[发明专利]一种直流潮流控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于正交功率解耦的新型直流潮流控制器，属于电力电子技术领域，主要应用于直流输电场合。

背景技术

多端直流输电系统是由3个及以上换流站，通过串联、并联或混联方式连接起来的直流输电系统，它能够实现多电源供电以及多落点受电，相比于两端高压直流输电系统运行更为经济灵活，是解决我国目前面临的大规模可再生能源并网、大容量远距离电能输送和输电走廊紧缺等问题的有效技术手段之一。相比于传统电流源型换流器，电压源换流器(voltage source converter,VSC)在潮流反转时直流电流方向反转而直流电压不变，且没有换相失败等问题，因而有利于构成多端柔性直流输电(VSC based multi-terminal high voltage direct current,VSC-MTDC)系统。典型的环网式三端VSC-MTDC系统等效电路如图10所示，假设VSC1和VSC2分别是两个海上风电场的换流站，为定功率模式运行，VSC3为岸上换流站，为定直流电压模式运行，功率从VSC1和VSC2向VSC3传输。为了调节直流输电线上的潮流，需要在输电线中串入直流潮流控制器。由于不存在交流电的无功功率、电抗和相角，VSC-MTDC系统只能调节输电线路电阻和直流电压来控制直流潮流。

在控制输电线路电阻方面，通常是在输电线路中串入可变电阻来控制直流潮流。输电线路中串入可变电阻方案的优点是结构和控制简单，其缺点也很明显，如损耗大，对装置散热提出了很高要求，且只能增大输电线路等效电阻，潮流单向调节。

在控制直流电压方面，有学者提出了采用DC/DC变压器的方案，该方案的优点是可以用于连接不同电压等级的直流系统，以提高直流输电系统的运行灵活性，还可将变比为1左右的DC/DC变压器串入同一电压等级的直流系统中，通过微调变比来调节直流系统潮流，不足是所有的功率都需要通过DC/DC变压器，损耗较大。另一个方案是在输电线路中串入可调电压源来改变直流电压进而控制直流潮流。如加拿大麦吉尔大学的B.-T.Ooi教授等提出了一种基于晶闸管控制的可调电压源电路结构(Veilleux E，Ooi B.Multiterminal HVDC with thyristor power-flow controller.IEEE Transactions on Power Delivery，2012，27(3)：1205-1212)以及中国电力科学研究院的李亚楼高工等提出了一种AC/DC+DC/DC两级式可调电压源电路结构(Mu Q,Liang J,Li Y,Zhou X.Power flow control devices in DC grids.IEEE Power and Energy Society General Meeting,2012:1-7)。相比于DC/DC变压器，串入可调电压源的功率和相应损耗都小，电压等级低，更易实现。但这种两种方案的电路结构需要一个外部电源来为可调电压源提供功率或吸收其功率，还需低频高压隔离变压器进行电压隔离，且所需的开关器件较多。

发明内容

技术问题：本发明针对多端直流输电系统中直流潮流控制的技术要求，提出一种基于正交功率解耦的直流潮流控制器,该控制器不需要低频隔离变压器以及外部电源的直流潮流控制方式，通过简单的控制方法即可实现潮流的有效控制，提高了输电网络潮流方向的控制能力以及输电线路输送能力。

技术方案：一种直流潮流控制器，适用于多端直流输电网络，包括两个变换器和一个带通滤波器；

所述两个变换器的输出分别串联在多端直流输电网络的某个换流站任意两个不同的输电线路中，所述带通滤波器串联于两个变换器的输出之间，使得两个变换器的输出、带通滤波器和换流站之间形成一个辅助环路；

每个变换器在以一个直流输出或吸收功率的同时，能够交流吸收或发出功率；在两个变换器之间的带通滤波器能够将直流输电线路上的交流电压、交流电流形成的功率限制在辅助通路中，抑制直流输电线路上的交流分量；实现直流功率环和交流功率环中功率的解耦控制，使直流功率环专门用于直流输电线上的潮流控制，交流功率环用于变换器的功率平衡。