[发明专利]一种具备直流潮流与短路控制的复合装置及其控制方法

权利要求书

1.一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，包括潮流控制装置和短路控制装置，所述潮流控制装置和短路控制装置有一个直流输电端口及两条与所述直流输电端口并联的输电线路，其特征在于：所述潮流控制装置包括耦合电感L1和L2、电容C1和C2、四个开关管Q1~Q4、四个二极管Db1~Db4；所述短路控制装置，包括两个高压快速机械开关UFD1和UFD2、三个避雷器SA1~SA3和三个开关管MB1~MB3；

所述电容C1作为可调电压源Vc1串联在第一条输电线路中，电容C2作为可调电压源Vc2串联在第二条输电线路中，用于潮流控制；所述可调电压源Vc1两侧并联第一电路单元和第二电路单元，所述可调电压源Vc2两侧并联第三电路单元和第四电路单元；所述第一电路单元由第一开关管Q1与二极管Db1、电感L1串联组成，所述第二电路单元由第二开关管Q2与二极管Db2、电感L2串联组成，所述第三电路单元由第三开关管Q3与三极管Db3、电感L1串联组成，所述第四电路单元由第四开关管Q4与二极管Db4、电感L2串联组成；所述电感L1和电感L2顺接耦合；

所述高压快速机械开关UFD1串联在第一条输电线路中，高压快速机械开关UFD2串联在第二条输电线路中；第五电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD1的出线端，第六电路单元两端分别连接在直流输电端口1和高压快速机械开关UFD2的出线端；所述第五电路单元为第七电路单元和第八电路单元反向串联组成；所述第六电路单元为第七电路单元和第九电路单元反向串联组成；所述第七电路单元为开关管MB1和避雷器SA1并联组成；所述第八电路单元为开关管MB2和避雷器SA2并联组成；所述第九电路单元为开关管MB3和避雷器SA3并联组成。

2.根据权利要求1所述的一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，其特征在于：所述第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二极管反并联组成。

3.根据权利要求1所述的一种具备直流潮流与短路控制的复合装置，其特征在于：所述开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3均由一个绝缘栅双极型晶体管和一个二极管反并联组成。

4.应用于权利要求1或2或3所述的具备直流潮流与短路控制的复合装置的控制方法，其特征在于：(1) 在未发生故障时，潮流控制装置投入工作，其控制方法如下：

1) 设置第一条输电线路的电流参考值为I1ref、第二条输电线路的电流参考值为I2ref；

2) 将第一条输电线路的电流参考值I1ref与采集到的第一条输电线路的电流I1相减，所得差值经过PI环节后得到第一开关管Q1和第二开关管Q2的PWM驱动信号；将第二条输电线路的电流参考值I2ref与采集到的第二条输电线路的电流I2相减，所得差值经过PI环节后得到第三开关管Q3和第四开关管Q4的PWM驱动信号；

3) 利用PWM驱动信号控制开关管导通与关断，使第一条输电线路的电流I1和第二条输电线路的电流I2维持在参考值I1ref和I2ref；

(2) 在发生故障之后，潮流控制装置立即闭锁，短路控制装置立即投入，具体控制方法及步骤如下：

1) 假设某一条出线支路发生短路故障的时刻为tf，其所在支路的电流采样值超过短路控制设定的阈值Imax；

2) 在t1时刻，通过控制第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4的开关驱动信号，立即闭锁潮流控制装置，使其不再进行潮流调节；同时，根据系统短路时的潮流方向，选择特定的两条支路作为故障换流支路，此时两条线路的开关管即为故障换流开关管，分别命名为第一换流开关管LCS1和第二换流开关管LCS2，控制LCS1和LCS2的开关信号，使其立即导通，并关闭非换流支路上的其余开关管；

3) 在t2时刻，通过控制短路控制装置上的开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3的驱动信号，使其导通，此时大部分的故障电流将转移到开关管MB所在的支路上；

4) 在t3时刻，通过控制第一换流开关管LCS1和第二换流开关管LCS2的驱动信号，关断其中故障支路上的换流开关管，保持非故障支路上的换流开关继续导通；

5) 在t4时刻，关断其中故障线路上的高压快速机械开关UFD，切断故障支路，保持另外非故障支路上的高压快速机械开关UFD继续导通；

6) 在t5时刻，通过控制第一换流开关管LCS1和第二换流开关管LCS2的驱动信号，使LCS1和LCS2导通，此时非故障线路恢复运行；

7) 在t6时刻，通过控制短路控制装置上的开关管MB1、开关管MB2和开关管MB3的驱动信号，使其全部关断，剩余的故障电流通过MB开关管的反向二极管和避雷器SA1、避雷器SA2和避雷器SA3进行消耗释放。