[发明专利]一种110kV及以上电压等级三相电磁式串联型输电线路潮流控制拓扑电路

说明书

本发明公开了一种三相高压电磁式潮流控制器拓扑电路，其以电磁式功率变换方式解决高压输配电网线路潮流功率和并联线路潮流的控制，以及合环运行时双侧电源的平衡供电。它主要包括三相降压变压器、电压移相器和电压调节变压器三个子系统，其中，三相降压变压器由闭合铁心磁路、一、二次绕组等组成；三相电压移相器由闭合铁心磁路、一、二次绕组以及移相机构等构成；三相电压调节变压器由闭合铁心磁路、一次绕组、多分接头调节线圈、有载调压分接开关等构成。本发明提供的技术方案是通过三相降压变压器、电压移相器和电压调节变压器进行三重电磁感应变换，对其接入线路附加串联电压的幅值与相位分别调节，进而可实现线路潮流的控制。

技术领域

本发明属于高压输配电电网及分布式电源并网技术领域，特别涉及分布式电源高渗透率接入后电网的潮流调控问题。

背景技术

分布式电源从负荷端接入配电网后，也改变了高压电网的电气网络结构，使高压电网从单电源辐射状网络结构变为遍布电源的有源双向网络结构，这种网络结构的改变对高压电网的有功功率和无功功率潮流的分布产生重大影响。当光伏、风电为代表的分布式电源接入高压电网的渗透率超过一定数值时，在分布式电源高发期间，有功功率倒送将不可避免，因而改变了高压电网能量单向流通的特性，且光伏、风电的间歇性、波动性和时空特性，又进一步加大了高压电网的有功和无功潮流的复杂性和调控难度，可能导致高压电网节点电压过高或过低、枢纽线路或潮流断面过载或功率严重不均衡等问题，对高压电网及其用电设备的安全运行带来威胁。

采用纯电力电子技术的统一潮流控制装置(UPFC)时，电力电子开关控制灵活，调制方便、精确，可以很好地实现线路潮流的调控，但纯电力电子系统具有热容量小、耐受性差、抗冲击能力弱、成本高等不足，难以适应高压电网络及高压线路所面临的雷暴风雪灾害与酷暑严寒的大自然环境，以及复杂的负荷性质等条件。

采用晶闸管可控串补(TCSC)类装置属于调节线路电抗的方式，可补偿线路的电抗电压分量，适合传统高压线路(属高感性，线路电阻小甚至可忽略)的电压调节，间接改变线路的潮流，但这种方式不能做到有功和无功潮流的精确控制。

因此，有必要发明一种专门解决输配电网枢纽线路的潮流调控问题，具有皮实耐用、高可靠性、低成本的三相串联型潮流高压控制器拓扑电路。

发明内容

本发明主要提供一种110kV及以上电压等级三相电磁式串联型输电线路潮流控制拓扑电路，其基本思想是在待调节潮流的高压线路经降压后串联一个附加电压相量，经过对该电压相量的幅值和相位的控制，可进行线路有功功率和无功功率潮流的调节。其方法特征是利用变压器电压变化原理、感应调压原理和自耦调压或有载调压原理进行三重电压与功率转换，对线路附加串联电压的幅值与相位进行独立调节，实现对该线路的有功和无功潮流的精确控制。本发明提供的三相高压线路潮流控制器的容量只是该线路传输容量的10％至5％，并实现双向潮流调节。

为解决上述技术问题，本发明提供的一个技术方案是：在待调节潮流的高压线路上先经变压器降压后，再串联一个附加电压相量，经过对该电压相量的幅值和相位的控制，可进行线路有功功率和无功功率潮流的调节。其具体技术方法是根据电磁感应原理进行三重电压和功率转换，首先利用变压器电压变化原理使得电压从高压变为低压，即实现一重变换(即电压降压调节)；接着利用感应调压原理改变初、次级(定、转子)绕组轴线相对角位移，经过磁场感应完成初、次级之间电能传递，实现次级绕组电压相位的调节(相对于初级电压相位)，即实现二重变换(即电压相位调节)；然后利用自耦调压或有载调压原理实现电压幅值的调节及极性的切换，即实现三重变换(即电压幅值与极性的调节)；经过该三重变换后接入线路的附加串联电压的幅值与相位及极性均可独立地调节，从而，实现对该高压线路的有功和无功潮流的精确控制。

所述110kV及以上电压等级三相电磁式串联型输电线路潮流控制拓扑电路主要包括降压变压部分、电压移相部分和电压调节变压部分三个子系统。

所述降压变压部分包括闭合铁芯磁路、一次绕组、二次绕组，实现输电线路电压的降压。