[发明专利]电功率流控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制AC传输系统中的功率流的设备和方法。更精确地，本发明涉及一种包括相移变压器(PST)的控制设备。在此上下文中，相移变压器应该理解成包括单芯及多芯变压器，二者均可以包括对称或非对称的设计。相移变压器还可以包括附加的电压调整装置。 

背景技术

先前已公知用于控制AC传输线中的功率流的相移变压器。这种PST包括串联地连接或断开变压器的附加绕组的抽头变换器。由此控制相量取向。于是功率通过由磁路的不同部分激励的绕组之间的连接而从相邻相转移到单个相。在纯相移变压器中，与源电压正交的电压被注入到线中。 

相移变压器可以用于控制并行线之间的负载分配以增大总的功率传递。有利的是，相移变压器能够阻止馈送网络中由相角差引起的寄生功率流。功率可以以限定的方式分配给用户，并且可避免循环功率流。 

使用PST的优势在于其具有较低的无功功率消耗。没有次同步谐振(SSR)的风险，并且在小电流状况下也是强有力的。 

但是，PST的使用提供低控制速度。抽头变换器必须按顺序遍历每个抽头位置。每次抽头变换在3-5秒量级内实现。因此，在功率扰动后的过渡期中，PST不能以决定性的方式参与。更频繁的抽头变换尤其是在大电流状况下增加了维护需求。 

抽头变换器是机械装置，因此工作慢并且是机械磨损对象。其具有150kV的最大调整电压范围和少于35个的最大工作位置数目。最大抽头电压在4000-5000V/抽头的量级内并且最大额定通过电流约是3000-4500A。最大功率处理容量(power handling capacity)是6000-8000kVA/抽头并且存在短路发热极限。小的电压阶跃构成许多操作。 

控制AC传输线中的功率流的另一方法是使用静止串联补偿器，尤其是静止同步串联补偿器(SSSC)。这种SSSC通常包含电压源转换器 (VSC)。在SSSC中，与线电流正交的电压被注入到线中。 

在几个基频周期内，SSSC从全电感性调整到全电容性调整是可控的，反之亦然，因此在功率扰动后的过渡期中能够是强有力的控制设备。与PST的抽头变换器相比，SSSC对频繁的控制动作不维持敏感。因此SSSC适用于闭合环路控制。但是，SSSC相比PST在无功功率产生/消耗方面具有较大的变化。在电感性工作中，SSSC消耗无功功率，在电容性工作中，SSSC产生无功功率。而且，SSSC比PST昂贵。 

发明内容

本发明的首要目的是提供AC电力传输的功率流控制，其快速并且不涉及单独使用PST或SSSC的缺点。 

根据本发明，这个目的通过一种用于控制高电压网络中的功率流的控制设备和用于控制具有控制设备的高电压网络中的功率流的方法来实现。 

根据本发明，包含抽头变换器的PST、包含VSC的SSSC以及控制PST和VSC二者的控制单元相组合形成用于控制高电压网络中的功率流的控制设备。作为对负载状况变化的响应，通过首先调整SSSC的VSC其次用抽头变换器调整PST，来控制功率流。在第一时间段内，控制受SSSC单独影响，而在第二时间段内，控制受SSSC和PST二者的组合调整的影响。通过该控制，由SSSC的快速能力对PST的慢控制能力进行补偿。在一个实施例中，每当抽头变换器从一个抽头到另一个抽头地改变时，SSSC被控制为补偿新的抽头位置。在另一实施例中，在维持SSSC的稳定调整的同时，实现抽头变换器从一个抽头到另一个抽头的改变。因此，该设备的优选工作条件可以在PST和SSSC的控制范围内获得。在本发明的实施例中，SSSC包括串联电压源转换器。 

在本发明的第一方面中，所述目的通过一种用于控制高电压网络中的功率流的控制设备来实现，该控制设备包括具有抽头变换装置的PST，该控制设备还包括：与PST串联连接的包含电压源转换器的SSSC；以及用于控制相协调的PST和SSSC的控制装置。