變壓器副邊繞組反相的少級(jí)數(shù)特征潮流控制裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器副邊繞組反相的少級(jí)數(shù)特征潮流 控制器及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著具有間歇性、多變性、不確定性的風(fēng)能、光能等可再生能源比例的增長，電力 系統(tǒng)的發(fā)電調(diào)度、輸電能力、潮流控制問題越發(fā)突出，電力形式的二次能源輸配安全將面臨 極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，例如德國北部風(fēng)電輸往南部工業(yè)城市時(shí)利用移相器控制現(xiàn)有的跨區(qū)輸電 潮流問題等。誠然，架設(shè)新的高壓輸電線路可以滿足逐漸增長的電力輸送需求。然而，與此 同時(shí)，如何高效、經(jīng)濟(jì)地利用和控制現(xiàn)有輸電系統(tǒng)的技術(shù)和裝備，建設(shè)一個(gè)更為靈活、高效 的輸配電網(wǎng)值得深入研究和發(fā)展。
[0003] 針對(duì)實(shí)際交流輸配電網(wǎng)中的潮流控制問題，確保更好的利用輸電線路，或幫助將 過載線路的多余功率轉(zhuǎn)移到輕載線路上，有以下幾類傳統(tǒng)的裝備或解決方案，具體如下： (1)串聯(lián)/并聯(lián)開關(guān)電抗器/電容器，以及用于電壓調(diào)節(jié)的靜止無功補(bǔ)償器（SVC)和靜 止同步補(bǔ)償器（STAC0M)。
[0004] (2)用于相角調(diào)節(jié)的相角調(diào)節(jié)器（PAR)以及相移變壓器（PST)。
[0005] (3)用于串聯(lián)電抗調(diào)節(jié)的晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC)。
[0006] (4)統(tǒng)一潮流控制器（UPFC)、變壓器 SEN Transformer (ST)〇
[0007] 前三種解決方案并不能同時(shí)調(diào)整輸電線路上的有功和無功潮流。對(duì)于第四種解 決方案中，UPFC是基于電壓源換流器（VSC)的裝備，具備靈活的電壓和潮流控制能力，但安 裝和運(yùn)行費(fèi)用較高，限制了實(shí)際應(yīng)用。此外，UPFC雖然可以提供極為快速的ms級(jí)快速響應(yīng) 能力，但多數(shù)的電力公司可以接受在相對(duì)較慢的時(shí)間框架下調(diào)節(jié)線路電壓和潮流。相較于 UPFC，ST是近年來出現(xiàn)的一種非換流器的改進(jìn)型移相變壓器技術(shù)，它應(yīng)用于高壓輸電線路 中，具備類似于UPFC的四象限潮流控制能力，如圖13所示。同時(shí)成本預(yù)計(jì)約為前者的1/5， 其控制速度可以通過將傳統(tǒng)的機(jī)械分接頭開關(guān)替換為電力電子分接開關(guān)來提高，隨著高壓 大功率電力電子開關(guān)器件、電力電子型變壓器分接開關(guān)技術(shù)以及低耗高性能磁性材料的發(fā) 展，具有不俗的應(yīng)用潛力。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)中的ST的工作原理如圖14所示，ST -次側(cè)星形聯(lián)結(jié)，并聯(lián)接入系統(tǒng)送端 電壓，構(gòu)成勵(lì)磁單元。副邊每相由三個(gè)帶抽頭的繞組組成，構(gòu)成串聯(lián)電壓調(diào)整單元，例如：A 相副邊抽頭為斗、a2、a3,B相副邊抽頭為4、A2、b3，C相副邊抽頭為 Cl、c2、c3。其中，抽頭 <^4、。組成A相串聯(lián)補(bǔ)償電壓，SP
由于il|之間相位相差120°，通 過對(duì)變壓器抽頭的單側(cè)控制，改變這三個(gè)電壓相量的組合方式，從而改變
同理，亦可實(shí) 現(xiàn)B相、C相串聯(lián)補(bǔ)償電壓
[0009] 但由于其副邊抽頭的數(shù)目有限，導(dǎo)致其控制點(diǎn)往往難以精確地達(dá)到系統(tǒng)控制任務(wù) 的需求。為此，有學(xué)者提出了一類混合式潮流控制器（HPFC)，由小容量UPFC和大容量ST 串聯(lián)組成，綜合了 ST的大容量、穩(wěn)定性好和UPFC的快速靈活調(diào)節(jié)性能。但其造價(jià)并未脫 離UPFC的高造價(jià)的問題，同時(shí)兩類不同技術(shù)原理的潮流控制協(xié)調(diào)的復(fù)雜性也不容忽視。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明的目的在于克服上述控制精度較大、運(yùn)行范圍較小以及調(diào)節(jié)速度較慢的缺 點(diǎn)，從電力電子開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)變壓器SEN Transformer (ST)的結(jié)構(gòu)靈活設(shè)計(jì)和控制 方法改進(jìn)角度出發(fā)，提出了一種變壓器副邊繞組反相的少級(jí)數(shù)特征潮流控制器及其方法。
[0011] 本發(fā)明的一種變壓器副邊繞組反相的少級(jí)數(shù)特征潮流控制裝置與方法，由ST - 次側(cè)星形聯(lián)結(jié)，并聯(lián)接入系統(tǒng)送端母線，構(gòu)成勵(lì)磁單元E ;勵(lì)磁單元E的副邊每相由帶抽頭 的繞組和配套電力電子開關(guān)板TP組成，構(gòu)成串聯(lián)電壓調(diào)整單元F，其中，副邊每相有三個(gè)帶 抽頭的繞組，分別與自身相和另兩相原邊磁耦合。所述電力電子開關(guān)板TP由4對(duì)反相并聯(lián) 的晶閘管構(gòu)成，其中兩兩開關(guān)組件同開同閉，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)繞組的同相接入或反相接入。而少級(jí) 數(shù)特征指小于或等于4級(jí)的副邊繞組調(diào)壓分接頭正向級(jí)數(shù)。
[0012] -種變壓器副邊繞組反相的少級(jí)數(shù)特征潮流控制方法，包括以下步驟： 步驟一、依據(jù)指令的線路有功功率期望值席卩無功功率期望值β計(jì)算a相串聯(lián)注入期 望電壓幅值|Vs' s|和超前相角β ;或直接輸入串聯(lián)電壓期望值； 步驟二、基于該相角/?，辨識(shí)串聯(lián)電壓相量落入的區(qū)域； 步驟三、依據(jù)所在區(qū)域，計(jì)算a相、b相或c相軸上的投影{Vaa、Vba、Vca}; 步驟四、除以分接頭步長，并做四舍五入取整處理，獲得與
：最小間距的初始分接頭 檔位{n_ _aa、n-ba、n_ca}; 步驟五、由EST分接頭組合策略表修正得最終分接頭檔位結(jié)果{n_aa、n_ba、n_ca}及其 對(duì)應(yīng)串聯(lián)電壓調(diào)整值{Vaa、Vba、Vca}; 步驟六、與當(dāng)前分接頭位置比較，以最小絕對(duì)調(diào)整檔位為目標(biāo)，確定a相置位，即{ba， SiSL, csl}； 步驟七、相應(yīng)地，獲得b相和c相置位{cb, bb, ab}，{ac, be, cc}; 步驟八、通過TP開關(guān)組件和有載調(diào)壓分接頭，執(zhí)行a、b和c相置位，即可。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有明顯的有益效果，由以上方案可知，變壓器副邊繞組 反相的少級(jí)數(shù)特征潮流控制裝置(簡稱EST，Extended SEN Transformer)，利用電力電子開 關(guān)板TP實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變壓器副邊繞組反相，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)EST的擴(kuò)展潮流控制，其原理如下（如圖 Ο :對(duì)于麗:襄議:運(yùn)行域的擴(kuò)展域范圍內(nèi)，以A相為例，通過關(guān)閉TPba開關(guān)組件的 1號(hào)和3號(hào)電力電子開關(guān)，并觸發(fā)導(dǎo)通TPba開關(guān)組件的4號(hào)和2號(hào)電力電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)ba 繞組反相連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)ST控制域的擴(kuò)展，同理，B相和C相。
[0014] 基于變壓器副邊繞組反相的少級(jí)數(shù)特征潮流控制方法，其發(fā)明的思路是借助四舍 五入函數(shù)可實(shí)現(xiàn)類似傳統(tǒng)最小偏差& (即最小間距）算法對(duì)應(yīng)的分接頭!1?，同時(shí)基于正向 控制域或正反相控制域，配合擴(kuò)展區(qū)分接頭組合策略表實(shí)現(xiàn)分接頭快速調(diào)整。相對(duì)傳統(tǒng)算 法，該算法更為計(jì)算簡單、算法效率更高。
[0015] 總之，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)運(yùn)行范圍增加 在理想情況下，【的變化范圍可以是一個(gè)以原始送端電壓?α頁點(diǎn)為中心的正六邊形區(qū) 域，六邊形邊長為每相副邊繞組的最大值。現(xiàn)有技術(shù)的ST和本發(fā)明的運(yùn)行范圍對(duì)比圖如圖 15所示?？梢?，通過電力電子開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)副邊繞組正反相調(diào)整，其運(yùn)行范圍（正六邊形實(shí) 線所示）擴(kuò)大到傳統(tǒng)ST運(yùn)行范圍(正六邊形虛線所示）的約4倍。
[0016] (2)調(diào)節(jié)精度提尚 在理想情況下，串聯(lián)補(bǔ)償電壓
的調(diào)節(jié)精度可以通過電力電子開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)副邊繞 組正反相調(diào)整，提高調(diào)節(jié)精度1倍。例如，對(duì)于如圖15所示運(yùn)行范圍（正六邊形實(shí)線所示)， 可以通過降低傳統(tǒng)ST分接頭調(diào)壓步長TapStep的一半實(shí)現(xiàn)原運(yùn)行范圍的調(diào)節(jié)精度提高。另 一方面，這也相應(yīng)地減少了變壓器有載分接頭的單步調(diào)節(jié)電壓，進(jìn)而一定程度上緩解了單 步調(diào)節(jié)的過電壓抑制問題。
[0017] (3)調(diào)節(jié)更為靈活 本發(fā)明即可運(yùn)行在傳統(tǒng)ST的運(yùn)行模式，或稱半電壓幅值運(yùn)行模式，也可通過TP電力電 子開關(guān)組件和有載調(diào)壓分接頭運(yùn)行于EST運(yùn)行模式，或稱全電壓幅值運(yùn)行模式。
[0018] (4)調(diào)節(jié)速度更快、響應(yīng)時(shí)間更短 利用TP電力電子開關(guān)組件和有載調(diào)壓分接頭可針對(duì)部分大調(diào)節(jié)操作，通過串聯(lián)變壓 器副邊繞組的正反相技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速操作，響應(yīng)時(shí)間較短。此外，如將機(jī)械分接開關(guān)更換為 電力電子型分接開關(guān)，響應(yīng)時(shí)間可以由ST的機(jī)械分接頭開關(guān)響應(yīng)時(shí)間的百或6#提 高到級(jí)或十當(dāng)然，該方案造價(jià)也會(huì)上升較多。
[0019]
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明EST的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 圖2為本發(fā)明EST的分接頭組合置位算法流程圖； 圖3為本發(fā)明EST的分接頭置位選擇示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中EST的PSCAD/EMTDC模型的電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)接口示意圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例仿真等效電路圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例b相二次側(cè)第一個(gè)子繞組（ba繞組)電力電子開關(guān)組件TPba的模 型構(gòu)建不意圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例b相二次側(cè)第一個(gè)子繞組（ba繞組）的開關(guān)邏輯控制模塊構(gòu)建示 意圖； 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中工況1的串聯(lián)電壓期望幅值和相角時(shí)域變化圖； 圖9為本發(fā)明實(shí)施例中工況1下EST的A相調(diào)壓分接頭置位控制輸出； 圖10為本發(fā)明實(shí)施例中工況1下，傳統(tǒng)ST與本發(fā)明EST潮流控制能力對(duì)比圖； 圖11為本發(fā)明實(shí)施例中工況2下兩種不同分接頭組合策略對(duì)比示意圖； 圖12為本發(fā)明實(shí)施例中工況2下兩種不同分接頭組合策略的受端潮流對(duì)比圖； 圖13為現(xiàn)有技術(shù)中的ST的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 圖14為現(xiàn)有技術(shù)中的ST的潮