[发明专利]双极性调制360°电力潮流控制器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种双极性调制360°电力潮流控制器，包括三相输入变压模块、双极性Buck交流单元电路模块和输出滤波模块；双极性Buck交流单元电路模块包括相电压双极性Buck交流单元电路和线电压双极性Buck交流单元电路，相电压双极性Buck交流单元电路的输出端与线电压双极性Buck交流单元电路的输出端串联后连接输出滤波模块的输入端，将三相输入变压模块的相电压和与其相位相差90°的线电压分别连接相电压双极性Buck交流单元电路和线电压双极性Buck交流单元电路，实现输出电压幅值与相位的360°调节。本发明能够实现输出电压幅值与相位的360°调节，以及实现单独或者同时调节有功潮流和无功潮流，控制更加灵活，同时简化了电路结构。

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，具体涉及一种双极性调制360°电力潮流控制器及其工作方法。

背景技术

随着社会的发展，电网的规模日益扩大，输变电设备潮流分布不均的问题也日益突出，使得电网供电能力难以得到充分利用。电力系统中的潮流包含有功潮流和无功潮流，总体上由电源、负荷和供电网络三者共同决定，而由于受到城市规划的限制，线路改造和电网扩建难度逐渐增大。因此如何在现有网架基础上提高电网的输电能力，改善潮流分布，增强电力系统的稳定性，是个具有重要经济效益和社会意义的问题。

为此，柔性交流传输系统（Flexible AC Transmission System，FACTS）技术被广泛研究和应用。FACTS装置可以控制交流电的相角、电抗和无功电压，通过提供或吸收有功、无功功率来提高智能配电网的运行效率和稳定性。但大多数FACTS装置只有一个控制自由度，不能对电网中的有功潮流和无功潮流同时分别进行控制，或由于采用大容量直流储能元件而导致设备故障率高、寿命周期短、维护费用高等诸多问题。

中国发明专利公布号为CN109088410A的一种相位360°正交型直接潮流控制器及其工作方法和中国发明专利公布号为CN109038593A的一种相位360°合成型直接潮流控制器及其工作方法，这两件专利虽然通过一级功率变换就可以分别控制有功潮流和无功潮流，但是都需要通过增设输入选择开关和输出选择开关，或者增加单相Buck交流变换电路数量来实现潮流控制器的输出电压相位360°调节，拓扑结构和控制策略相对复杂。

还有公布号为CN108448906A的中国发明专利公开了矢量合 360°相位和幅值可控交流变换器及其工作方法，其存在以下缺陷：（1）拓扑结构复杂：对于三相电网的潮流控制器来说，其需要9个单相Buck交流单元，共计36个开关管，元件成本及损耗较大。（2）工作原理复杂：三个单相Buck交流单元输入端分别连接A、B、C三相电源，每两相之间角度为120°。使其中一相Buck交流单元的占空比为零，该相Buck交流单元输出为零，另外两相Buck交流单元的输出串联得到一个120°相位和幅值可控的输出电压。如果想得到一个360°相位和幅值可控的输出电压，就必须切换三个单相Buck交流单元的工作状态，分别使得其中一相Buck交流单元占空比为零（即处于不工作的状态），另外两相处于工作状态才可以得到。而由于单相Buck交流单元的输出电压只能在0至U_i范围内调节，三个120°区间输出电压状态在过渡时会存在区间过渡界线，导致过渡性差；而且在实际运行中，可能由于阻抗、负载或者三相电源不对称等因素，会导致原有技术文献“CN108448906A，矢量合 360°相位和幅值可控交流变换器及其工作方法”中的变换器输出电压在三个120°区间过渡时，会存在一个角度缝隙调节不到，使得输出电压调节不连续。（3）控制方式复杂且效率低，其无论是在电流同方向或者电流垂直方向上调节电压（即单独调节有功潮流或者单独调节无功潮流），都需要三个单相Buck交流单元同时工作来实现。另外正向和反向调节有功或者无功潮流还需要切换单相Buck交流变换器的工作状态来实现。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中通过增设输入选择开关或输出选择开关或增加单相Buck交流变换电路数量来实现潮流控制器的输出电压相位360°调节，从而导致拓扑结构和控制策略相对复杂的缺陷。