[發明專利]一種適用于多端直流輸電系統的直流潮流控制器

有效

• 申請號: 201510536700.7
• 申請日: 2015-08-27
• 公開（公告）號: CN105162106B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 陳武;朱旭
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種直流潮流控制器，屬于電力電子技術領域，主要應用于多端直流輸電場合。

背景技術

隨著大規模新能源電力的不斷發展，海上風力發電技術已越來越成熟。由于海上風電場的分布較為松散，且陸上負荷中心也大多分布在不同區域，使得傳統的交流電網在接納和輸送大規模、遠距離的海上風電時受到經濟和技術條件的限制。相比于高壓交流(highvoltage direct current，HVDC)輸電技術，高壓直流輸電技術因其經濟性好、輸送距離遠等優點正受到研究人員的重點關注。

高壓直流輸電技術的早期形態是基于晶閘管等半控型器件的點對點兩端直流輸電系統，隨著電力電子技術的快速發展，學者們提出了由全控型器件構成的基于電壓源換流器(voltage sourceconverter，VSC)的多端直流輸電系統(multi-terminal direct current，MTDC)。相比于前者，VSC-MTDC系統具有不存在換相失敗、有功和無功調節能力較好以及輸送海上風電場的功率較靈活等優點，故其應用前景較好。

目前，國內外對多端直流輸電系統的研究仍處于起步階段，有許多問題尚待解決，其中之一就是多端直流輸電系統中的直流潮流控制問題。隨著系統中端數的增加和網絡結構的復雜化，直流潮流控制問題也將趨于復雜化。為此，研究人員提出了在多端直流系統中引入潮流控制器的方法來達到有效控制直流潮流的目的。由于直流系統中不存在交流系統中的無功功率、電抗和相角，所以在多端直流輸電系統中只能通過改變輸電線路電阻和直流電壓來實現對直流潮流的控制。在改變線路電阻方面，主要有可變電阻器的方案，該方案結構和控制比較簡單，但潮流只能單向調節，并且電阻上會有附加的損耗。在改變直流電壓方面主要有三類：直流變壓器、串聯可調電壓源、線間直流潮流控制器。在線路中串入直流變壓器，不僅可以控制直流潮流，還可以隔離故障電流以及連接不同電壓等級的電網，但是會承受系統級的高電壓以及流過系統級的大功率，增加了成本和復雜性。正是由于直流變壓器具有上述缺陷，故學者們提出在線路中串入可調電壓源來控制潮流的方法。可調電壓源不需要承受系統級的高電壓，設備投入少，損耗低，但是需要額外的電源與之產生功率的交換。

為了略去串聯可調電壓源方案中的額外的電源，研究人員提出了利用功率在線路之間傳輸來控制潮流的方案。如阿爾斯通公司的C D Barker等提出的電流潮流控制器以及東南大學陳武副教授等提出的線間直流潮流控制器。然而C D Barker等提出的電流潮流控制器方案僅通過一個電容頻繁地接入兩條不同的線路來控制潮流，該電容頻繁地進行充放電，對電容的使用壽命將產生影響，且潮流控制器所接入的端口處的電壓也將因此產生波動，這對系統的運行也是不利的。此外，陳武副教授等提出的線間直流潮流控制器方案是在兩條線路中各串入一個電容，通過功率在兩條線路之間的流動來控制潮流，然而該拓撲受到線路潮流的流向限制，當線路潮流反轉時，該潮流控制器就無法工作。

發明內容

本發明針對多端直流輸電系統中直流潮流控制的技術要求，提出一種可實現線路潮流反轉的線間直流潮流控制器，應用于多端直流輸電場合。

本發明的技術方案是：一種適用于多端直流輸電系統的直流潮流控制器，所述多端直流輸電系統包括一個直流輸電端口及兩條與所述直流輸電端口并聯的輸電線路；所述直流潮流控制器包括電容C₁和電容C₂，所述電容C₁作為可調電壓源V_c1串聯在第一條輸電線路中，所述電容C₂作為可調電壓源V_c2串聯在第二條輸電線路中；所述直流潮流控制器還包括旁路開關S₁和旁路開關S₂，所述旁路開關S₁與可調電壓源V_c1并聯，旁路開關S₂與可調電壓源V_c2并聯；當旁路開關S₁和旁路開關S₂都閉合時，直流潮流控制器被旁路，不參與直流潮流調節；當旁路開關S₁和旁路開關S₂都打開時，直流潮流控制器參與直流潮流調節；