УСТРОЙСТВО КОМПЛЕКСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ ДЛЯ ДВУХЦЕПНОЙ ЛИНИИ
UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER FOR DOUBLE-CIRCUIT LINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к технологии гибкой передачи мощности переменного тока и, в частности, к устройству комплексного регулирования перетоков мощности для двухцепной линии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наряду с взаимосвязью больших энергосистем и применением различных новых устройств масштаб и сложность энергосистем увеличиваются, а выдача и передача мощности становятся более экономичными и эффективными; кроме того, поскольку крупные системы распределенной выработки электроэнергии подключены к энергосистеме, традиционная фиксированная передача перетоков мощности от сети электропередач до распределительной сети полностью изменилась; в связи с постоянным увеличением количества пользователей необходимо средство регулирования перетоков мощности для улучшения существующей пропускной способности линии электропередачи; и обмен мощностью между быстроразвивающейся интеллектуальной сетью и энергетическим рынком требует частого регулирования перетоков мощности.
Устройство комплексного регулирования перетоков мощности (УКРПМ) в настоящее время является самым универсальным устройством регулирования перетоков мощности, самое простое УКРПМ состоит из двух идентичных преобразователей напряжения, которые соединены посредством общего порта постоянного тока, и может считаться сформированным с помощью статического синхронного компенсатора (СТАТКОМ) и статического синхронного продольного компенсатора (ССПК). Различные функции регулирования: параллельная компенсация, продольная компенсация, сдвиг по фазе, и т.д. могут быть быстро реализованы по отдельности или одновременно путем изменения алгоритма регулирования, тем самым улучшая эффективность энергосистем.
В настоящее время большее количество исследований проводится относительно УКРПМ с топологической структурой, и алгоритма регулирования, направленного на использование УКРПМ на одноцепной линии электропередач, а меньшее внимание уделяется исследованиям в области использования УКРПМ на двухцепной линии. Поскольку сети передачи электроэнергии в Китае в основном имеют двухцепные или многоцепные линии, проблема оптимизации перетоков мощности и проблема перегрузки по току N-1 возникают на многоцепной линии, и если только в одной цепи многоцепной линии установлено УКРПМ, чтобы регулировать перетоки мощности на линии, эффективность регулирования является низкой. Поэтому, если оптимальным месторасположением УКРПМ является двухцепная линия, УКРПМ необходимо устанавливать в обеих цепях. Если на двухцепной линии устанавливается комплект из УКРПМ, каждое УКРПМ состоит из статического синхронного компенсатора (включающего трансформатор со стороны параллельного соединения и преобразователь со стороны параллельного соединения), соединенного со статическим синхронным продольным компенсатором (включающим трансформатор со стороны последовательного соединения и преобразователь со стороны последовательного соединения), в общей сложности необходимо четыре преобразователя и четыре трансформатора, занимаемое пространство больше, и инвестиционные расходы выше; и при выходе из строя какого-либо преобразователя регулирование перетоков мощности на двухцепной линии электропередачи не осуществляется.
Чтобы устранить недостаток УКРПМ, применяемого к двухцепной линии, сэкономить инвестиционные расходы и монтажное пространство, повысить эффективность и надежность УКРПМ и полностью использовать преимущества УКРПМ, необходима более экономичная и более гибкая конструкция.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения - создание УКРПМ, подходящего для двухцепной линии электропередачи. Данная топологическая структура может обеспечить работу в различных режимах, если один преобразователь тока находится в неисправном состоянии, удается отрегулировать перетоки мощности на двухцепной линии электропередач и сохранить один преобразователь со стороны параллельного соединения, и при этом УКРПМ отличается высокой экономичностью, гибкостью и надежностью.
Для достижения цели решением настоящего изобретении является
УКРПМ для двухцепной линии электропередачи, отличающееся тем, что
УКРПМ, применяемое к двухцепной линии электропередачи, включает по меньшей мере один трансформатор со стороны параллельного соединения, три преобразователя тока, по меньшей мере два трансформатора со стороны последовательного соединения, коммутационную цепь со стороны параллельного соединения, коммутационную цепь со стороны последовательного соединения и общую шину постоянного тока; по меньшей мере одна сторона трансформаторов со стороны последовательного соединения параллельно соединена по меньшей мере с одной группой обходных выключателей; стороны переменного тока трех преобразователей тока последовательно соединены с каждой обводной линией после соединения по меньшей мере с одним трансформатором со стороны последовательного соединения посредством коммутационной цепи со стороны последовательного соединения; стороны переменного тока трех преобразователей тока подсоединены к системе переменного тока после соединения по меньшей мере с одним трансформатором со стороны параллельного соединения посредством пусковой цепи коммутационной цепи со стороны параллельного соединения; и стороны постоянного тока трех преобразователей тока соединены с общей шиной постоянного тока посредством перекидного переключателя.
Более того, коммутационная цепь со стороны параллельного соединения включает по меньшей мере один переключатель на два положения и выполнена с возможностью подсоединения или отсоединения трех преобразователей к или от системы переменного тока со стороны параллельного соединения в различных сочетаниях; и коммутационная цепь со стороны последовательного соединения включает по меньшей мере один переключатель на два положения и выполнена с возможностью подсоединения или отсоединения трех преобразователей к или от трансформатора со стороны последовательного соединения в различных сочетаниях.
Кроме того, УКРПМ также включает по меньшей мере одну пусковую цепь со стороны параллельного соединения соответственно, по меньшей мере три преобразователя соединены по меньшей мере с одной пусковой цепью со стороны параллельного соединения посредством коммутационной цепи со стороны параллельного соединения, а затем соединяются по меньшей мере с одним трансформатором со стороны параллельного соединения.
Помимо этого, обходные выключатели являются обходными автоматическим выключателями или быстродействующими обходными выключателями.
Кроме того, по меньшей мере одна группа обходных автоматических выключателей параллельно соединена с линейной стороны с двумя концами обмотки трансформатора со стороны последовательного соединения и выполнена с возможностью управления трансформатором со стороны последовательного соединения для подсоединения или отсоединения от линии.
Более того, по меньшей мере одна группа быстродействующих обходных выключателей параллельно подключается между фазами со стороны вентиля трансформатора со стороны последовательного соединения и выполнена с возможностью обеспечения быстрого перепуска и изолирования преобразователей от линии.
Помимо этого, УКРПМ реализует возможность работы в разных режимах, включая, но ограничиваясь: режим работы УКРПМ на двухцепной линии, режим работы УКРПМ на одноцепной линии, режим работы УКРПМ со статическим синхронным компенсатором, режим работы УКРПМ со статическим синхронным продольным компенсатором и режим работы УКРПМ между линиями за счет коммутационной операции, обеспечиваемой коммутационной цепью со стороны параллельного соединения и коммутационной цепью со стороны последовательного соединения.
Кроме того, переключатели на два положения являются разъединителями или автоматическим выключателями, или переключателями, включающими силовые электронные устройства.
Более того, система переменного тока, к которой подключается трансформатор со стороны параллельного соединения, является общей шиной двухцепной линии электропередачи или другими шинами переменного тока.
Кроме того, пусковая цепь со стороны параллельного соединения содержит пару резисторов и переключателей, соединенных параллельно, переключатель представляет собой разъединитель, автоматический выключатель или переключатель, содержащий силовое электронное устройство.
Более того, быстродействующие обходные выключатели представляют собой автоматические выключатели, антипараллельные тиристоры на два направления или другие силовые электронные устройства.
Кроме того, преобразователи являются преобразователями напряжения, включая, но не ограничиваясь, двухуровневую структуру, многоуровневую структуру трансформатора или модульную многоуровневую структуру.
Помимо этого, трансформатор со стороны последовательного соединения является однофазным или трехфазным трансформатором, а обмотка со стороны линии трансформатора со стороны последовательного соединения последовательно и пофазно соединена с линией.
Кроме того, когда УКРПМ осуществляет регулирование в линейной цепи N, количество преобразователей составляет по меньшей мере N+1, количество трансформаторов со стороны последовательного соединения составляет по меньшей мере N, а N - натуральное число больше 2.
После внедрения решения настоящее изобретение может улучшить гибкость, повысить экономичность и надежность УКРПМ, применяемого к двухцепной линии. Во время нормальной работы один преобразователь подключается к параллельной системе и выполняет быструю компенсацию реактивной мощности в системе переменного тока или управляет шиной со стороны параллельного соединения, другие два преобразователя соединены с трансформатором со стороны последовательного соединения и регулируют переток мощности на двухцепной линии. Когда один преобразователь выходит из строя, остальные два преобразователя могут посредством коммутационной операции подать сигнал для начала работы ССПК или УКРПМ для регулирования перетоков мощности между линиями, за счет чего регулируется переток мощности на двухцепной линии. Более того, все три преобразователя могут служить в качестве СТАТКОМ для выполнения его функций и увеличить запас реактивной мощности системы. Поскольку используются только три преобразователя, один преобразователь остается в запасе по сравнению с режимом, при котором одна группа цельных УКРПМ устанавливается в любую цепь двухцепной линии, обеспечивается хорошая экономия, напряжение переменного тока становится боле стабильным без необходимости в обеспечении системы, управляемой напряжением, шины переменного тока, и экономический эффект является очевидным. Для УКРПМ, применяемого к линейной цепи N, может быть внедрена подобная конструкция. Для этого требуются как минимум преобразователи N+1, и ее экономическая выгода является более очевидной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Рис. 1 - соответствующая схема конструкции УКРПМ с однофазным трансформатором одного варианта осуществления настоящего изобретения;
Рис. 2 - соответствующая схема конструкции УКРПМ с однофазным трансформатором другого варианта осуществления настоящего изобретения;
Рис. 3 - схема конструкции системы переменного тока, к которой подключается трансформатор со стороны параллельного соединения одного варианта осуществления изобретения, являющейся общей шиной двухцепной линии.
Рис. 4 - схема конструкции коммутационной цепи со стороны параллельного соединения и коммутационной цепи со стороны последовательного соединения, состоящих из переключателей на два положения одного варианта осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны вместе с чертежами.
Настоящее изобретение предусматривает УКРПМ, подходящее для двухцепной линии электропередачи, и один из его предпочтительных вариантов осуществления показан на рис. 1, на котором 1 - трансформатор со стороны параллельного соединения, 2 - пусковая цепь со стороны параллельного соединения, 3 - коммутационная цепь со стороны параллельного соединения, 4 - преобразователь напряжения, 5 - шина постоянного тока и переключатель на два положения, 6 - коммутационная цепь со стороны последовательного соединения, 7 - быстродействующий обходной выключатель со стороны параллельного соединения обмотки со стороны вентиля трансформатора со стороны последовательного соединения, 8 - трансформатор со стороны последовательного соединения, 9 и 10 - обходные автоматические выключатели со стороны параллельного соединения обмотки со стороны линии трансформатора со стороны последовательного соединения и 11 - реактивное сопротивление двухцепной линии.
УКРПМ включает по меньшей мере один трансформатор со стороны параллельного соединения 1, пусковую цепь 2, три преобразователя тока 4, по меньшей мере два трансформатора со стороны последовательного соединения 8, коммутационную цепь со стороны параллельного соединения 3, коммутационную цепь со стороны последовательного соединения 6 и общую шину постоянного тока 5. По меньшей мере одна сторона трансформаторов со стороны последовательного соединения параллельно соединена по меньшей мере с одной, группой обходных выключателей 9, 10 или по меньшей мере с одной группой быстродействующих обходных выключателей 7, или соединена параллельно с обеими группами. Следует отметить, что пусковая цепь 2 является ненужной, и в настоящем документе случай использования пусковой цепи 2 приводится в качестве примера для пояснения. Кроме того, по меньшей мере одна сторона трансформатора со стороны последовательного соединения 8 параллельно соединена по меньшей мере с одной группой обходных выключателей, и обходные выключатели являются обходными автоматическими выключателями или быстродействующими обходными выключателями. Одна сторона трансформатора со стороны последовательного соединения 8 может быть соединена одновременно с обходными автоматическими выключателями или быстродействующими обходными выключателями, или две стороны трансформатора со стороны последовательного соединения соединены соответственно с обходными автоматическими выключателями или быстродействующими обходными выключателями.
Стороны переменного тока трех преобразователей тока 4 соединены с трансформатором со стороны последовательного соединения 8 посредством коммутационной цепи со стороны последовательного соединения 6 и затем соединяются с каждой линейной цепью. Стороны переменного тока трех преобразователей тока 4 подсоединены к системе переменного тока после соединения по меньшей мере с одним трансформатором со стороны параллельного соединения 1 посредством коммутационной цепи со стороны параллельного соединения 3, стороны постоянного тока трех преобразователей 4 соединены с общей шиной постоянного тока 5 посредством переключателей на два положения.
Вышеуказанное УКРПМ может включать по меньшей мере одну пусковую цепь со стороны параллельного соединения 2, три преобразователя 4 соединяются по меньшей мере с одним трансформатором со стороны параллельного соединения 1 после подсоединения к коммутационной цепи со стороны параллельного соединения 3 и по меньшей мере с одной пусковой цепью со стороны параллельного соединения 2.
Коммутационная цепь со стороны параллельного соединения 3 вышеуказанного УКРПМ может обеспечиваться за счет переключателей на два положения, тем самым подсоединяя или отсоединяя три преобразователя 4 к или от пусковой цепи со стороны последовательного соединения 2 при различных сочетаниях режимов. Коммутационная цепь со стороны последовательного соединения 6 УКРПМ может обеспечиваться за счет переключателей на два положения, тем самым подсоединяя или отсоединяя три преобразователя 4 к или от трансформатора со стороны последовательного соединения 8 при различных сочетаниях режимов. При варианте осуществления изобретения, показанного на рис. 4, три преобразователя могут быть подсоединены к системе переменного тока со стороны параллельного соединения посредством переключения трех переключателей на два положения, содержащихся в коммутационной цепи со стороны параллельного соединения. Путем переключения четырех переключателей на два положения содержащихся в коммутационной цепи со стороны последовательного соединения, преобразователь 1 может быть подсоединен к какой-либо линейной цепи, и преобразователь 2 и преобразователь 3 могут быть подсоединены к одной из линейных цепей.
По меньшей мере одна группа обходных автоматических выключателей трансформатора со стороны последовательного соединения 9 и 10 вышеуказанного УКРПМ параллельно соединена с линейной стороны с двумя концами обмотки трансформатора со стороны последовательного соединения и выполнена с возможностью управления трансформатором со стороны последовательного соединения для подсоединения или отсоединения от линии.
По меньшей мере одна группа быстродействующих обходных выключателей 7 вышеуказанного УКРПМ параллельно подключается между фазами со стороны вентиля трансформатора со стороны последовательного соединения и выполнена с возможностью обеспечения быстрого перепуска и изолирования преобразователей от линии.
Вышеуказанное УКРПМ реализует возможность работы в разных режимах, включая, но не ограничиваясь: режим работы УКРПМ на двухцепной линии, режим работы УКРПМ на одноцепной линии, режим работы УКРПМ со статическим синхронным компенсатором, режим работы УКРПМ со статическим синхронным продольным компенсатором и режим работы УКРПМ между линиями за счет коммутационной операции, обеспечиваемой коммутационной цепью со стороны параллельного соединения 3 и коммутационной цепью со стороны последовательного соединения 6.
Переключатели на два положения коммутационной цепи со стороны параллельного соединения 3 и коммутационной цепи со стороны последовательного соединения 6 вышеуказанного УКРПМ могут являться разъединителями или автоматическим выключателями, или переключателями, содержащими силовые электронные устройства.
Система переменного тока, к которой подсоединяется трансформатор со стороны параллельного соединения 1 вышеуказанного УКРПМ, может представлять собой общую шину двухцепной линии электропередачи, например, вариант осуществления изобретения, как показано на рис. 3, или другие шины переменного тока, например, вариант осуществления изобретения, как показано на рис. 1.
Пусковая цепь со стороны параллельного соединения 2 вышеуказанного УКРПМ может содержать пару, состоящую из резистора и переключателя, соединенных параллельно, переключатель представляет собой разъединитель, автоматический выключатель или переключатель, содержащий силовое электронное устройство.
Быстродействующие обходные выключатели 7 вышеуказанного УКРПМ представляют собой автоматические выключатели, антипараллельные тиристоры на два направления или другие силовые электронные устройства.
Настоящее изобретение также предусматривает другой вариант осуществления изобретения, как показано на рис. 2, который является схемой конструкции, на которой изображено множество трансформаторов со стороны параллельного соединения, множество пусковых цепей со стороны параллельного соединения и обходные автоматические выключатели со стороны параллельного соединения обмотки на стороне клапана трансформатора со стороны последовательного соединения; и 12 - обходной автоматический выключатель со стороны параллельного соединения обмотки на стороне клапана трансформатора со стороны последовательного соединения.
Преобразователи 4 вышеуказанного УКРПМ являются преобразователями напряжения, включая, но не ограничиваясь, двухуровневую структуру, многоуровневую структуру трансформатора или модульную многоуровневую структуру, или прочие топологические структуры.
Трансформатор со стороны последовательного соединения 8 вышеуказанного УКРПМ является однофазным или трехфазным трансформатором, а обмотка со стороны линии трансформатора со стороны последовательного соединения 8 последовательно и пофазно соединена с линией.
Когда УКРПМ осуществляет регулирование в линейной цепи N, количество преобразователей 4 составляет по меньшей мере N+1, количество трансформаторов со стороны последовательного соединения 8 составляет по меньшей мере N, а N - натуральное число больше 2.
Настоящее изобретение представляет варианты осуществления УКРПМ, применяемого к двухцепной линии электропередачи, но настоящее изобретение не ограничивается системой УКРПМ, применяемой к двухцепной линии, и может применяться к условию применения УКРПМ к другим многоцепным линиям, например, изобретение применяется к УКРПМ для нескольких линий, имеющим разное местоположение на одной и той же электростанции и т.д. Любое УКРПМ, осуществляющее регулирование перетоков мощности на двухцепных линиях посредством операции переключения трех преобразователей, входит в объем настоящего изобретения.
Следует отметить, что соответствующие элементы, такие как реактор, резистор, переключатель и т.д., в настоящем изобретении являются эквивалентными. Иными словами, эквивалентные элементы в структуре цепи могут быть образованы отдельными элементами или каскадно (последовательное соединение или параллельное соединение) расположенными несколькими одинаковыми элементами. Для любого эквивалентного элемента в вариантах осуществления настоящего изобретения любая эквивалентная цепь, способная выполнить ту же функцию, должна подпадать в пределы объема защиты вариантов осуществления настоящего изобретения.
Наконец, следует отметить, что вышеприведенные варианты осуществления изобретения только разъясняют техническое решение настоящего изобретения, но не ограничивают его. Специалисты в данной области техники должны понимать, что они могут вносить изменения или осуществлять аналогичные замены в отношении конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения и такие изменения или аналогичные замены подпадают под объем защиты формулы изобретения, подлежащей утверждению.