[发明专利]含双向晶闸管的宽范围可控变压器的动态潮流控制方法

摘要

本发明公开了一种基于含双向晶闸管的宽范围可控变压器的动态潮流控制装置，由可控变压器、功率单元、测量与控制模块、交叉相转换模块、滤波电容、输入输出电压互感器和输出电流互感器构成，动态潮流的控制方法是利用迅速导通、关断的电力电子开关，控制宽范围可控变压器输出侧(副边)分接头的导通与关断，在宽范围可控变压器每相分接头侧串入另外两相绕组，同时增加四个双向晶闸管改变交叉相绕组导通方向，从而最大范围改变可控变压器输出电压的相位、幅值，实现了有功功率和无功功率的调节，由于对宽范围可控变压器的分接头导通进行控制，从而实现对电力网的动态潮流进行调节控制，本发明具有成本低，动态潮流的控制可靠性高的特点。

主权项

1.一种基于含双向晶闸管的宽范围可控变压器的动态潮流控制装置进行动态潮流控制方法，该装置包括：宽范围可控变压器(1)、测量与控制模块(2)、第一功率单元(3)和第二功率单元(4)、交叉相转换模块(5)、第三滤波电容(6)和第四滤波电容(7)、输入电压互感器(8)、输出电压互感器(9)和输出电流互感器(10)，其特征在于，所述的宽范围可控变压器的副边包含主接头“1”、正分接头“1+N”和负分接头“1‑N”；所述的第一功率单元由第一组功率管、第二组功率管、第一滤波电感和第一滤波电容组成，所述的第一组功率管和第二组功率管均由2个绝缘栅双极型晶体管反向串联构成，所述的第一组功率管的一端与所述的宽范围可控变压器副边的正分接头“1+N”相连，第二组功率管的一端与所述的宽范围可控变压器副边的负分接头“1‑N”相连，所述的第一组功率管和第二组功率管的另一端与所述的第一滤波电感的一端相连，该第一滤波电感的另一端与所述的交叉相转换模块的输入端相连，所述的第一滤波电容接在所述的宽范围可控变压器副边的正分接头“1+N”和负分接头“1‑N”之间，所述的第一组功率管和第二组功率管的控制端与所述的测量与控制模块相应的控制端相连；所述的第二功率单元由第三组功率管、第四组功率管、第二滤波电感和第二滤波电容组成，所述的第三组功率管和第四组功率管均由2个绝缘栅双极型晶体管反向串联构成，所述的第三组功率管的一端与所述的交叉相转换模块的第一输出端相连，第四组功率管的一端与所述的交叉相转换模块的第二输出端，即交叉相转换模块的输入端相连，所述的第三组功率管和第四组功率管的另一端同时与所述的第二滤波电感的一端相连，该第二滤波电感的另一端与所述的输出电流互感器的一端相连，所述的第二滤波电容接在所述的交叉相转换模块的输出端之间，所述的第三组功率管和第四组功率管的控制端与所述的测量与控制模块的相应的控制端相连；所述的交叉相转换模块由所述的宽范围可控变压器的副边正分接头、负分接头组成的绕组和第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管、第四双向晶闸管组成；所述的第三滤波电容的一端和所述的宽范围可控变压器的副边的主接头“1”连接，另一端和所述的第一滤波电感连接；所述的第四滤波电容的一端和所述的第一滤波电感连接，另一端和所述的第二滤波电感连接；所述的输入电压互感器，一侧与所述的宽范围可控变压器的原边输入电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块的电压信号输入端口相连；所述的输出电压互感器，一侧与所述的宽范围可控变压器副边输出电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块的电压信号输入端口相连；所述的输出电流互感器串接在宽范围可控变压器的输出主电路中，其电流信号输出端与所述的测量与控制模块的电流信号输入端口相连；所述的测量与控制模块的控制信号的输出端分别与所述的第一功率单元的第一组功率管和第二组功率管的控制端、第二功率单元的第三组功率管和第四组功率管的控制端及所述的第一双向晶闸管、第二双向晶闸管、第三双向晶闸管和第四双向晶闸管的控制端相连，该测量与控制模块的输入端接电压、电流测量器件的输出端，该测量与控制模块与上位机相连；该方法包括如下步骤：步骤1、设宽范围可控变压器三相输入电压分别为：Vain＝V1sin(ω0t)Vbin＝V1sin(ω0t+120°)Vcin＝V1sin(ω0t‑120°)其中，Vain为A相输入电压，Vbin为B相输入电压，Vcin为C相输入电压，后文电压、电流均为单相值；步骤2、测量与控制模块(2)对测量与控制进行初始化，接收上位机给定的无功功率的给定值Q0和有功功率的给定值P0；步骤3、测量与控制模块(2)接收输入电压互感器(8)、输出电压互感器(9)和输出电流互感器(10)分别输入的输入电压、输出电压、输出电流、输出电压与输出电流的夹角β，设输入电压幅值为Vin，输出电压幅值为Vout，输出电流幅值为I，接收远方电网电压V电网2的信息和输电线路电抗值L：V电网2＝V2sin(ω0t+α),其中V2为远方电网电压V电网2幅值，α为远方电网电压V电网2相角；计算实测的有功功率P、无功功率Q，公式如下：步骤4、计算宽范围可控变压器的输出电压相角θ和输出电压幅值Vout，公式如下：其中：L为输电线路的电抗值，ω0为50或60Hz所对应的角频率；步骤5、计算脉宽调制占空比：根据宽范围可控变压器输入电压幅值Vin，输出电压相角θ和输出电压幅值Vout，按下列公式计算绝缘栅双极型晶体管的脉宽调制信号中的第一功率单元(3)占空比控制信号D1和第二功率单元(4)占空比控制信号D2；Vout＝Vin*{[(1+N)D1+(1‑N)(1‑D1)]+K1(ND2∠240°‑ND2∠120°)+K2(ND2∠120°‑ND2∠240°)}其中：N为宽范围可控变压器分接头变比；K1为第一双向晶闸管Sa1和第三双向晶闸管Sa3开关信号，K2为第二双向晶闸管Sa2和第四双向晶闸管Sa4开关信号，此控制信号有两种工作状态：(1)当电压相角θ取“+”时，K1＝1，K2＝0，第一双向晶闸管Sa1和第三双向晶闸管Sa3导通，第二双向晶闸管Sa2和第四双向晶闸管Sa4关断，两相绕组正向导通；(2)当电压相角θ取“‑”时，K1＝0，K2＝1，第一双向晶闸管Sa1和第三双向晶闸管Sa3关断，第二双向晶闸管Sa2和第四双向晶闸管Sa4导通，两相绕组反向导通；步骤6、根据脉宽调制占空比D1和D2，输出绝缘栅双极型晶体管脉宽调制信号控制绝缘栅双极型晶体管的导通；步骤7、重复步骤3)至6)，根据所获得的脉宽调制占空比D1和D2，通过控制绝缘栅双极型晶体管的导通实现对电网的动态潮流的调节控制。