[发明专利]具有不同的输电相位角提前和延迟的输电线路功率潮流控制器

说明书

本发明涉及控制交流输电线路的功率潮流的装置，特别涉及这样一种装置，即通过控制输电线路阻抗、输电线路上的电压幅度和/或电压相位角，为输电线路上双向传输的最大功率潮流提供不同程度的控制，以及提供单向的功率潮流控制。

美国专利5343139号中描述了一种通用功率潮流控制器，也称“标准功率潮流控制器(UPFC)”。该控制器通过在输电线路上串联注入一个幅度和相位角可控的电压，来改变其有效输电线路电压、阻抗和相位角，从而达到控制线路中的有功和无功潮流的目的。

标准功率潮流控制器(美国专利号5343139)可以在一个-σmax≤σ≤+σmax的范围内将现有的输电相位角既可以提前也可以延迟一个相位移动角。尽管在一些实际应用中例如在许多要求功率潮流方向改变及传输相位角的单向改变、提前和延迟的实际应用中，UPFC的一般性能可以满足需要，比较令人满意。但在这些应用中，UPFC的固态逆变换器并没有得到很好的使用。因为在给定的额定功率MVA下，相位角的可控范围是σmax≤σ≤+σmax，也就是相位角的最大改变可以达到σmax的两倍，但是实际上用来仅仅在正范围0≤σmax或负范围σmin≤0内控制相位角，也就是说，相位角的最大改变仅为σmax。因为所需的额定功率MVA与可控制的范围是成正比的，很容易看出UPFC的固态变换器只使用了50％。

因此，需要一个经过改进的更有效的UPFC应用于输电线路功率潮流控制，尤其是在一些实际应用中，只要求单向传输功率潮流相位角提前和延迟或者双向传输功率潮流最大提前和延迟相位角程度不同，必须考虑UPFC在相位角最大控制范围内的完全利用。

本发明的目的是提供一种输电线路功率潮流控制器，提高UPFC的固态变换器的效率，充分，完全地利用UPFC。

本发明满足了在要求单向输电相位角提前和延迟或者最大提高和延迟相位角不同的实际应用中，在相位角的全部控制范围内，UPFC可以得到完全利用。本发明中的功率潮流控制器的基本构思是提供一个固定或可选的相位提前或延迟，使用UPFC在所要求全部控制范围内改变(增加或减少)该固定相位角。本发明的功率流量控制器包括：转换功率变换器，可以产生一个相对于输电线路电压幅度和相位角可控的电压；偏压产生装置，可以产生一个相对于输电线路电压具有预定相位角的偏压；耦合装置，可以把功率变换器产生的可控电压和偏压进行矢量叠加，其合成电压与输电线路电压串联地加到输电线路上。

一种功率潮流控制器，用于对在一交流输电线路的两端之间流动的电功率潮流进行控制，该输电线路以一选定的输电线路电压和一基础频率传输交流电；所述控制器包括：转换功率变换器装置，产生一个以所述交流电的所述基频为频率、具有和所述输电线路电压相关的可控幅度及相位角的可控交流电压；其特征在于，偏压发生装置，产生一个以所述交流电的所述基频为频率、具有一个与所述输电线路电压的相位角相关的预定相位角的交流偏压，该交流偏压具有一个预定的幅度值；耦合装置，用于对所述可控交流电压和所述交流偏压进行矢量叠加，以产生一个合成电压，并将该合成电压串联加载到所述输电线路的所述输电线路电压上；以及控制装置，在所述基频上对由所述转换功率变换器产生的可控交流电压的可控幅度和相位角进行控制，使之达到与所述输电线路电压相关的某一幅度和任意相角，同时还可以和所述偏压一起或单独使用，选择地调整所述输电线路的有效阻抗、所述输电线路的所述两端电压的有效相位角以及输电线路电压的幅度，从而实现在两个不相等的最大功率潮流控制边界值之间对所述输电线路中的功率潮流进行控制。

在本发明的最佳实施例中，偏压与输电线路电压相位正交，这可以通过一个并联变压器来实现，该变压器有三相的三角形连接的初级线圈，和三条输电线路的相导线相连，所以，次级线圈的相电压与输电线路中相应的相与零线之间的电压正交。另一个理想的情况是，耦合装置是一个变压器，来自功率变换器的可控电压和偏压串联于次级三相绕组上，初级线圈与输电线路串接。

控制装置用来控制由功率变换器产生的可控电压的可控幅度和相位角，使之达到某一个幅度值和与输电线路电压相关的任意相位角，在偏压设定的范围内和范围偏压一起或单独使用，有选择地调整输电线路两端电压之间的有效阻抗、输电线路电压幅度和相位角。在本发明最佳实施例中，偏压与输电线路电压相位正交，控制装置控制由功率变换器产生的可控电压的幅度，使之不大于偏压的幅度，从而使变换器在控制单向功率潮流中得到完全使用。

结合以下附图，阅读下列对最佳实施例的描述，可以充分理解本发明。

图1是根据本发明所作的与输电线路相连的功率潮流控制器的单线图例。

图1A是图1功率潮流控制器的三相实现图解。