一种多工作模式的分布式潮流控制器以及分布式潮流控制器串联侧电路控制和安装方法

摘要

本发明涉及一种多工作模式的分布式潮流控制器以及分布式潮流控制器串联侧电路控制和安装方法，本发明创造性的提出一种在单匝耦合变压器的副边增设并联一组变压器控制模块的多工作模式的分布式潮流控制器拓扑结构，既使单相电压源变流器及其控制模块故障退出运行，单匝耦合变压器也仍可以以串联耦合电抗器的方式继续对线路进行参数调控；本发明还提出将耦合变压器单独成一箱体封装，以卡钳方式安装于架空输电线路上，而电力电子开关及其控装置、取源模块和通信模块则分别成一箱体的安装方式，可以减小DPFC的运维成本、提高DPFC整体的使用效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种潮流控制器以及适用于多分裂输电系统的DPFC串联侧电路控制和安装方法，尤其是涉及一种多工作模式的分布式潮流控制器以及适用于多分裂输电系统的DPFC串联侧电路控制和安装方法。

背景技术

分布式潮流控制器多采用单相形式，其价格低廉、重量轻盈，可分布式地安装于输电线路上，没有集中装置的占地面积问题，是现代电力系统潮流控制和电能质量控制的首选，美国SMART WIRES GRID已对其展开全面的研究，我国也在从原理验证、效能评估、示范安装等方面对其进行研究。

目前，美国已投运的分布式潮流控制器均是安装于非分裂的单导线上，而我国输电容量大、输电距离远，500kV输电线路全部为分裂导线，110kV 和220kV也多有采用2分裂导线。

本发明申请小组曾经申请发明“一种适用于多分裂导线的分布式潮流控制器及其控制方法”，该发明将分布式潮流控制器(DPFC，distributed power flow controller)的串联侧电路，包括单匝耦合变压器1、单相电压源变流器2、装置控制器3、通信模块4和取源模块5，分别直接悬挂如图1所示于架空输电线路的各组分裂导线6上，而这所有的器件均将全部装进一盒子内，如图2所示。

如此装设方法箱体内任一元器件发生故障均需将整个箱体拆卸下来，增加了装置的运行维护费用，也降低了装置的使用效率，同时变压器和单相电压源变流器放置在一个箱体将恶化箱体内的温度环境。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种多工作模式的分布式潮流控制器，其特征在于，包括至少两组单匝耦合变压组件，分别设置在至少两根分裂导线上，每组单匝耦合变压结构相同，均包括设置在分裂导线上的单匝耦合变压器以及并联在单匝耦合变压器副边的变压器控制组件，所述变压器控制组件依次串联的机械开关和变压器控制模块，机械开关的一端与并联在单匝耦合变压器副边，另一端与变压器控制模块连接；所有的变压器控制模块同时连接到装置控制器后与单相电压源变流器连接，单相电压源变流器分别与单匝耦合变压器副边连接，设置在任意一个分裂导线上的取源模块与装置控制器连接。

为了提高装置使用效率，便于装置的运行维护，本发明创造性的提出一种在单匝耦合变压器1的副边增设并联一组变压器控制模块8的多工作模式的分布式潮流控制器拓扑结构，既使单相电压源变流器及其控制模块故障退出运行，单匝耦合变压器也仍可以以串联耦合电抗器的方式继续对线路进行参数调控。

如图1所示的元器件中，变压器相比于单相电压源变流器及其测控器件运行相对稳定、可靠，其故障率也相对较低，本发明还提出一种将耦合变压器1及控制模块8单独成一箱体①封装，以卡钳方式安装于架空输电线路上，并将图1中的取源模块5和通信模块4单独封装在一箱体③内，同样以卡钳方式安装于架空输电线路上，并将单相电压源变流器及其控制设备的箱体②安装于由分裂导线子导线自成的笼子内。此种拓扑结构及安装方式充分提高了装置的使用效率，同时将整套装置分箱体安装的方法，避免了集中的安装造成的整体工作环境温度过高的问题，部分箱体安装于由分裂导线子导线自成的笼子内可以起到屏蔽保护的作用，使得整套装置的可靠性得到保证，并易于装置的运行维护。

在上述的一种多工作模式的分布式潮流控制器，还包括一个通信模块，分别与取源模块和装置控制器连接。

在上述的一种多工作模式的分布式潮流控制器，所述单匝耦合变压器与并联的变压器控制组件封装在箱体一中，而变压器控制组件及装置控制器封装在箱体二中，通信模块与取源模块封装在箱体三中。

一种多工作模式的分布式潮流控制器的控制方法，其特征在于，包括两种控制模式，具体为：

第一种工作模式：变压器控制模块未投入，即整个装置作为DPFC对线路潮流进行调控；

第二种工作模式：通过机械开关控制变压器控制模块的投入，使整个装置在单相电压源变流器退出运行时仍然可以以串联耦合电抗器的方式对线路进行参数调控。

在上述的一种多工作模式的分布式潮流控制器的控制方法，第一种工作模式下的单相电压源变流器的装置控制器与第二种工作模式下的变压器控制模块中的控制器共用一套通信模块和取源模块。

一种多工作模式的分布式潮流控制器的安装方法，其特征在于，包括：

步骤1，安装耦合变压器与变压器控制器单独封装的箱体一，以卡钳的方式安装于架空输电线路上，并从箱体一中的耦合变压器引出两根连接线；

步骤2，,连接线的另一端与箱体二中的单相电压源变流器相连形成回路；同时从箱体一中的耦合变压器引出用于变压器控制器的取源线，此取源线的另一端与箱体三的取源模块相连进行取源；

步骤3，安装单相电压源变流器及其控制装置封装的箱体二，除了由其中的单相电压源变流器引出两根连接线与箱体一中的耦合变压器相连，还需从箱体二中的装置控制器模块引出一根取源线、一根通信线，分别与通信模块与取源模块封装的箱体三中的取源模块和通信模块相连。

一种基于多工作模式的分布式潮流控制器的适用于多分裂输电系统的分布式潮流控制器串联侧电路安装方法，其特征在于，包括：

对于多分裂输电系统，将耦合变压器单独封装的箱体一分别卡嵌于分裂导线的每根分裂导线上，并选择其中一根分裂导线与通信模块和取源模块封装的箱体三耦合挂接对其子导线上的电流和电压进行取源，而对于单相电压源变流器及其控制装置封装的箱体二则安装于由分裂导线子导线自成的笼子内，整个多分裂输电系统的箱体一共用一套箱体二和箱体三设备进行控制和取源通信。

因此，本发明具有如下优点：本发明提出一种在DPFC串联侧变流器单匝耦合变压器的副边增设并联一组变压器控制模块的拓扑结构，并将耦合变压器单独成一箱体封装，以卡钳方式安装于架空输电线路上，而单相电压源变流器及其控装置、取源模块和通信模块则分别成一箱体的安装方式，可以减小DPFC的运维成本、提高DPFC整体的使用效率，多分裂导线子导线形成的笼子还能对放置于其内部的单相电压源变流器及其控装置箱体起到屏蔽保护作用，该发明成果的推广应用，可以为形成绿色智能互联电网提供一种有效经济的潮流调控方法。

附图说明

附图1是DPFC串联侧电路分别挂接于各组分裂导线示意图。

附图2是分布式潮流控制器单元安装在箱体内的示意图。

附图3是本发明的DPFC串联侧电路耦合变压器多模式工作电路示意图。

附图4是本发明的耦合变压器与变压器控制模块单独封装的箱体一示意图。

附图5是本发明的单相电压源变流器及其控制装置封装的箱体二示意图。

附图6是本发明的通信模块与取源模块封装的箱体三示意图。

附图7是本发明的在二分裂导线上的挂接示意图。

附图8是本发明在四分裂导线上的挂接示意图。

附图9是本发明在六分裂导线上的挂接示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

为了提高装置使用效率，便于装置的运行维护，本发明提出一种在单匝耦合变压器1的副边增设并联一组变压器控制模块8的多工作模式的分布式潮流控制器拓扑结构，以及一种将耦合变压器及控制模块单独成一箱体①封装，以卡钳方式安装于架空输电线路上，同样通信模块4与取源模块5单独封装的箱体③耦合挂接于输电线路，而单相电压源变流器2的装置控制器3另封装的箱体②安装于由分裂导线子导线自成的笼子内的安装方法。此种拓扑结构及安装方式充分提高了装置的使用效率，既使单相电压源变流器及其控制模块故障退出运行，单匝耦合变压器也仍可以以串联耦合电抗器的方式继续对线路进行参数调控，同时将整套装置分箱体安装的方法，避免了集中的安装造成的整体工作环境温度过高的问题，部分箱体安装于由分裂导线子导线自成的笼子内可以起到屏蔽保护的作用，使得整套装置的可靠性得到保证，并易于装置的运行维护。

本发明提出的拓扑结构，其特色在于在单匝耦合变压器1的副边增设并联一组变压器控制模块8。由此，本发明提出的拓扑可以有两种工作模式。第一种工作模式：变压器控制模块8未投入，即整个装置作为DPFC对线路潮流进行调控；第二种工作模式：通过机械开关7控制变压器控制模块8 的投入，使整个装置在单相电压源变流器2退出运行时仍然可以以串联耦合电抗器的方式对线路进行参数调控。第一种工作模式下的单相电压源变流器2的装置控制器3与第二种工作模式下的变压器控制模块中的控制器8 共用一套通信模块4和取源模块5，如图3所示为装置安装在二分裂导线上的电路结构原理图。

针对本发明提出的多工作模式分布式潮流控制器(DPFC，distributed powerflow controller)的拓扑结构，如图3所示，具体电路部分包括单匝耦合变压器1、单相电压源变流器2、装置控制器3、通信模块4、取源模块5和变压器控制模块8等模块，由于变压器相比于单相电压源变流器及其测控器件运行相对稳定、可靠，其故障率也相对较低，故本发明拟将单匝耦合变压器1与并联的变压器控制模块8单独成一箱体①封装，如图4 所示，而单相电压源变流器2及其控制装置3则另封装一个箱体②如图5 所示，再将通信模块4与取源模块5封装在一个箱体③内如图6所示。

对于耦合变压器1与变压器控制器8单独封装的箱体①，以卡钳的方式安装于架空输电线路上如图3所示，并从箱体①中的耦合变压器1引出两根连接线7如图4，此连接线7的另一端与箱体②中的图5中的单相电压源变流器2相连形成回路；同时从箱体①中的耦合变压器1引出用于变压器控制器的取源线a9，此取源线a9的另一端与图6中箱体③的取源模块5 相连进行取源。对于图5所示单相电压源变流器2及其控制装置3封装的箱体②，除了由其中的单相电压源变流器2引出两根连接线7与箱体①中的耦合变压器1相连，还需从箱体②中的装置控制器模块3引出一根取源线b11、一根通信线10，分别与通信模块4与取源模块5封装的箱体③中的取源模块4和通信模块5相连如图6所示。

同时本发明在前面设计的基础上提出适用于多分裂输电系统的DPFC串联侧电路安装方法。如图8所示以四分裂输电系统为例，如同在二分裂输电系统上的安装方法，将耦合变压器1单独封装的箱体①分别卡嵌于分裂导线6的每根分裂导线上，并选择其中一根分裂导线与通信模块4和取源模块5封装的箱体③耦合挂接对其子导线上的电流和电压进行取源，而对于单相电压源变流器2及其控制装置3封装的箱体②则安装于由分裂导线6 子导线自成的笼子内，整个多分裂输电系统的箱体①共用一套箱体②和箱体③设备进行控制和取源通信。

同时本发明也适用于高分裂输电系统的DPFC串联侧电路的耦合变压器多模式工作安装方法，此装置在六分裂导线上的挂接与前面提到的四分裂导线上的安装方法类似，其示意图如图9所示。

基于原发明专利“一种适用于多分裂导线的分布式潮流控制器及其控制方法”中的分布式潮流控制器串联侧的拓扑结构，本发明在原拓扑结构的基础上新增了变压器控制模块8，将此模块8与单匝耦合变压器1并联，通过机械开关7控制变压器控制模块8的投入和切除，其模块包括两个反并联的IGBT以及其控制器。

本发明的具体实施步骤如下：

第一步：根据单匝耦合变压器1及其控制8模块、DPFC串联侧单相变流器2及其控制器3、取源5及通信模块4的尺寸，定制相应大小的箱体分别为箱体①、箱体②和箱体③。该盒子为螺栓可活动开合式。

第二步：将单匝耦合变压器及其控制模块装入箱体①，在每根分裂导线上以卡钳的方式将箱体①安装于架空线路上。

第三步：将DPFC串联侧单相变流器及其控制器装入箱体②，并将箱体②焊接固定在输电线路分裂导线子导线形成的笼子里。

第四步：将取源及通信模块装入箱体③，选择一根分裂导线的子导线以卡钳的方式安装箱体③。

第五步：按照图3将各个箱体之间的连接起来，从箱体①中的耦合变压器1引出两根连接线7如图4，此连接线7的另一端与箱体②中的图5中的单相电压源变流器2相连；同时从箱体①中的耦合变压器1引出用于变压器控制器的取源线a9，此取源线a9的另一端与图6中箱体③的取源模块 5相连进行取源。还需从箱体②中的装置控制器模块3引出一根取源线b11、一根通信线10，分别与通信模块4与取源模块5封装的箱体③中的取源模块4和通信模块5相连如图6所示。

按照上述方法安装完成后，本发明的具体操作步骤：

第六步：正常运行时，处于第一工作模式，即合上单相电压源变流器2 上的机械开关将单相电压源变流器2及其控制器3投入工作，此时控制变压器控制模块8的机械开关7处于断开状态，整个设备通过控制单相电压源变流器2来实现对线路潮流的调控。

第八步：当单相电压源变流器2故障后，则断开单相电压源变流器上的机械开关，将单相电压源变流器2及其控制器3封装的箱体②切除，并合上变压器控制模块8上的机械开关7投入变压器控制模块8，此时切换到第二种工作模式，则通过控制变压器控制模块8可以实现对线路潮流的调控。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。