[发明专利]电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性输电技术领域，特别是一种基于电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置及其控制方法。

背景技术

随着大型电力系统的互联、风电等间歇性新能源的接入以及各种新设备的使用，使得电网运行在稳定极限边缘的可能性大为增加。因此，电网运行的灵活性、潮流可控性以及电网稳定性显得日益重要，同时也是智能电网所追求的目标。而在一个结构日益复杂的电网中，能够同时控制线路的电压和电流将成为问题的关键。

为了控制线路的电压和电流，常规的做法是通过离线的最优潮流计算和状态估计来调整发电机的励磁，变压器分接头和无功补偿装置，来满足电压和电流的双重约束。但在一个复杂的网络里，这是一个非常具有挑战性的问题，以至于在实践中没有任何控制器可以实时控制一个复杂网络。

有一些新的方法可以同时控制线路的节点电压的幅值和相位，通过对节点电压相位与幅值的控制实现对有功功率与无功功率的控制。能够提供这样功能的装置有FACTS设备，比如统一潮流控制器（united power flow control,UPFC）和静止同步串联补偿器（static synchronous series compensator,SSSC）。无功补偿装置如SVC和STATCOM能够通过无功支持控制节点电压幅值。尽管FACTS装置已经进入成形期，但是上述装置的经济性仍有待检验。移相器能够提供有功潮流控制，但是不能控制电压，并且这种控制是迟缓的。固态变压器，又称为电力电子变压器，能够控制电压的幅值和相角，但是需要使用大量的大功率电力电子开关器件，并且研发仍停留在理论研究阶段。针对以上问题，有人提出了低成本的可控网络变压器（controllable network transformer,CNT），其所需电力电子开关容量只是变压器容量的一小部分。它能够控制输出电压的幅值和相角，但是对电压相角的控制范围比较小并且电压幅值和相角控制不能实现解耦，另外为了消除该方法所产生的低频谐波，需要增加较大的成本。

但是，目前的FACTS技术也存在很大的局限性:FACTS装置工程造价高，推广应用困难；FACTS装置和电力设备及其他控制器之间存在不良作用；FACTS装置自身的损耗大；FACTS装置的复杂控制结构以及对通信设施等相应附属设备的要求，对电网的运行和控制提出了更为严格的要求；装置故障所带来的额外问题；串联接入引起的系统稳定性问题等等使其在电网中的应用受到很大的限制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置及其控制方法，该装置基于全控型电力电子开关的可控三相变压器，实现可控变压器输出电压幅值与相角的独立控制，具有低成本、高可靠性特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置，其特征在于该装置包括：可控三相变压器、第一功率单元、第二功率单元、测量与控制模块、串联绕组单元、输入电压互感器和输出电压互感器构成：

所述的可控三相变压器副边包含主接头、正分接头、负分接头，以及每相各自输出2组变比为N的独立绕组，其中0<N<0.2；

每相的串联绕组单元由可控三相变压器的另外两相、且电压极性相反的各1组独立绕组串接而成；

所述的第一功率单元由第一开关功率管、第二开关功率管、第一滤波电感第一滤波电容和第二滤波电容组成；

所述的第二功率单元由第三开关功率管、第三开关功率管、第二滤波电感第三滤波电容和第四滤波电容组成；

所述的第一开关功率管、第二开关功率管、第三开关功率管和第四开关功率管均由2个绝缘栅双极型晶体管反向串联构成；

所述的第一开关功率管的一端接所述的可控三相变压器副边的正分接头，所述的第二开关功率管的一端接负分接头，该第一组开关功率管的另一端和第二组开关功率管的另一端相连且该连接点与所述的第一滤波电感的一端相连，该第一滤波电感的另一端分别与所述的串联绕组单元的一端、第四开关功率管的一端、第二滤波电容的一端相连，第二滤波电容的另一端与所述的可控三相变压器的副边主接头相连，所述的串联绕组单元的另一端与第三开关功率管的一端相连，所述的第三开关功率管另一端和第四开关功率管另一端相连且该连接点与所述的第二滤波电感的一端相连，该第二滤波电感的另一端连接输出电源或负载，