[發(fā)明專(zhuān)利]一種具備直流潮流控制的直流變壓器系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111476863.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114069595A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建文;劉禹聞;周劍橋;施剛;梁克靖;王晗;蔡旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J1/10
• 分類(lèi)號(hào): H02J1/10;H02J3/06;H02J3/36
• 代理公司: 南京禹為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 沈鑫

本發(fā)明公開(kāi)了一種具備直流潮流控制的直流變壓器系統(tǒng)及其控制方法，包括：模塊化多電平直流變壓器；嵌入變壓器中的多端口直流潮流控制模塊與所述模塊化多電平直流變壓器通過(guò)整流器進(jìn)行連接。本發(fā)明將多端口潮流控制模塊內(nèi)嵌于直流變壓器，通過(guò)兩者之間的耦合實(shí)現(xiàn)能量平衡，不需要對(duì)直流潮流控制模塊單獨(dú)供電，潮流控制模塊串聯(lián)在直流線路上，無(wú)需承擔(dān)系統(tǒng)級(jí)功率；本發(fā)明具有裝置成本低、占地面積小、潮流控制范圍廣等優(yōu)勢(shì)；本發(fā)明中的多端口直流潮流控制模塊具備模塊化的特點(diǎn)，通過(guò)增加直流潮流控制模塊中并聯(lián)的斬波器數(shù)量，可快速、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)直流輸出端口的拓展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸配電技術(shù)、電力電子的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具備直流潮流控制的直流變壓器系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)相比，具有電能質(zhì)量高、控制靈活和電能損耗低等優(yōu)點(diǎn)。隨著柔性直流輸配電技術(shù)的發(fā)展，為提高直流電網(wǎng)的控制靈活性及供電可靠性，充分利用直流系統(tǒng)易于多端饋入、多端成網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)直流電網(wǎng)將是環(huán)狀、網(wǎng)狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

但是，環(huán)狀、網(wǎng)狀直流電網(wǎng)的發(fā)展提出了同電壓等級(jí)線路潮流控制和不同電壓等級(jí)線路互聯(lián)的需求。一方面，網(wǎng)狀多端直流系統(tǒng)內(nèi)包含多種不同電壓等級(jí)的線路，需要進(jìn)行不同直流電壓等級(jí)的變換；另一方面，在網(wǎng)狀多端直流電網(wǎng)中，直流線路潮流取決于換流器的控制及線路阻抗。當(dāng)線路數(shù)大于或等于換流站個(gè)數(shù)時(shí)，系統(tǒng)潮流控制能力不足，線路潮流按照線路阻抗自然分配，容易引起部分線路損耗較大甚至過(guò)載的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，通常用高變比直流變壓器實(shí)現(xiàn)直流電壓的變換和不同電壓等級(jí)線路的互聯(lián)；通過(guò)在直流系統(tǒng)中加入直流潮流控制器(DC Power Flow Controller，DCPFC)來(lái)優(yōu)化直流潮流分配。

現(xiàn)有的直流潮流控制器可以分為電阻型潮流控制器和電壓型潮流控制器，其中電壓型潮流控制器又可以進(jìn)一步分為變壓器型、可控電壓源型和線間潮流控制器；電阻型潮流控制器通過(guò)在線路中串入可變電阻來(lái)改變系統(tǒng)潮流，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但是只能單向調(diào)節(jié)，且需要大容量散熱設(shè)備；變壓器型直流潮流控制器通過(guò)在線路中并入直流變壓器，調(diào)節(jié)端口電壓以控制線路潮流。其優(yōu)勢(shì)在于控制方式簡(jiǎn)單，可以雙向調(diào)節(jié)，具有故障隔離能力，但是潮流控制器需要承擔(dān)線路上全部的電壓和功率，增加了損耗，且設(shè)備成本高。串聯(lián)電壓源型潮流控制器克服了變壓器型潮流控制器的缺點(diǎn)，通過(guò)在線路中串聯(lián)小容量的受控電壓源來(lái)改變直流線路電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)潮流的靈活控制。串聯(lián)電壓源型潮流控制器無(wú)需承擔(dān)全電壓及全功率，但是需要外部電源供電以及高電壓隔離；線間潮流控制器通過(guò)在不同線路間建立能量耦合通道，無(wú)需外部供電即可對(duì)不同線路的電潮流進(jìn)行控制，但是，線間潮流控制器需要滿足多端口之間的能量平衡約束條件，因此潮流控制能力依然受限。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有技術(shù)中潮流控制能力無(wú)法兼顧多方面的要求而達(dá)到最好的效果。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：模塊化多電平直流變壓器；嵌入變壓器中的多端口直流潮流控制模塊與所述模塊化多電平直流變壓器通過(guò)整流器進(jìn)行連接。

作為本發(fā)明所述的具備直流潮流控制的直流變壓器系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述多端口直流潮流控制模塊包括所述整流器、公共連接母線電容和多個(gè)共享同一公共連接母線且彼此互相并聯(lián)的斬波器，三者通過(guò)直流母線進(jìn)行連接；所述多端口直流潮流控制模塊和直流輸出線路通過(guò)所述斬波器進(jìn)行連接。

作為本發(fā)明所述的具備直流潮流控制的直流變壓器系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案，其中：所述模塊化多電平直流變壓器的類(lèi)型包括中高頻隔離變壓器的隔離型直流變壓器。