[發(fā)明專利]一種具備直流潮流與短路控制的復(fù)合裝置及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710341926.0
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN107196287B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳武;葉晗
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J1/00
• 分類號(hào): H02J1/00;H02J1/04;H02H7/26
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種直流電網(wǎng)用的具備直流潮流控制與直流短路控制的復(fù)合裝置及其控制方法，復(fù)合控制裝置包括：潮流控制裝置，其包括一對耦合電感、四個(gè)開關(guān)管、四個(gè)二極管和兩個(gè)電容；短路控制裝置，其包括兩個(gè)高壓快速機(jī)械開關(guān)、三個(gè)避雷器和三個(gè)開關(guān)管。所述第一電容作為第一可調(diào)電壓源串聯(lián)在第一條輸電線路中，第二電容作為第二可調(diào)電壓源串聯(lián)在第二條輸電線路中，用于潮流控制；快速機(jī)械開關(guān)分別串聯(lián)在兩條線路的出線端；三個(gè)避雷器分別和三個(gè)開關(guān)管并聯(lián)，用于控制短路電流。正常情況下，潮流控制裝置投入工作，控制線路潮流；一旦發(fā)生短路，潮流部分閉鎖，短路電流控制裝置投入工作。本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)靈活的潮流調(diào)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)的短路電流控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于多端直流輸電場合，特別是涉及一種具備直流潮流與短路控制的復(fù)合裝置及其控制方法 。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗和環(huán)境問題的日益加劇，清潔可持續(xù)能源的發(fā)展和應(yīng)用逐漸引起了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的電網(wǎng)消納能力有限，加之新能源發(fā)電的間歇性和不確定性，以至于新能源發(fā)電效率不高。為此，我們需要一種新的電力設(shè)備、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行技術(shù)來適應(yīng)大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)。在此需求下，多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術(shù)變應(yīng)運(yùn)而生。

高壓柔性直流輸電技術(shù)因此經(jīng)濟(jì)性好、傳送距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)成為解決分布式電源并網(wǎng)和構(gòu)建新型電網(wǎng)的研究熱點(diǎn)。多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，用于滿足多電源供電和多落點(diǎn)受電的需求。然后，對于一個(gè)確定拓?fù)涞闹绷飨到y(tǒng)，N個(gè)獨(dú)立的換流站可以對N-1條支路進(jìn)行有效的潮流控制；而對系統(tǒng)中超出N-1條線路上的潮流無法控制，因此需要引入潮流控制器來實(shí)現(xiàn)潮流的調(diào)節(jié)。由于直流電網(wǎng)不存在交流系統(tǒng)中的無功、電抗和相角，只需要改變電壓和電阻值便能實(shí)現(xiàn)潮流調(diào)節(jié)，所以已有的潮流控制器主要分為電阻型和電壓型兩類。電阻型控制器方案和結(jié)構(gòu)比較簡單，但潮流只能實(shí)現(xiàn)單向調(diào)節(jié)，且通態(tài)損耗較大；電壓型控制器一般分為三類，直流變壓器、串聯(lián)可調(diào)電壓源和線間潮流控制器。在線路中串入直流變壓器可以實(shí)現(xiàn)線路電壓的改變進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)，但是其需要承受系統(tǒng)級(jí)的高壓和大功率，增加了成本和系統(tǒng)的復(fù)雜性；在系統(tǒng)串入可調(diào)電壓源，不需要承受高電壓，但是其需要外部電源與之交互。為了略去串聯(lián)可調(diào)電壓源方案中額外的電源，研究人員提出了線間潮流控制器。通過設(shè)計(jì)合理的方案，使得潮流在不同線路之間實(shí)現(xiàn)傳遞，從何實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

另外，直流電網(wǎng)的線路阻抗很小，較小的電壓變化會(huì)引起很大，因此發(fā)展直流電網(wǎng)快速限流和短路切斷裝置是直流電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。目前已有的短路限流裝置主要應(yīng)用于交流電網(wǎng)，大部分利用交流電流的自然過零點(diǎn)進(jìn)行分?jǐn)唷５牵捎谥绷麟娋W(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，不存在自然過零點(diǎn)，所以分?jǐn)嚯y度很大，很難滿足安全性和可靠性的要求。目前已有的研究主要是基于電力電子技術(shù)的混合型直流斷路器和通過在電網(wǎng)中串入限流電路來限制故障電流峰值和電流上升率等。

然而，目前基于直流潮流控制和短路控制的裝置研究和運(yùn)行都相對獨(dú)立，很少涉及短路和潮流復(fù)合控制，因此存在成本相對較高、體積較大以及不便統(tǒng)一控制等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明針對多端直流輸電系統(tǒng)中的潮流控制和短路控制問題，提出一種直流電網(wǎng)用的具備直流潮流控制與直流短路控制的復(fù)合裝置及其控制方法，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種具備直流潮流與短路控制的復(fù)合裝置，包括潮流控制裝置和短路控制裝置，所述潮流控制裝置和短路控制裝置有一個(gè)直流輸電端口及兩條與所述直流輸電端口并聯(lián)的輸電線路，其特征在于：所述潮流控制裝置包括耦合電感L1和L2、電容C1和C2、四個(gè)開關(guān)管Q1~Q4、四個(gè)二極管Db1~Db4；所述短路控制裝置，包括兩個(gè)高壓快速機(jī)械開關(guān)UFD1和UFD2、三個(gè)避雷器SA1~SA3和三個(gè)開關(guān)管MB1~MB3；