专利名称：一种具有故障限流功能的潮流控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种故障限流功能的潮流控制器。
背景技术：
潮流控制和故障限流是输电网面临的两大核心技术难题。目前潮流控制器主要有两种类型，一种是通过改变线路的等效阻抗，如图1所示的美国专利US00M2495 “输电线潮流控制”，另一种是通过从线路上串入一个可控的电压源来实现，如图2所示的专利WO 9605642ΑΓ‘通用快速潮流控制器”。这两种潮流控制器都能够有效地控制电网功率的流动， 但是对电网故障无能为力，电网的短路故障甚至会对这些装置本身产生毁灭性的破坏。图 3所示的中国专利200620069650. 2 “具有短路限流功能的统一潮流控制器”采用过电流磁路饱和特性的变阻抗变压器来实现故障限流，但是该电路无法实现对装置本身的保护，在过电流冲击性有可能导致装置本身电力电子器件的损坏。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种具有故障限流功能的潮流控制器。 本发明在电网未发生故障时，通过变流器控制限流电感上的电流调节串入电网的等效阻抗，从而控制电网传输功率的大小，并通过变流器补偿传输电流的谐波及无功功率；在电网发生故障时，限流电感直接串入电网，起到故障限流的作用，同时还可以控制变流器对限流电感进行放电，控制限流电感电流的大小，改善限流的效果，并能通过保护电路旁路限流电感所在的限流支路进行稳态限流，改善故障限流的效果。本发明有以下两种基本结构形式1、本发明具有故障限流功能的潮流控制器的结构如下电压源变流器及其三相滤波电路、斩波器和三相降压变压器组成并联功率调节系统。电压源变流器的三相交流电压端通过滤波电路与三相降压变压器的低压侧相连，三相降压变压器的高压侧与第一三相电源相连；电压源变流器直流电压端与直流连接电容并联后与斩波器的直流电压端并联，斩波器的交流电压端与限流电感和三相二极管整流器的直流电压端相互串联形成回路；三相二极管整流器的三相交流电压端分别与第一开关、第三开关和第五开关的一端相连，第一开关、第三开关和第五开关的另一端分别与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器的低压侧的一端相连，第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器的低压侧的另一端相互连接；第二开关和第一电阻串联形成第一旁路支路，第一旁路支路与第一单相变压器的低压侧的两端并联；第四开关和第二电阻串联形成第二旁路支路，第二旁路支路与第二单相变压器的低压侧的两端并联；第六开关和第三电阻串联形成第三旁路支路，第三旁路支路与第三单相变压器的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容、第二串联补偿电容和第三串联补偿电容的一端分别与第二三相电源的三相分别相连，第一串联补偿电容、第二串联补偿电容和第三串联补偿电容的另一端分别与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器高压侧的一端相连；第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器高压侧的另一端与第一三相电源的三相分别相连。三相二极管整流器或用三个单相二极管整流器来代替，三个单相二极管整流器的直流电压端相互连接，并与斩波器的交流电压端和限流电感串联，形成电流回路，三个单相二极管整流器的交流电压端的一端分别与第一开关、第三开关和第五开关的一端相连，三个单相二极管整流器的交流电压端的另一端分别与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器低压侧的一端相连，第一开关、第三开关和第五开关的另一端与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器低压侧的另一端相连，其余电路的连接方式不变。第一旁路支路、第二旁路支路和第三旁路支路或分别并联于第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器的高压侧。在不需要进行潮流控制的场合，取消第二开关、第四开关、第六开关、第一补偿电容器、第二补偿电容器和第三补偿电容器。所述的并联功率调节系统或可用多个结构相同的并联功率调节系统组合而成，所述的组合并联功率调节系统的三相降压变压器的高压端相互并联，斩波器的交流电压输出端相互串联。对本结构形式的具有故障限流功能潮流控制器的控制方法在需要潮流控制时可分别针对如下两种工作状态进行(1)正常工作状态此时第一开关、第三开关和第五开关闭合，第二开关、第四开关和第六开关断开，电压源变流器和斩波器相互配合，通过控制限流电感上的电流，控制第一三相电源和第二三相电源之间的线电流的幅值，从而控制从第一三相电源到第二三相电源之间的功率流动的大小，电压源变流器在配合斩波器控制限流电感上电流的同时，补偿从第一三相电源流向第二三相电源的谐波电流和无功功率；(2) 故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电压源变流器和斩波器配合，对限流电感电流放电，以增强限流效果，当限流电感的电流值超过额定值时，将第一开关、第三开关和第五开关断开，第二开关、第四开关和第六开关闭合，线路电压将不再对限流电感充电，由旁路支路的电阻对电网进行故障限流。对本结构形式的具有故障限流功能潮流控制器的控制方法在不需要潮流控制时可分别针对如下两种工作状态进行(1)正常工作状态此时第一开关、第三开关和第五开关闭合，电压源变流器和斩波器相互配合，将限流电感的电流的幅值控制在线电流的幅值乘以三个单相变压器高低压变比以上的值，此时由三个单相变压器和二极管整流器构成的串联电路对电网不产生影响，电压源变流器在配合斩波器控制限流电感上电流的同时，补偿从第一三相电源流向第二三相电源的谐波电流、有功功率的波动和无功功率；(2)故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电压源变流器和斩波器配合，对限流电感电流放电，以增强限流效果，当限流电感的电流值超过额定值时，将第一开关、第三开关和第五开关断开，线路电压将不再对限流电感充电，由旁路支路的电阻对电网进行故障限流。2、本发明具有故障限流功能的潮流控制器的结构如下电流源变流器及其三相滤波电路和三相降压变压器组成并联功率调节系统；电流源变流器的三相交流电流端通过滤波电路与三相降压变压器的低压侧相连，三相降压变压器的高压侧与第一三相电源相连； 电流源变流器直流电流端与限流电感和三相二极管整流器的直流电压端相互串联形成回路；三相二极管整流器的三相交流电压端分别与第一开关、第三开关和第五开关的一端相连，第一开关、第三开关和第五开关的另一端分别与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器的低压侧的一端相连，第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器的低压侧的另一端相互连接；第二开关和第一电阻串联形成第一旁路支路，第一旁路支路与第一单相变压器的低压侧的两端并联；第四开关和第二电阻串联形成第二旁路支路，第二旁路支路与第二单相变压器的低压侧的两端并联；第六开关和第三电阻串联形成第三旁路支路，第三旁路支路与第三单相变压器的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容、第二串联补偿电容和第三串联补偿电容的一端分别与第二三相电源的三相分别相连，第一串联补偿电容、第二串联补偿电容和第三串联补偿电容的另一端分别与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器高压侧的一端相连；第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器高压侧的另一端与第一三相电源的三相分别相连。三相二极管整流器或用三个单相二极管整流器来代替，三个单相二极管整流器的直流电压端相互连接，并与电流源变流器的直流电流端和限流电感串联，形成电流回路，三个单相二极管整流器的交流电压端的一端分别与第一开关、第三开关和第五开关的一端相连，三个单相二极管整流器的交流电压端的另一端分别与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器低压侧的一端相连，第一开关、第三开关和第五开关的另一端与第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器低压侧的另一端相连，其余电路的连接方式不变。第一旁路支路、第二旁路支路和第三旁路支路或分别并联于第一单相变压器、第二单相变压器和第三单相变压器的高压侧；在不需要进行潮流控制的场合，取消第二开关、第四开关、第六开关、第一补偿电容器、 第二补偿电容器和第三补偿电容器。所述的并联功率调节系统或可用多个结构相同的并联功率调节系统组合而成，所述的组合并联功率调节系统的三相降压变压器的高压端相互并联，电流源变流器的直流电流端相互串联。对本结构形式的具有故障限流功能潮流控制器的控制方法在需要潮流控制时可分别针对如下两种工作状态进行1)正常工作状态此时第一开关、第三开关和第五开关闭合，第二开关、第四开关和第六开关断开，电流源变流器通过控制限流电感上的电流，控制第一三相电源和第二三相电源之间的线电流的幅值，从而控制从第一三相电源到第二三相电源之间的功率流动的大小，电流源变流器在控制限流电感上电流的同时，补偿从第一三相电源流向第二三相电源的谐波电流和无功功率；( 故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电流源变流器对限流电感电流放电，以增强限流效果，当限流电感的电流值超过额定值时，将第一开关、第三开关和第五开关断开，第二开关、第四开关和第六开关闭合，线路电压将不再对限流电感充电，旁路支路的电阻对电网进行故障限流。对本结构形式的具有故障限流功能潮流控制器的控制方法在不需要潮流控制时可分别针对如下两种工作状态进行(1)正常工作状态此时第一开关、第三开关和第五开关闭合，电流源变流器将限流电感的电流的幅值控制在线电流的幅值乘以三个单相变压器高低压变比以上的值，此时由三个单相变压器和二极管整流器构成的串联电路对电网不产生影响，电流源变流器在控制限流电感上电流的同时，补偿从第一三相电源流向第二三相电源的谐波电流、有功功率的波动和无功功率；(2)故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电流源变流器对限流电感电流放电，以增强限流效果，当限流电感的电流值超过额定值时，将第一开关、第三开关和第五开关断开，线路电压将不再对限流电感充电，旁路支路的电阻对电网进行故障限流。
图1为美国专利US00MM95 “输电线潮流控制”的拓扑结构图；图2为专利WO 9605642A1 “通用快速潮流控制器”的控制框图；图3为中国专利200620069650. 2 “具有短路限流功能的统一潮流控制器”的控制框图；图4-图7为本发明实施例1-4的拓扑结构图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施方式
进一步说明本发明。图4为本发明的实施例1的拓扑结构。如图4所示，本发明实施例1的结构如下 电压源变流器VSC及其三相滤波电路、斩波器chopper和三相降压变压器Tr组成并联功率调节系统PCS ；电压源变流器VSC的三相交流电压端通过滤波电路与三相降压变压器Tr的低压侧相连，三相降压变压器Tr的高压侧与第一三相电源化相连；电压源变流器VSC直流电压端与直流连接电容C并联后与斩波器chopper的直流电压端并联，斩波器chopper的交流电压端与限流电感Ls和三相二极管整流器Rf的直流电压端相互串联形成回路；三相二极管整流器Rf的三相交流电压端分别与第一开关Sl、第三开关S3和第五开关S5的一端相连，第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3的低压侧的一端相连，第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3的低压侧的另一端相互连接；第二开关S2和第一电阻 Rl串联形成第一旁路支路P1，第一旁路支路Pl与第一单相变压器Trl的低压侧的两端并联；第四开关S4和第二电阻R2串联形成第二旁路支路P2，第二旁路支路P2与第二单相变压器Tr2的低压侧的两端并联；第六开关S6和第三电阻R3串联形成第三旁路支路P3，第三旁路支路P3与第三单相变压器Tr3的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3的一端分别与第二三相电源Ug的三相分别相连，第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的一端相连；第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的另一端与第一三相电源Us 的三相分别相连。图5为本发明的实施例2的拓扑结构。如图5所示，本发明实施例2的结构如下 电压源变流器VSC及其三相滤波电路、斩波器chopper和三相降压变压器Tr组成并联功率调节系统PCS ；电压源变流器VSC的三相交流电压端通过滤波电路与三相降压变压器Tr的低压侧相连，三相降压变压器Tr的高压侧与第一三相电源化相连；电压源变流器VSC直流电压端与直流连接电容C并联后与斩波器chopper的直流电压端并联，斩波器chopper 的交流电压端与限流电感Ls、第一单相二极管整流器Rfl、第二单相二极管整流器Rf2、和第三单相二极管整流器Rf3的直流电压端相互串联形成回路；三个单相二极管整流器Rfl、 Rf2和Rf3的交流电压端的一端分别与第一开关Si、第三开关S3和第五开关S3的一端相连，三个单相二极管整流器Rfl、Rf2和Rf3的交流电压端的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3低压侧的一端相连，第一开关Si、第三开关 S3和第五开关S5的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3低压侧的另一端相连；第二开关S2和第一电阻Rl串联形成第一旁路支路P1，第一旁路支路Pl与第一单相变压器Trl的低压侧的两端并联；第四开关S4和第二电阻R2串联形成第二旁路支路P2，第二旁路支路P2与第二单相变压器Tr2的低压侧的两端并联；第六开关S6和第三电阻R3串联形成第三旁路支路P3，第三旁路支路P3与第三单相变压器Tr3 的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3 的一端分别与第二三相电源Ug的三相分别相连，第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容 C2和第三串联补偿电容C3的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的一端相连；第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的另一端与第一三相电源Us的三相分别相连。对图4和图5所示的实施例1和实施例2的控制可针对所述的具有潮流控制功能的故障限流器的两种工作状态分别进行控制1、正常工作状态此时第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5闭合，第二开关S2、第四开关S4和第六开关S6断开，电压源变流器 VSC和斩波器chopper相互配合，通过控制限流电感Ls上的电流，控制第一三相电源Us和第二三相电源Ug之间的线电流的幅值，从而控制从第一三相电源Us到第二三相电源Ug之间的功率流动的大小，电压源变流器VSC在配合斩波器chopper控制限流电感Ls上电流的同时，补偿从第一三相电源化流向第二三相电源Ug的谐波电流和无功功率；2、故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感Ls自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电压源变流器VSC和斩波器chopper配合，对限流电感Ls电流放电，以增强限流效果，当限流电感Ls的电流值超过额定值时，将第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5断开，第二开关S2、第四开关S4和第六开关S6闭合，线路电压将不再对限流电感充电，由旁路支路的电阻对电网进行故障限流。图6为本发明的实施例3的拓扑结构。如图6所示，本发明实施例3的结构如下 电流源变流器CSC及其三相滤波电路和三相降压变压器Tr组成并联功率调节系统PCS ；电流源变流器CSC的三相交流电流端通过滤波电路与三相降压变压器Tr的低压侧相连，三相降压变压器Tr的高压侧与第一三相电源Us相连；三相电流源变流器CSC直流电流端与限流电感Ls和三相二极管整流器Rf的直流电压端相互串联形成回路；三相二极管整流器Rf 的三相交流电压端分别与第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5的一端相连，第一开关 Si、第三开关S3和第五开关S5的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2 和第三单相变压器Tr3的低压侧的一端相连，第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3的低压侧的另一端相互连接；第二开关S2和第一电阻Rl串联形成第一旁路支路P1，第一旁路支路Pl与第一单相变压器Trl的低压侧的两端并联；第四开关S4 和第二电阻R2串联形成第二旁路支路P2，第二旁路支路P2与第二单相变压器Tr2的低压侧的两端并联；第六开关S6和第三电阻R3串联形成第三旁路支路P3，第三旁路支路P3与第三单相变压器Tr3的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3的一端分别与第二三相电源Ug的三相分别相连，第一串联补偿电容 Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的一端相连；第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的另一端与第一三相电源化的三相分别相连。
图7为本发明的实施例4的拓扑结构。如图7所示，本发明实施例4的结构如下 电流源变流器CSC及其三相滤波电路和三相降压变压器组成并联功率调节系统PCS ；电流源变流器CSC的三相交流电流端通过滤波电路与三相降压变压器Tr的低压侧相连，三相降压变压器Tr的高压侧与第一三相电源化相连；电流源变流器CSC直流电流端与限流电感 Ls、第一单相二极管整流器Rf!、第二单相二极管整流器Rf2、和第三单相二极管整流器Rf3 的直流电压端相互串联形成回路；三个单相二极管整流器Rf 1、Rf2和Rf3的交流电压端的一端分别与第一开关Si、第三开关S3和第五开关S3的一端相连，三个单相二极管整流器 Rf l、Rf2和Rf3的交流电压端的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3低压侧的一端相连，第一开关Sl、第三开关S3和第五开关S3的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3低压侧的另一端相连；第二开关S2和第一电阻Rl串联形成第一旁路支路P1，第一旁路支路Pl与第一单相变压器Trl的低压侧的两端并联；第四开关S4和第二电阻R2串联形成第二旁路支路P2， 第二旁路支路P2与第二单相变压器Tr2的低压侧的两端并联；第六开关S6和第三电阻R3 串联形成第三旁路支路P3，第三旁路支路P3与第三单相变压器Tr3的低压侧的两端并联； 第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3的一端分别与第二三相电源Ug的三相分别相连，第一串联补偿电容Cl、第二串联补偿电容C2和第三串联补偿电容C3的另一端分别与第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的一端相连；第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Tr3高压侧的另一端与第一三相电源Us的三相分别相连。 对图6和图7所示的实施例3和实施例4的控制方法可针对所述的具有潮流控制功能的故障限流器的两种工作状态分别进行控制1、正常工作状态此时第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5闭合，第二开关S2、第四开关S4和第六开关S6断开，电流源变流器CSC通过控制限流电感Ls上的电流，控制第一三相电源Us和第二三相电源Ug之间的线电流的幅值，从而控制从第一三相电源化到第二三相电源Ug之间的功率流动的大小，电流源变流器CSC在控制限流电感Ls上电流的同时，补偿从第一三相电源化流向第二三相电源Ug的谐波电流和无功功率；2故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感Ls自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电流源变流器CSC对限流电感Ls电流放电，以增强限流效果，当限流电感Ls的电流值超过额定值时，将第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5断开，第二开关S2、第四开关S4和第六开关S6闭合，线路电压将不再对限流电感充电，旁路支路的电阻对电网进行故障限流。 对于图4、5、6、7所示的4个实施例，所述的第一旁路支路P1、第二旁路支路P2和第三旁路支路P3或分别并联于第一单相变压器Trl、第二单相变压器Tr2和第三单相变压器Trl的高压侧。在不需要进行潮流控制的场合，取消第二开关S2、第四开关S4、第六开关 S6、第一补偿电容Cl、第二补偿电容C2和第三补偿电容C3 ；所述的并联功率调节系统或可用多个结构相同的并联功率调节系统组合而成，所述的组合并功率调节系统的三相降压变压器的高压端相互并联，斩波器的交流电压端或电流源变流器的直流电流端相互串联。在无需潮流控制的场合针对所述潮流控制器的两种工作状态分别进行控制(1)正常工作状态此时第一开关Sl、第三开关S3和第五开关S5闭合，电压源变流器VSC和斩波器chopper相互配合(或单独由电流源变流器CSC)，将限流电感Ls的电流的幅值控制在线电流的幅值乘以三个单相变压器Trl、Tr2和Tr3高低压变比以上的值，此时由三个单相变压器Trl、Tr2 和Tr3和二极管整流器Rf l、Rf2、Rf3或Rf构成的串联电路对电网不产生影响，电压源变流器VSC在配合斩波器chopper控制限流电感Ls上电流的同时，补偿从第一三相电源Us流向第二三相电源Ug的谐波电流、有功功率的波动和无功功率；(2)故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感Ls自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流， 同时电压源变流器VSC和斩波器chopper配合(或单独由电流源变流器CSC)，对限流电感 Ls电流放电，以增强限流效果，当限流电感Ls的电流值超过额定值时，将第一开关Si、第三开关S3和第五开关S5断开，线路电压将不再对限流电感充电，由旁路支路的电阻对电网进行故障限流。
权利要求
1.一种具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于所述的潮流控制器中电压源变流器(VSC)及其三相滤波电路、斩波器(chopper)和三相降压变压器(Tr)组成并联功率调节系统(PCQ ；电压源变流器(VSC)的三相交流电压端通过三相滤波电路与三相降压变压器(Tr)的低压侧相连，三相降压变压器(Tr)的高压侧与第一三相电源(Us)相连；电压源变流器(VSC)直流电压端与直流连接电容(C)并联后与斩波器(chopper)的直流电压端并联，斩波器(chopper)的交流电压端与限流电感(Ls)和三相二极管整流器(Rf)的直流电压端相互串联形成回路；三相二极管整流器(Rf)的三相交流电压端分别与第一开关 (Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)的一端相连，第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(SO的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)的低压侧的一端相连，第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)的低压侧的另一端相互连接；第二开关(S》和第一电阻(Rl)串联形成第一旁路支路(P1)，第一旁路支路(Pl)与第一单相变压器(Trl)的低压侧的两端并联；第四开关(S4)和第二电阻(似)串联形成第二旁路支路(P2)，第二旁路支路(P》与第二单相变压器(Tr2)的低压侧的两端并联；第六开关(S6)和第三电阻(R3)串联形成第三旁路支路(P3)，第三旁路支路(P3)与第三单相变压器(Tr3)的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的一端分别与第二三相电源 (Ug)的三相分别相连，第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器 (Tr3)高压侧的一端相连；第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)高压侧的另一端与第一三相电源(Us)的三相分别相连。
2.一种具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于所述的潮流控制器中电压源变流器(VSC)及其三相滤波电路、斩波器(chopper)和三相降压变压器(Tr)组成并联功率调节系统(PCS)；电压源变流器(VSC)的三相交流电压端通过滤波电路与三相降压变压器 (Tr)的低压侧相连，三相降压变压器(Tr)的高压侧与第一三相电源(Us)相连；电压源变流器(VSC)直流电压端与直流连接电容(C)并联后与斩波器(chopper)的直流电压端并联，斩波器(chopper)的交流电压端与限流电感(Ls)、第一单相二极管整流器(Rfl)、第二单相二极管整流器(Rf2)、和第三单相二极管整流器(Rf3)的直流电压端相互串联形成回路；三个单相二极管整流器(Rfl、Rf2、Rf;3)的交流电压端的一端分别与第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)的一端相连，三个单相二极管整流器(Rfl、Rf2, f3)的交流电压端的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器 (Tr3)低压侧的一端相连，第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)低压侧的另一端相连；第二开关(S》和第一电阻(Rl)串联形成第一旁路支路(Pl)，第一旁路支路(Pl)与第一单相变压器(Trl)的低压侧的两端并联；第四开关(S4)和第二电阻(R2)串联形成第二旁路支路(P2)，第二旁路支路(P》与第二单相变压器(Tr2)的低压侧的两端并联；第六开关(S6)和第三电阻(旧)串联形成第三旁路支路(P3)，第三旁路支路(P； )与第三单相变压器(Tr3)的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的一端分别与第二三相电源(Ug)的三相分别相连，第一串联补偿电容 (Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)高压侧的一端相连；第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)高压侧的另一端与第一三相电源 (Us)的三相分别相连。
3.根据权利要求1或2所述的具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于所述的第一旁路支路(Pl)、第二旁路支路(P》和第三旁路支路(p;3)分别并联于第一单相变压器 (Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)的高压侧；在不需要进行潮流控制的场合，取消第二开关(S2)、第四开关(S4)、第六开关(S6)、第一补偿电容器(Cl)、第二补偿电容器(C2)和第三补偿电容器(C3)；所述的并联功率调节系统(PCS)用多个结构相同的并联功率调节系统组合而成，所述的组合并联功率调节系统的三相降压变压器的高压端相互并联，斩波器的交流电压输出端相互串联。
4.根据权利要求1或2所述的具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于针对所述潮流控制器的两种工作状态分别进行控制(1)正常工作状态此时第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)闭合，第二开关(S2)、第四开关(S4)和第六开关(S6)断开， 电压源变流器(VSC)和斩波器(chopper)相互配合，通过控制限流电感(Ls)上的电流，控制第一三相电源(Us)和第二三相电源(Ug)之间的线电流的幅值，从而控制从第一三相电源(Us)到第二三相电源(Ug)之间的功率流动的大小，电压源变流器(VSC)在配合斩波器 (chopper)控制限流电感(Ls)上电流的同时，补偿从第一三相电源(Us)流向第二三相电源 (Ug)的谐波电流和无功功率；(2)故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感(Ls) 自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电压源变流器(VSC)和斩波器(chopper)配合，对限流电感(Ls)电流放电，以增强限流效果，当限流电感(Ls)的电流值超过额定值时，将第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)断开，第二开关 (S2)、第四开关(S4)和第六开关(S6)闭合，线路电压将不再对限流电感充电，由旁路支路的电阻对电网进行故障限流。
5.根据权利要求3所述的具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于在无需潮流控制的场合针对所述潮流控制器的两种工作状态分别进行控制(1)正常工作状态此时第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)闭合，电压源变流器(VSC)和斩波器 (chopper)相互配合，将限流电感(Ls)的电流的幅值控制在线电流的幅值乘以三个单相变压器(Trl、Tr2和Trf)高低压变比以上的值，此时由三个单相变压器(Tr 1、Tr2和Trf)和二极管整流器(Rfl、Rf2、Rf3或Rf)构成的串联电路对电网不产生影响，电压源变流器(VSC) 在配合斩波器(chopper)控制限流电感(Ls)上电流的同时，补偿从第一三相电源(Us)流向第二三相电源(Ug)的谐波电流、有功功率的波动和无功功率；(2)故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感(Ls)自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电压源变流器(VSC)和斩波器(chopper)配合，对限流电感(Ls)电流放电，以增强限流效果，当限流电感(Ls)的电流值超过额定值时，将第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)断开，线路电压将不再对限流电感充电，由旁路支路的电阻对电网进行故障限流。
6.一种具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于在所述的潮流控制器中电流源变流器(CSC)及其三相滤波电路和三相降压变压器(Tr)组成并联功率调节系统(PCS)；电流源变流器(CSC)的三相交流电流端通过滤波电路与三相降压变压器(Tr)的低压侧相连，三相降压变压器(Tr)的高压侧与第一三相电源(Us)相连；三相电流源变流器(CSC)直流电流端与限流电感(Ls)和三相二极管整流器(Rf)的直流电压端相互串联形成回路；三相二极管整流器(Rf)的三相交流电压端分别与第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关 (S5)的一端相连，第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)的低压侧的一端相连，第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)的低压侧的另一端相互连接；第二开关(S》和第一电阻(Rl)串联形成第一旁路支路(Pl)，第一旁路支路(Pl) 与第一单相变压器(Trl)的低压侧的两端并联；第四开关(S4)和第二电阻(R2)串联形成第二旁路支路(P2)，第二旁路支路(P》与第二单相变压器(Tr2)的低压侧的两端并联；第六开关(S6)和第三电阻(旧)串联形成第三旁路支路(P3)，第三旁路支路(P； )与第三单相变压器(Tr3)的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的一端分别与第二三相电源(Ug)的三相分别相连，第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)高压侧的一端相连；第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)高压侧的另一端与第一三相电源(Us)的三相分别相连。
7.一种具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于在所述的潮流控制器中电流源变流器(CSC)及其三相滤波电路和三相降压变压器组成并联功率调节系统(PCS)；电流源变流器(CSC)的三相交流电流端通过滤波电路与三相降压变压器(Tr)的低压侧相连，三相降压变压器(Tr)的高压侧与第一三相电源(Us)相连；电流源变流器(CSC)直流电流端与限流电感(Ls)、第一单相二极管整流器(Rfl)、第二单相二极管整流器(Rf2)、和第三单相二极管整流器(Rf3)的直流电压端相互串联形成回路；三个单相二极管整流器(Rfl、Rf2, Rf3)的交流电压端的一端分别与第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)的一端相连，三个单相二极管整流器(Rfl、Rf2、Rf;3)的交流电压端的另一端分别与第一单相变压器 (Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)低压侧的一端相连，第一开关(Si)、 第三开关(S； )和第五开关(SO的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器 (Tr2)和第三单相变压器(Trf)低压侧的另一端相连；第二开关(S》和第一电阻(Rl)串联形成第一旁路支路(Pl)，第一旁路支路(Pl)与第一单相变压器(Trl)的低压侧的两端并联；第四开关(S4)和第二电阻R2串联形成第二旁路支路(P2)，第二旁路支路(P》与第二单相变压器(Tr2)的低压侧的两端并联；第六开关(S6)和第三电阻(R3)串联形成第三旁路支路(P3)，第三旁路支路(P3)与第三单相变压器(Tr3)的低压侧的两端并联；第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的一端分别与第二三相电源(Ug)的三相分别相连，第一串联补偿电容(Cl)、第二串联补偿电容(以)和第三串联补偿电容(O)的另一端分别与第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Trf)高压侧的一端相连；第一单相变压器(Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)高压侧的另一端与第一三相电源(Us)的三相分别相连。
8.按照权利要求6或7所述的具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于，所述的第一旁路支路(Pl)、第二旁路支路(P》和第三旁路支路(P； )分别并联于第一单相变压器 (Trl)、第二单相变压器(Trf)和第三单相变压器(Tr3)的高压侧；在不需要进行潮流控制的场合，取消第二开关(S2)、第四开关(S4)、第六开关(S6)、第一补偿电容器(Cl)、第二补偿电容器(C2)和第三补偿电容器(C3)；所述的并联功率调节系统(PCS)用多个结构相同的并联功率调节系统组合而成，所述的组合并联功率调节系统的三相降压变压器的高压端相互并联，电流源变流器的直流电流端相互串联。
9.根据权利要求6或7所述的具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于针对所述的潮流控制器的两种工作状态分别进行控制(1)正常工作状态此时第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)闭合，第二开关(S2)、第四开关(S4)和第六开关(S6)断开，电流源变流器(CSC)通过控制限流电感(Ls)上的电流，控制第一三相电源(Us)和第二三相电源(Ug)之间的线电流的幅值，从而控制从第一三相电源(Us)到第二三相电源(Ug)之间的功率流动的大小，电流源变流器(CSC)在控制限流电感(Ls)上电流的同时，补偿从第一三相电源(Us)流向第二三相电源(Ug)的谐波电流和无功功率；( 故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感(Ls)自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电流源变流器(CSC)对限流电感(Ls)电流放电，以增强限流效果，当限流电感 (Ls)的电流值超过额定值时，将第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)断开，第二开关(S2)、第四开关(S4)和第六开关(S6)闭合，线路电压将不再对限流电感充电，旁路支路的电阻对电网进行故障限流。
10.根据权利要求8所述的具有故障限流功能的潮流控制器，其特征在于在无需潮流控制的场合针对所述潮流控制器的两种工作状态分别进行控制(1)正常工作状态此时第一开关(Si)、第三开关(S3)和第五开关(S5)闭合，电流源变流器(CSC)将限流电感(Ls) 的电流的幅值控制在线电流的幅值乘以三个单相变压器(Trl、Tr2和Trf)高低压变比以上的值，此时由三个单相变压器(Trl、Tr2和Trf)和二极管整流器(Rf 1、Rf2、Rf3或Rf)构成的串联电路对电网不产生影响，电流源变流器(CSC)在控制限流电感(Ls)上电流的同时， 补偿从第一三相电源(Us)流向第二三相电源(Ug)的谐波电流、有功功率的波动和无功功率；(2)故障限流状态在电网发生短路故障后，限流电感(Ls)自动串入电网线路，增加了系统阻抗，从而减小了电网过电流，同时电流源变流器(CSC)对限流电感(Ls)电流放电，以增强限流效果，当限流电感(Ls)的电流值超过额定值时，将第一开关(Si)、第三开关(S3) 和第五开关(S5)断开，线路电压将不再对限流电感充电，旁路支路的电阻对电网进行故障限流。
全文摘要
一种具有故障限流功能的潮流控制器，本发明在电网未发生故障时，通过变流器控制限流电感上的电流调节串入电网的等效阻抗，从而控制电网传输功率的大小，并通过变流器补偿传输电流的谐波及无功功率；在电网发生故障时，限流电感直接串入电网，起到故障限流的作用，同时还可以控制变流器对限流电感进行放电，控制限流电感电流的大小，改善限流的效果，并能通过保护电路旁路限流电感所在的限流支路进行稳态限流，改善故障限流的效果。
文档编号H02J3/18GK102231522SQ20111018457
公开日2011年11月2日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者张志丰, 戴少涛, 肖立业, 郭文勇 申请人:中国科学院电工研究所