个开关管同步关断或导通。

本发明通过如下技术手段控制输电线路上的潮流：通过控制其中一个可调电压源所在输电线路的电流来控制直流潮流控制器的功率由所述其中一个可调电压源传向另一可调电压源，具体包括如下步骤：