一种分布式潮流控制器的制作方法

本实用新型涉及电力系统技术领域，具体涉及一种分布式潮流控制器。

背景技术：

在无任何潮流控制装置的电力系统中，电网潮流主要根据系统输电线路等阻抗函数而自然分布，较之于高阻抗输电线路，低阻抗输电线路将承担更大的系统潮流。但这种自然形成不受控制的潮流分布一般并不是系统运行所希望的潮流分布，并可能会给系统的运行带来输送能力不足、传输损耗大、电压越限，甚至破坏系统稳定等一系列问题。

为改善系统潮流分布，电力系统长期以来主要采取新建电厂和输电线路的应对措施；但新建电厂和输电线路需占用大量宝贵的土地资源，且建设成本较高周期较长。因此，人们提出了采用电力电子技术改造升级现有线路的思路和方案，也就是柔性交流输电系统(flexibleactransmissionsystem,facts)，来达到控制系统潮流、提高系统稳定水平和输电能力目的。

facts技术是现代电力电子技术与传统潮流控制技术相结合的产物，可实现对系统潮流及节点电压的合理控制，降低功率损耗和发电成本，大幅度提高系统运行的稳定性和经济性。然而，集中式的大型facts设备结构复杂、占地面积大、一次性投资成本高，对日常运维人员的要求也较高，且目前其控制保护系统、电力电子器件和冷却系统等的可靠性也还有待进一步提高。针对灵活调整系统参数和网络结构、提高控制装置的响应速度和控制电网潮流的走向及分布的需求，20世纪80年代美国电力科学研究院与西屋公司提出了柔性交流输电技术facts。根据连接方式，facts控制器可分为并联补偿装置(如静止无功补偿器、静止同步补偿器)、串联补偿装置(如可控串联补偿)和串并联补偿装置(如统一潮流控制器)。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种分布式潮流控制方法及系统。

一种分布式潮流控制器，所述分布式潮流控制器设置于耐张塔上；

所述分布式潮流控制器包括：与输电线路耦合的电器组件、电流采样电路、控制单元和无线通信模块；

所述控制单元分别与所述电器组件、所述无线通信模块和所述电流采样电路连接；

所述电器组件用于调节输电线路中的电能传输转态；

所述控制单元用于控制电器组件的工作状态；

所述无线通信模块用于接收和发送电能状态的调节命令。

优选的，所述电器组件包括：耦合变压器、pt1模块、mov模块、限流电抗、lc滤波模块、电容、vsc模块和bps模块；

所述lc滤波模块与所述vsc模块串联后，与所述电容并联，之后与所述限流电抗串联；

所述耦合变压器、所述pt1模块、所述mov模块与所述bps模块并联后与所述限流电抗串联。

优选的，所述pt1模块型号为chv-100/1000。

优选的，所述限流电抗规格为1mh/200a的电抗元件。

优选的，所述lc滤波模块为规格为600μh/150a的lc滤波元件。

优选的，所述电容为规格为40μf/1000v的电容元件。

优选的，所述vsc模块由两只ff300r17ke4构成的h桥逆变模块。

优选的，其中所述bps模块包括：并联的tbs模块和机械开关k。

优选的，所述tbs模块为型号为skkt570/16e的晶闸管。

优选的，所述机械开关k为型号为hfe25的机械开关元件。

优选的，还包括电流/电压取能电路；

所述控制单元与电流取能/电压取能电路连接；

所述电流取能电路用于给所述控制单元和所述无线通信模块进行工作电流取能；

所述电压取能电路用于给所述控制单元和所述无线通信模块进行工作电压取能。

优选的，所述控制单元包括型号为a3p250的cpld逻辑芯片。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：

一种分布式潮流控制器，所述分布式潮流控制器设置于耐张塔上；所述分布式潮流控制器包括：与输电线路耦合的电器组件、电流采样电路、控制单元和无线通信模块；所述控制单元分别与所述电器组件、所述无线通信模块和所述电流采样电路连接；所述电器组件用于调节输电线路中的电能传输转态；所述控制单元用于控制电器组件的工作状态；所述无线通信模块用于接收和发送电能状态的调节命令。本实用新型的分布式潮流控制器，最大程度降低了本体尺寸及重量，节省了大量土建施工成本，分布式潮流控制器体积小且结构紧凑，便于安装和维护，可直接悬挂在耐张塔上，不占用地面土地资源。

附图说明

图1为本实用新型的分布式潮流控制器结构连接图；

图2为本实用新型的分布式潮流控制系统组成方案；

图3为本实用新型的分布式潮流控制器具体结构图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提出的一种分布式潮流控制器，所述分布式潮流控制器设置于耐张塔上；

所述分布式潮流控制器包括：与输电线路耦合的电器组件、电流采样电路、控制单元和无线通信模块；

所述控制单元分别与所述电器组件、所述无线通信模块和所述电流采样电路连接；

所述电器组件用于调节输电线路中的电能传输转态；

所述电流采样电路用于采集输电线路中的电能传输状态；

所述控制单元用于控制电器组件的工作状态；

所述无线通信模块用于接收和发送电能状态的调节命令。

所述电器组件包括：耦合变压器、pt1模块、mov模块、限流电抗、lc滤波模块、电容、vsc模块和bps模块；

所述lc滤波模块与所述vsc模块串联后，与所述电容并联，之后与所述限流电抗串联；

所述耦合变压器、所述pt1模块、所述mov模块与所述bps模块并联后与所述限流电抗串联。

所述pt1模块型号为chv-100/1000。

所述限流电抗规格为1mh/200a的电抗元件。

所述lc滤波模块为规格为600μh/150a的lc滤波元件。

所述电容为规格为40μf/1000v的电容元件。

所述vsc模块由两只ff300r17ke4构成的h桥逆变模块。

其中所述bps模块包括：并联的tbs模块和机械开关k。

所述tbs模块为型号为skkt570/16e的晶闸管。

所述机械开关k为型号为hfe25的机械开关元件。

还包括电流/电压取能电路；

所述控制单元与电流取能/电压取能电路连接；

所述电流取能电路用于给所述控制单元和所述无线通信模块进行工作电流取能；

所述电压取能电路用于给所述控制单元和所述无线通信模块进行工作电压取能。

所述控制单元包括型号为a3p250的cpld逻辑芯片。

实施例二：

图2为本实用新型的分布式潮流控制系统组成方案，图3为本实用新型的分布式潮流控制器具体结构图，本专利所提出的一种分布式潮流控制系统组成方案包括以下几部分：(1)ems；(2)主控制器；(3)无线收发模块；(4)dpfc子单元。

(1)ems：主要根据变电站、线路传输上来的数据，借助电网调度潮流计算软件，计算出每条线路的潮流分布情况，制定输电线路的调度计划。在分布式潮流控制系统中，ems系统仿真计算出需要投入的dpfc的总容量，并将需要补偿的目标电流或目标容量发送给主控制器。

(2)主控制器：与ems通信，上传设备状态信息(包括设备各组成部件状态、接收到的控制指令和动作过程记录)，接收来自系统的调节目标(补偿的目标电流或目标容量)。调节目标传给当地层，当地层选择相应工作模式(包括容性补偿、感性补偿以及各自补偿值)，按照初设的控制策略计算调节方案，调节指令传给底层控制，底层控制通过调节分布式dpfc子单元各组成部件完成调节。

电网系统稳态时，dpfc主控系统根据系统潮流调节目标(电流)计算出需要投入的总容量akva，除以单个子单元的容量bkva，得到需要投入的子模块数量n(n＝a/b)。

通过无线通讯给线路上的各dpfc单元发送调节指令，dpfc各单元投入或退出实现输电线路阻抗的变化，调节系统潮流。输电线路挂接的dpfc单元个数及参数需要根据系统情况、调节目标、调节精度等确定每个子单元参数。

(3)无线通信模块：接收“主控制器”发送的控制命令，发送“主控制器”的控制命令给“子单元”的“无线通信模块”；接收“子单元”的“无线通信模块”返回的信息，将“子单元”的返回信息，发送给“主控制器”。在无线传输过程的前端和后端采用专用加密芯片，防止数据被破译，降低给电网带来安全隐患的风险。无线通信采用gprs通用信道和lora专用通道两种方式实现，两种方式互为备用。gprs为移动运营商提供，为收费通道；lora为中长距离无线通信方式，采用企业自建，为免费通道。

dpfc子单元主要由以下部分组成：1)耦合变压器：向线路耦合传递无功功率，自身励磁电抗串入线路；2)mov：限制线路侧传递过来的过电压；3)bps：配合控制单元实现切除旁路、保护旁路和投入运行三种控制功能，由型号为skkt570/16e晶闸管旁路阀tbs和型号为hfe25的快速机械开关k并联组成；4)vsc模块：由两只ff300r17ke4构成的h桥逆变模块，向线路发出感性或容性无功；5)控制单元：子单元模块的控制器；6)电流取能/电压取能电路：控制单元电路和无线通信模块的工作取能；7)电流采样电路：闭环调节控制，电流反馈；8)无线通信模块：与主控制器连接无线通信模块相同；9)型号为chv-100/1000的pt1模块；10)规格为1mh/200a的限流电抗；11)规格为600μh/150a的lc滤波元件；12)规格为40μf/1000v的电容元件

控制单元接收无线通信组件解析的指令，利用逻辑芯片(型号为a3p250的cpld)完成复合开关的分、合控制以及电压源换流器输出控制，实现对dpfc子单元的控制、监测及保护。

dpfc系统主要有小容量串联电抗器模式和大容量无功注入模式两种工作模式。

(1)小容量串联电抗器模式：通过控制单元封锁触发脉冲，整个vsc不工作；控制单元控制快速机械开关k打开，耦合变压器副边开路，dpfc单元等效为串联接入系统的耦合变压器励磁阻抗。多个dpfc单元同时处于小容量串联电抗器模式时，等效于在系统中串入多组电抗，可在系统中实现有级阻抗调节，相当于分布式串联电抗器。

当输电线路不需要dpfc子单元注入电感时，通过控制单元封锁触发脉冲，整个vsc不工作；控制单元控制快速机械开关k闭合，耦合变压器副边短路，dpfc单元等效为串联接入系统的耦合变压器漏抗，对系统几乎无影响。这种模式下子单元功耗小，电路中的电力电子器件没有高频关断损耗。

(2)大容量无功注入模式：通过控制单元向vsc发出触发脉冲，lcl滤波器可以使流入耦合变压器的电流波形接近于正弦波；此时控制单元控制快速开关k处于断开状态，dpfc子单元副边的电压源换流器工作于无功输出状态，既可以输出容性无功，也可以输出感性无功，实现对线路的容性补偿或感性补偿，可在系统中实现快速连续阻抗调节。

(3)故障保护状态：当输电线路出现短路故障时，输电线路的电流明显增大，为保证子单元模块不受损坏，需进行故障保护处理。具体过程如下：电流采样回路检测到输电线路出现大电流，控制单元向旁路晶闸管tbs和快速开关k同时发出闭合命令；由于晶闸管动作速度快，首先闭合，随后快速开关k闭合，这样输电线路的短路电流就不会耦合到vsc侧，导致vsc损坏。

dpfc子单元模块考虑现场应用环境及功能需求研制，具有较高可靠性、便于安装和维护。同时具有适合相应应用环境的防电磁干扰能力，结构紧凑、最大程度降低本体尺寸及重量减轻挂接线路承载力。

无需复杂的绝缘措施，分布式潮流控制器直接悬挂在线路上，其点位与输电线路完全相同，不许过多考虑绝缘问题，节省了绝缘成本；

相对于集中式统一潮流控制器，分布式潮流控制器不需要占用大量的土地资源，节省了大量土建施工成本。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。