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新型线间直流潮流控制器

更新时间：2019-12-24 16:36:09 大小：1M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：直流潮流控制器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中,仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮流进行控制,因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布.首先对现有的4类直流潮流控制器进行了原理介绍和优缺点分析,然后提出了一种新型线间直流潮流控制器.新拓扑具有以下优点:需要的开关器件和驱动更少;拓扑结构更简单;控制更简单.最后,在PLECS中搭建了一个三端直流输电系统,通过仿真验证了新拓扑的有效性.

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,
Vol.42 No.12 June 25 2018  
第
卷
42  
第
期
年
月
6
日
25  
ꢀ
1 2 ꢀ20 1 8  
:
/
DOI 10.7500 AEPS201 71029003  
新型线间直流潮流控制器  
,
,
,
,
张书鑫 李彬彬 毛舒凯 王 卫 徐殿国  
ꢀ
(
,
)
1 50001  
哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 黑龙江省哈尔滨市  
:
,
摘要 在含有网孔的多端直流输电系统或直流电网中 仅靠控制换流站难以实现对特定线路的潮  
,
。
流进行控制 因此需要引入直流潮流控制器来改善潮流分布 首先对现有的 类直流潮流控制器  
4
,
。
:
进行了原理介绍和优缺点分析 然后提出了一种新型线间直流潮流控制器 新拓扑具有以下优点  
;
;
。
,
中搭建了一个三端  
PLECS  
需要的开关器件和驱动更少 拓扑结构更简单 控制更简单 最后 在  
,
。
直流输电系统 通过仿真验证了新拓扑的有效性  
:
;
;
;
关键词 多端直流输电 直流电网 直流潮流控制器 线间直流潮流控制器  
,
,
因此 为了改善直流潮流的分布 需要引入额外  
引言  
0ꢀ  
,
(
的直 流 潮 流 控 制 设 备 即 直 流 潮 流 控 制 器  
DC  
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  
随着环境污染以及传统化石能源紧缺等问题的  
,
)。  
ower flow controller DCPFC  
p
,
日益严重 清洁的可再生能源开发和利用越来越受  
、
。
,
,
到人们的重视 然而 常见的可再生能源 例如风能  
,
量 因此对于直流潮流的控制只能通过改变线路电  
,
,
和太阳能等 具有较强的间歇性和随机性 这使得传  
。
[
5-6  
]
分别给出  
阻或是改变直流电压来实现 文献  
。
统电网在接纳可再生能源时受到诸多限制 基于电  
。
,
了改变线路电阻的两种思路 在改变电压方面 目  
(
,
)
的多端  
volta e source converter VSC  
压源换流器  
g
[
]
6-8  
/
、
串联电压源  
前主要有  
型
变换器型  
DC DC  
DCPFC  
柔性直流输电技术和直流电网技术是解决大规模可  
[ ,  
5 9-1 1  
]
[
]
1 2-20  
,
以及线间  
三种 它们各  
]
再生能源接纳问题的有效技术手段[  
DCPFC  
DCPFC  
1-2  
。
,
目前 国际  
。
自适用的场合有所不同  
,
上关于具体的直流电网的定义还没有达成一致 但  
本文首先对现有几种  
的典型拓扑进行  
DCPFC  
,
可以确定的是 直流电网是在多端直流输电系统的  
。
,
了分析 在此基础上 提出了一种新型线间  
DCPFC  
,
“
” 、  
基础上 形成具有 网孔 的 冗余度和可靠性较高的  
]
系统[  
,
、
。
拓扑 并对其原理 特点及工作方式进行了介绍 与  
3-4  
。
,
已有的  
相比 本文提出的新型线间  
DCPFC  
DCPFC  
,
,
然而 对于含有 个换流站 的直流系统 系统  
n
,
,
需要的元件和驱动电路更少 拓扑结构更加简洁 控  
。
n ꢁ 1  
,
那
n ꢁ 1  
的控制自由度为  
如果支路数超过  
,
。
,
制也更为简单 具有更高的经济性和可靠性 最后  
么将无法通过控制换流站来实现线路潮流的独立控  
本文在 仿真环境中搭建了一个三端直流输  
PLECS  
。
“ ” ,  
在含有 网孔 的直流系统中 支路数必然要超  
制
过
,
电系统 验证了本文所提出的新型线间  
有
DCPFC  
。
,
在这种情况下 系统很容易发生潮流分布  
n ꢁ1  
。
效性  
,
。
不合理的情况 严重时甚至危 害系统的可靠运行  
,
例如某些线路可能严重过载而跳闸 从而其原本输  
现有  
拓扑  
DCPFC  
1 ꢀ  
,
送的功率将转移到其他线路 导致其他线路也存在  
现有的  
从原理上可简单分为调节线路  
DCPFC  
。
,
过载的可能进而相继跳闸 如不能及时做出调整  
。
,
电阻和调节直流电压两种 其中 调节直流电压又  
。
可能造成大范围停电  
/
DC DC  
、
串联电压源型  
DCPFC  
可以分为  
变换器型  
。
以及线间  
三种 下面将对几种不  
DCPFC  
同类型的  
DCPFC  
:
;
: 。  
2018-02-24  
收稿日期  
上网日期  
修回日期  
201 7-10-29  
。
进行介绍  
DCPFC  
:
。
2018-05-1 1  
调节线路电阻型  
1 .1 ꢀ  
DCPFC  
(
);  
国家自然科学基金  
国家自然科学基金资助项目  
5 1237002  
[]  
,
其拓  
DCPFC  
文献  
介绍了一种可变电阻的  
(
);  
重点国际合作研究项目  
中国科协青年人才  
5
5 1 720105008  
。
托举工程资助项目  
。
扑如附录  
图
A1  
所示 该拓扑中的二极管用来承  
A
万方数据  
100  
,
等
张书鑫  
新型线间直流潮流控制器  
ꢀ
,
(
)
[ ]  
则将  
10-1 1  
受反向电压 保护绝缘栅双极型晶体管  
单元  
直流侧串联接入到直流线路当  
IGBT  
MMC  
,
,
。
所示  
A7  
。
,
中 交流侧从交流电网取能 如附录  
图
不被损坏 与线路串联的电感用来维持电流 降低  
A
/
,
变换器不同  
DCPFC DC DC  
串联电压源型  
与
。
开关切换对外部电路造成的影响 通过调节开关的  
,
,
无须承受直流系统的电压和功率 器件数目少 成本  
。
占空比就可以调节该拓扑的等效串联电阻值  
[]  
文
。
,
与损耗显著降低 但是 这种  
需要通过换  
,
献
介绍了另一种可变电阻的  
其拓扑如  
DCPFC  
6
DCPFC  
,
流变压器从交流侧取能 且该换流变压器要承受直  
。
附录  
图
所示 该拓扑主要由一系列电阻串联  
A
A2  
,
,
流系统级的直流电压偏置 绝缘设计难度较大 成本  
,
,
构成 每个电阻都有各自的旁路开关 图中旁路开关  
。
较高  
,
。
是机械开关 亦可用半导体开关替代 机械开关损  
线间  
1 .4ꢀ  
DCPFC  
,
,
耗较小 但动态响应较差 而半导体开关 则恰好反  
[ ]  
文献  
提出了双 桥型线间  
及其改  
DCPFC  
12  
H
。
之
,
进型拓扑 解决了串联电压源型  
需要从交  
DCPFC  
调节线路电阻型  
拓扑和控制方法都较  
DCPFC  
。
流侧取能的缺陷 其原理是通过电力电子开关的切  
,
,
,
为简单 但电阻要消耗有功功率 损耗较大 导致经  
,
。
换 使一个电容器依次串联在两条线路中 这个电  
;
,
济性较差 而且损耗的电能会转化为热能 需要配置  
,
容器将在一条线路中充电 相当于串联了一个负电  
。
,
,
冷却装置 此外 该方法只能单向增大线路电阻 无  
,
;
压源 使这条线路上的电流减小 而在另一条线路中  
,
,
法减小线路电阻 灵活性不足 因此这类  
在
DCPFC  
,
,
放电 相当于串联了一个正电压源 使线路上的电流  
。
实际工程应用中的可行性受限  
。
,
增大 在稳定运行时 电容的充放电能量应保持平  
/
变换器型  
1 .2ꢀDC DC  
DCPFC  
。
衡
双
桥型线间  
原始拓扑及其改进结构  
DCPFC  
H
[ ]  
中 将 双 向  
6
/
文献  
变 换 器 作 为  
Buck Boost  
,
()  
直 接 由 两 个  
H
;
桥 模 块 组 成  
如图 所示 图  
1
1 a  
/
,
变换器型  
来使用 如附录  
图
A
DC DC  
DCPFC  
A3  
,
即只能实现潮  
()  
1 b  
,
图
为改进拓扑 将两个并联的电容合并为一个  
。
所示 但该拓扑中 只能大于  
V 1  
流的单向调节 且该拓扑在电压等级较高时难以应  
[] ,  
变换器 如  
DC DC  
V 2  
,
电容器 并将拓扑左侧的两对开关管合并为一对开  
,
。
[ ]  
对双  
13-14  
关管 文献  
桥型线间  
进行  
H
DCPFC  
。
/
用
文献  
介绍了一种谐振型  
7
,
。
了进一步的理论分析 并分别给出不同的控制策略  
。 ,  
所示 由于采用了晶闸管阀 该拓扑  
A4  
附录  
图
A
[
]
,
文献  
提出在两条线路中各串联一个电容 并  
15-1 6  
,
更适用于高压大功率的应用 但谐振导致全部器件  
/
DC DC  
,
变换器实现两个电容的功率交换  
用一个  
,
的电压应力变大 而且元器件数目过多且输入输出  
。
[ ]  
在此基  
17-18  
其拓扑如附录  
图
所示 文献  
A
A8  
。
[]  
谐波严重 文献  
介绍了一种基于模块化多电平  
8
,
,
础上 提出了两种含有耦合电感的新拓扑 能够克服  
(
)
/
DC DC  
,
变换器 如附录  
A
换流器  
的隔离型  
MMC  
[ ]  
中的拓扑不能适用于潮流发生反转的  
15-1 6  
文献  
。
,
图
所示 由于  
自身的特点 该拓扑也特  
A5  
MMC  
,
。
[ ]  
的
15-18  
情况的缺陷 如附录  
图
所示 文献  
A
A9  
。
别适用于高压大功率的情况 这种拓扑 具备损耗  
、
。
拓扑均需额外增加开关器件以及电容 电感器 件  
、
,
,
小 波形质量高的优点 但需要采用交流变压器 功  
[
]
,
其
文献  
提出了基于  
的线间  
1 9-20  
MMC  
DCPFC  
子模块配  
MMC  
—
,
率需要经过逆变 整流两套变流装置 元 器件较多  
。
拓扑如附录  
图
所示 由于  
A10  
A
。
,
/
DC DC  
且损耗较 大 此 外 还 有 很 多 不 同 类 型 的  
,
。
有电容 因此不必在线路上额外串联电容 这种拓  
。
DCPFC  
变换器拓扑可作为  
,
,
扑由于  
固有的冗余性 可靠性较高 但器件数  
MMC  
,
/
DC DC  
但需要指出 尽管  
变换器能 够有效实  
,
。
目过多导致成本较高 控制也较复杂  
,
/
现直流潮流调节功能 但  
变换器运行时需  
DC DC  
S1  
S3  
,
要承受直流系统级的电压和功率 如果仅将其用来  
+
I1  
I1  
D3  
D4  
,
。
调节潮流的话 复杂性和成本显得过高 因此工程  
D1  
,
中其更适合用于连接不同电压等级的直流电网 而  
S4  
S5  
I
+
I
。
直流潮流控制则作为其中一个附加的功能  
串联电压源型  
1 .3ꢀ  
DCPFC  
D5  
D6  
I2  
+
I2  
D2  
,
由于直流电网中没有电抗 因此较小的直流电  
S6  
S2  
。
,
压变化就可以造成较大的潮流变化 因此 可以直  
(a)  
(b)  
接在直流线路中串联一个电压等级较低的可调电压  
图
双
桥型线间  
H
原始及改进拓扑  
1ꢀ DCPFC  
Fi .1ꢀOri inal and modified to olo ies of  
。
[ ]  
介 绍 了 一 种 由  
源来实 现 直 流 潮 流 控 制 文 献  
9
g
g
p g  
dual H-brid e interline DCPFC  
g
个反并联的三相六脉波晶闸管桥和电抗器构成的  
2
,
。
可调电 压 源 其 拓 扑 如 附 录  
万方数据  
图
所 示 文 献  
A
A6  
://  
htt www.ae s-info.com  
p
p
101  

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