[发明专利]基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子和直流输电领域，尤其涉及一种基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器及方法。

技术背景

随着柔性交流输电系统的发展，大量的柔性装置被广泛应用于电力系统，统一潮流控制器（UPFC）是第三代FACTS装置的代表，其功能强大，可为电网提供先进的控制手段，得到了广泛关注。

而目前国内外有关UPFC的研究主要集中在工程应用，控制策略方面，其广泛基于IGBT的两电平拓扑、三电平拓扑。而两电平和三电平拓扑结构谐波含量大，系统侧需要加装滤波装置，成本高，占地面积大。同时UPFC主要功能是进行潮流调节，但是随着电网规模的发展，线路短路故障时有发生，如果系统发生短路故障，只能通过关闭系统的方式来防止短路冲击电流对装置和系统的破坏。

而模块化多电平换流器（MMC）采用模块化设计，组装方便，谐波含量低，同时将三相桥式固态限流器（FCL）巧妙的引入UPFC系统中，结合FCL的短路限流功能，石油、煤炭、天然气等不可再生能源的供应紧缺，以及使用不可再生能源带来的环境污染日益严重，世界各国对风能、太阳能等可再生清洁能源的开发和利用也越来越重视。可再生能源发电所占的比重也迅速提高。

发明内容

本发明的目的旨在针对现有统一潮流控制器的不足，提供一种基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器。

一种基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器包括：并联变压器、高压输电线路、基于模块化多电平换流器的并联整流侧、基于模块化多电平换流器的串联逆变侧、串联变压器、三相桥式固态限流器；并联变压器的一端连接高压输电线路的一端，并联变压器的另一端通过线路与基于模块化多电平换流器的并联侧相连，基于模块化多电平换流器的并联整流侧与基于模块化多电平换流器的串联逆变侧之间通过直流母线连接，基于模块化多电平换流器的串联逆变侧、三相桥式固态限流器分别通过线路与串联变压器相连。

所述的基于模块化多电平换流器的并联整流侧的子模块由半H桥构成，子模块的主要结构由绝缘栅双极型晶体管构成，用于将三相交流电整流为直流电，并且稳定直流侧的母线电压。

所述的基于模块化多电平换流器的串联逆变侧的子模块由半H桥构成，子模块的主要结构由绝缘栅双极型晶体管构成，用于将直流电逆变为三相交流电，并且向系统输出经过调节后的电压。

所述的模块化多电平换流器中的子模块数量为N，N可以为任何有实际意义的正整数。

基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器的控制方法是：三相交流电通过与高压输电线路相连的并联变压器传输至系统，通过所述的基于模块化多电平换流器的并联整流侧的整流，将三相交流电整流为直流电，所述的基于模块化多电平换流器的并联整流侧采用电压-电流双环PI控制，同时采用最近电平逼近的调制方法，直流电通过所述的基于模块化多电平换流器的串联逆变侧逆变为三相交流电，所述的基于模块化多电平换流器的串联逆变侧采用功率外环和电流内环的PI控制方法，三相交流电通过串联变压器被送回高压输电线路，从而完成对系统的电压、相角和阻抗进行综合补偿的作用。

本发明的有益效果是，由于模块化多电平换流器（MMC）的加入，使得UPFC的串并联侧均具有了模块化设计的特点，因此经过系统调节后的电压电流波形谐波含量很低。同时由于三相桥式固态限流器的加入，所以使UPFC具有了短路故障电流的限制能力，有效保护了UPFC模块不受短路电流的冲击而损坏，有效解决了UPFC在系统推广应用中所面临的短路电流问题，降低了系统的短路电流水平，为系统安全稳定运行提供了可靠保证。

附图说明

图1是基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器的电路拓扑结构图；

图2是模块化多电平换流器的电路拓扑结构图；

图3是三相桥式固态限流器电路拓扑结构图；

图4是稳态工作时模块化多电平换流器串联侧出口A相相电压参考波形图；

图5a是暂态工作时输入系统有功功率P和无功功率Q的设置情况；

图5b是暂态工作时模块化多电平换流器串联侧A相上、下桥臂电流响应参考波形图；

图6是短路故障时统一潮流控制器的三相电压响应参考波形图；

图7是短路故障时三相固态桥式限流器模块电感上的电流响应。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明。