[发明专利]基于MMC的串联多端口直流潮流控制器

说明书

一种基于MMC的串联多端口直流潮流控制器，属于电力技术领域。本发明的目的是从潮流控制的角度出发，从简单直流电网中的潮流控制器，推广出多端口串联结构的直流潮流控制器，有效的解决了直流电网潮流不可控问题的基于MMC的串联多端口直流潮流控制器。本发明步骤是：选用最适合同时互联多直流电压等级的结构；建立该拓扑结构的内部模型；构建含有SM‑DCPFC的多电压等级直流电网模型；通过仿真验证了该多端口潮流控制器能够在多种情况下都能够实现对线路潮流的灵活控制。本发明将这种多端口潮流控制器的交流侧通过变压器与附近的交流电源进行连接，如换流站、变电所、海上风电场等，将公共的交流侧与这些交流电源连接，其交流母线电压会更加稳定。

技术领域

本发明属于电力技术领域。

背景技术

传统的交流输电结构、运行技术在接入新能源方面面临着巨大的挑战，这就使直流输电再一次的得到了人们的关注，它能够很好的解决新能源并网的问题。近年来，国内外学者对直流输电的研究从简单到复杂，从最基本两端的电网换相高压直流输电到目前的多端电压源型高压直流输电，从点对点式的拓扑结构到包含大量直流线路的环型及网型结构，系统的冗余程度得到了大大的提高，但线路的潮流已经远远不能满足实际的要求，潮流分布的不合理将引发线路过载，导致直流电网低效率运行甚至带来严重的安全隐患。潮流控制器的引入很好的解决了这一问题，对于提高直流电网潮流控制的自由度，保障直流电网的安全稳定运行具有重要的实际意义。

应用在单一电压等级的潮流控制器主要包括如下的四类：电阻型潮流控制器、DC-DC变换器型、辅助电压源型和线间直流潮流控制器，它们的引入很好的解决了直流线路潮流不可控的问题。而多电压等级的直流电网互联已经成为未来直流电网的发展趋势，目前互联多个不同电压等级的直流网络主要是以多端口DC/DC变换器为主，大致可分为如下的三类：多端口有源桥式DC/DC变换器、多端口LCL谐振式DC/DC变换器和基于MMC的多端口DC/DC变换器。都有各自的优势以及应用的领域，但也存在着一定的不足之处，如有源桥式DC/DC变换器更加适用于低压领域，LCL谐振式DC/DC变换器各直流端口之间变比受限，基于MMC的多端口DC/DC变换器成本高损耗大。

发明内容

本发明的目的是从潮流控制的角度出发，从简单直流电网中的潮流控制器，推广出多端口串联结构的直流潮流控制器，有效的解决了直流电网潮流不可控问题的基于MMC的串联多端口直流潮流控制器。

本发明步骤是：

步骤1：通过分析多端口潮流控制器的几种拓扑结构，选用一种最适合同时互联多直流电压等级的结构；

步骤2：建立该拓扑结构的内部模型；

步骤3：构建含有SM-DCPFC的多电压等级直流电网模型，通过对直流电网的潮流分析，计算出SM-DCPFC端口电压与线路潮流关系，构建内外环控制模型，通过对SM-DCPFC的控制，实现多直流电压等级互联及线路潮流的控制；

步骤4：通过仿真验证了该多端口潮流控制器能够在多种情况下都能够实现对线路潮流的灵活控制。

本发明多端口潮流控制器可以被具体的设计为如下的四类：开网、星型网、闭网和辐射网。

本发明通过对共同点及不同点的比较，从成本及控制难易程度和稳定性方面考虑，选用的星型拓扑结构每个端口的内部模型，其实质是采用了由全桥子模块所组成的模块化多电平换流器，拥有电压电流双向运行能力，能够满足系统潮流控制的要求。

本发明多直流电压等级互联及线路潮流的控制过程是：

步骤301：建立含有SM-DCPFC的多电压等级环型直流电网拓扑结构；

步骤302：根据系统结构，得到该直流系统的潮流分布情况，进而分析出每个端口电压与线路潮流之间满足的关系；

得到线路的潮流分布情况如下式所示: