一种分布式直流潮流控制器的制作方法

1.本发明属于直流输电技术领域，具体地说是一种分布式直流潮流控制器。


背景技术：

2.直流电网是在多端直流输电系统的基础上，形成具有“网孔”的、冗余度和可靠性较高的系统。对于含有n个换流站的直流系统，系统的控制自由度为n
‑
1。如果支路数超过n
‑
1，那么将无法通过控制换流站来实现线路潮流的独立控制。在含有“网孔”的直流系统中，支路数必然要超过n
‑
1。在这种情况下，系统很容易发生潮流分布不合理的情况，严重时甚至危害系统的可靠运行。因此，需要引入额外的直流潮流控制设备，通过增加控制自由度来实现对直流电网内线路潮流的有效控制。
3.由于直流电网中不存在交流电网中的电抗、相角和无功功率等物理量，因此对于直流潮流的控制只能通过改变线路电阻或是改变直流电压来实现。现有的直流潮流控制器(dcpfc)从原理上可简单分为调节线路电阻和调节直流电压两种。调节线路电阻的方式需要消耗有功功率，损耗较大，经济性较差，一般不予采用。调节直流电压又可以分为dc/dc变换器型dcpfc、串联电压源型dcpfc以及线间dcpfc三种，其中，dc/dc变换器型dcpfc造价较高，串联电压源型dcpfc所涉变压器制造困难，线间dcpfc控制复杂。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种分布式直流潮流控制器，使其不仅具有现有直流潮流控制器的优点，而且分布式的结构可有效减少占地面积、提升系统运行可靠性、减少设备故障后的检修周期；同时，利用储能的能量时间平移能力，以有效减少控制复杂度。
5.为此，本发明采用如下的技术方案：一种分布式直流潮流控制器，其包括1个潮流控制单元和至少4个开关；
6.所述的分布式直流潮流控制器接入一含有n条直流线路的直流母线单元，n≥2；所述的潮流控制单元的一端与开关i2和开关j2的一端相连，并连接于直流母线，潮流控制单元的另一端与开关i1和开关j1的一端相连，开关i1的另一端和开关i2的另一端相连，并连接于直流线路i，开关j1的另一端和开关j2的另一端相连，并连接于直流线路j。
7.进一步地，所述的开关由快速机械开关k和两个串联的igbt管t1和t2并联组成，两个igbt管t1和t2含反并联二极管。
8.更进一步地，2个igbt管t1、t2的基极均接收外部设备提供的控制信号。
9.进一步地，所述的潮流控制单元由m个潮流控制子模块串联构成，其中，1≤m≤m
c
，m
c
由以下公式决定：
[0010][0011]
其中，u
pf0
为潮流控制单元正常运行的最大电压，u
c0
为潮流控制子模块输出的额定
电压，floor为向下取整函数。
[0012]
进一步地，所述的潮流控制子模块包括避雷器mov、快速机械开关s、双向晶闸管tbs、igbt及其反并联二极管、电容c、电感l和储能；
[0013]
所述潮流控制子模块的一端与避雷器mov、快速机械开关s和双向晶闸管tbs的一端相连，潮流控制子模块的另一端与避雷器mov、快速机械开关s和双向晶闸管tbs的另一端相连；潮流控制子模块的一端与igbt管g1的发射极和igbt管g3的集电极相连，igbt管g1的集电极与igbt管g2的集电极、igbt管g5的集电极和电容c的一端相连，igbt管g3的发射极与igbt管g4的发射极、igbt管g6的发射极、电容c的另一端和储能的负极相连，igbt管g2的发射极与igbt管g4的集电极相连，同时与潮流控制子模块的另一端相连，igbt管g5的发射极与igbt管g6的集电极、电感l的一端相连，电感l的另一端与储能的正极相连。
[0014]
更进一步地，6个igbt管g1～g6的基极均接收外部设备提供的控制信号。
[0015]
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0016]
本发明与现有直流潮流控制器相比，能够有效减少占地面积、提升系统运行可靠性、减少设备故障后的检修周期，有效避免igbt串联运行的情况，降低触发一致性要求；同时，利用储能的能量时间平移能力，能够有效减少控制复杂度。
附图说明
[0017]
图1为本发明分布式直流潮流控制器的结构示意图；
[0018]
图2为本发明开关的内部结构示意图；
[0019]
图3为本发明潮流控制单元的内部结构示意图；
[0020]
图4为本发明潮流控制子模块的内部结构示意图；
[0021]
图5为本发明另一种分布式直流潮流控制器的结构示意图。
具体实施方式
[0022]
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
[0023]
图1给出了一个含有ac/dc变换器以及n(n≥2)条直流线路的直流母线单元，且直流潮流控制器接入直流线路i和支流线路j。从图中可以看出，分布式直流潮流控制器，包括1个潮流控制单元和4个开关。其中，潮流控制单元的一端与开关i2和开关j2的一端相连，并连接于直流母线，潮流控制单元的另一端与开关i1和开关j1的一端相连，开关i1的另一端和开关i2的另一端相连，并连接于直流线路i，开关j1的另一端和开关j2的另一端相连，并连接于直流线路j。
[0024]
图2给出了开关的内部结构示意图。开关由快速机械开关k和两个串联的含反并联二极管的igbt管t1和t2并联组成。开关的作用是实现潮流控制单元在直流线路i和直流线路j之间的接入转换。快速机械开关k不需要具备拉弧分断能力，因此具有快速性。igbt管t1和t2的基极均接收外部设备提供的控制信号。
[0025]
图3给出了潮流控制单元的内部结构示意图。潮流控制单元由m个潮流控制子模块串联构成，其中，1≤m≤m
c
，m
c
由以下公式决定：
[0026][0027]
其中，u
pf0
为潮流控制单元正常运行的最大电压，u
c0
为潮流控制子模块输出的额定电压，floor为向下取整函数。
[0028]
潮流控制单元是潮流控制器的核心部分，起到潮流调节的作用。本发明所指的分布式，正是体现在m个潮流控制子模块上。每个潮流控制子模块相同，可以分散布置于直流线路上，不需要集中布置。
[0029]
图4给出了潮流控制子模块的内部结构示意图。潮流控制子模块包括避雷器mov、快速机械开关s、双向晶闸管tbs、igbt及其反并联二极管、电容、电感、储能等设备。潮流控制子模块的一端与避雷器mov、快速机械开关s、双向晶闸管tbs的一端相连，潮流控制子模块的另一端与避雷器mov、快速机械开关s、双向晶闸管tbs的另一端相连。潮流控制子模块的一端与igbt管g1的发射极、igbt管g3的集电极相连，igbt管g1的集电极与igbt管g2的集电极、igbt管g5的集电极、电容c的一端相连，igbt管g3的发射极与igbt管g4的发射极、igbt管g6的发射极、电容c的另一端、储能的负极相连，igbt管g2的发射极与igbt管g4的集电极相连，同时与潮流控制子模块的另一端相连，igbt管g5的发射极与igbt管g6的集电极、电感l的一端相连，电感l的另一端与储能的正极相连。igbt管g1～g6的基极均接收外部设备提供的控制信号。
[0030]
分布式潮流控制器除连接于两条直流线路外，还可以连接至多条直流线路，图5给出了分布式潮流控制器连接于四条直流线路的示意图。从图中可以看出，潮流控制单元的一端与开关h2、开关i2、开关j2和开关k2的一端相连，并连接于直流母线，潮流控制单元的另一端与开关h1、开关i1、开关j1和开关k1的一端相连，开关h1的另一端和开关h2的另一端相连，并连接于直流线路h，开关i1的另一端和开关i2的另一端相连，并连接于直流线路i，开关j1的另一端和开关j2的另一端相连，并连接于直流线路j，开关k1的另一端和开关k2的另一端相连，并连接于直流线路k。
[0031]
通过上述优选实施例已经对本发明的技术方案做了进一步的详细介绍，但应该强调的是，以上所述具体实施方式不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，在不脱离本发明的技术方案的思想前提下，对于本发明做出的多种修改、替换、润饰都将是显而易见的，都应视为本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。