[发明专利]含直流潮流控制器的三端直流系统

说明书

本发明含直流潮流控制器的三端直流系统，包括换流站，所述换流站为多个，多个所述换流站呈多边形；输电线，所述输电线连接在相邻多个所述换流站之间；潮流控制装置，多个所述潮流控制装置分别设置在多个所述换流站的输出端口处；变压器，多个所述变压器分别串联在所述输电线的正极性输电段和负极性输电段上。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：引入多个直流变压器和线间直流潮流控制器，使含多个直流潮流控制器的直流系统相比于不含直流潮流控制器的直流系统，网损能有效地降低。

技术领域

本申请涉及电力电子变换器与直流输电领域，尤其涉及直流潮流控制器电路拓扑设计与运行控制技术。

背景技术

多端柔性直流输电系统是解决大规模新能源并网问题的有效手段，直流电网采用网状结构能够显著提高系统的可靠性。但网状直流电网的输电线路非常复杂，系统的潮流分布由各节点电压和功率以及线路阻抗决定。复杂的直流网络会引起潮流分布不均，从而增大直流系统网损，带来额外的能量消耗。

直流电网的损耗问题逐渐引起学者们的关注。为了解决潮流有效控制问题，直流潮流控制器的概念引入学术界和工业界。直流潮流控制器能够有效地控制直流线路潮流，增加直流电网潮流控制的自由度。网状直流电网需要有效的手段优化潮流分布，才能降低网损，直流潮流控制器作为能够控制潮流的专用设备，初步得到人们关注。目前国内外主要集中于其拓扑的研究，在深入优化产潮流分布方面，相关研究仍为空白，缺乏关注其对网损影响。

从功能看，直流潮流控制器可以分为电阻型直流潮流控制器和电压型直流潮流控制器。电阻型直流潮流控制器的拓扑和控制较简单，等效于增大该输电线路的电阻，如图1(a)所示，其结构和控制都较简单，但电阻器上会有较大损耗，不利于减小总网损。从拓扑结构分类，电压型直流潮流控制器分为直流变压器、串联可调电压源和线间直流潮流控制器。直流变压器的工作原理是将单个变压器串联在正极性线路和负极性线路中，通过调整变压器的变比来调节线路潮流。直流变压器能够起到隔离的作用，但需要承受系统级别的电压，如图1(b)所示，M表示流变压器的等效变比，其数值为输出电压与输入电压的比值。如图1(c)所示，在正极性线路或负极性线路中串联可调电压源，通过改变端电压来调节线路潮流，蓝色的电压源表示与外部直流母线进行能量交换。装置所需承受电压等级和功率等级较低，但需要提供外部电源。由于串联可调电压源需要消耗额外的能量，增大系统的总能量损耗，降低传输效率，不适合选为减小网损的直流潮流控制器。线间直流潮流控制器，以电容作为能量转移枢纽，将1条线路上的部分功率转移到另1条线路。利用线路之间的功率交换实现2条线路的潮流控制，其工作原理如图1(d)所示。其中V_x和V_y表示一组线间直流潮流控制器所对应的等效电压源，满足功率平恒式V_xI₂＝V_yI₁，蓝色的箭头表示V_x和V_y之间的功率交换。

直流潮流控制器作用在直流电网交互影响中，目前仅有文献^[1](李琰，姚良忠，陈武，等.潮流控制器对直流电网运行网损影响分析[J].电网技术2016,40(6)：1736-1742.LiYan,Yao Liangzhong,Chen Wu,et al.Study on Effects of DC Power Flow Controlleron DC Transmission Loss[J].Power System Technology,2016,40(6):1736-1742.)初步探讨了引入直流潮流控制器场景下的直流网损。将直流变压器串联在三端柔性直流系统的其中一条支路上，通过改变等效变比M来改变潮流，进而影响网损。该文献^[1]采用灵敏度分析的方法，以等效变比M作为自变量，总网损P_loss作为因变量，求出P_loss对M的偏导数。若偏导数等于0，说明P_loss取极小值。结果表明，直流变压器确实能够减小网损，但影响幅度很有限，不使用直流潮流控制器时的网损为83.56MW，使用后的最小网损为83.33MW，减小幅度仅为0.2％。