本發(fā)明涉及柔性潮流控制，尤其涉及一種基于單芯移相器的擴(kuò)容型統(tǒng)一潮流控制器的控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在電力系統(tǒng)中，隨著電能需求的不斷增長(zhǎng)和復(fù)雜性增加，對(duì)電力傳輸?shù)目煽啃?、效率和靈活性的要求也愈加嚴(yán)格。統(tǒng)一潮流控制器移相器作為一種重要的電力設(shè)備，廣泛應(yīng)用于控制功率潮流、調(diào)節(jié)電壓以及改善系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面，因其卓越的功率流控制能力和電壓調(diào)節(jié)功能，成為柔性潮流控制技術(shù)領(lǐng)域的核心研究方向之一。

2、盡管統(tǒng)一潮流控制器的功率流控制能力和電壓調(diào)節(jié)功能在理論上具備廣泛的應(yīng)用潛力，但現(xiàn)有的統(tǒng)一潮流控制器方案在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多問題，例如：設(shè)備投資和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制策略實(shí)現(xiàn)困難等，這些問題限制了其在大規(guī)模電網(wǎng)中的推廣和應(yīng)用。針對(duì)上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中也提出了一些改進(jìn)方案，例如通過簡(jiǎn)化拓?fù)浠騼?yōu)化控制策略來降低系統(tǒng)復(fù)雜性，但這些改進(jìn)在高效性和經(jīng)濟(jì)性方面仍存在不足。相比之下，單芯移相器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全性高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為另一種重要的電力控制設(shè)備。在相同容量的情況下，單芯移相器的設(shè)備成本可降低約5倍，運(yùn)營(yíng)成本減少約10倍，經(jīng)濟(jì)性顯著提升。然而，現(xiàn)有的單芯移相器在應(yīng)用中也存在調(diào)節(jié)精度不高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力不足等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)潮流控制和電壓調(diào)節(jié)的高精度需求。因此，如何在降低成本的同時(shí)提升系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和運(yùn)行性能，成為當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。

3、公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本公開總體背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于單芯移相器的擴(kuò)容型統(tǒng)一潮流控制器的控制系統(tǒng)及方法，可有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于單芯移相器的擴(kuò)容型統(tǒng)一潮流控制器的控制系統(tǒng)，包括單芯移相器、統(tǒng)一潮流控制器、控制單元及串聯(lián)變壓器，其特征在于，所述控制系統(tǒng)：

4、所述單芯移相器用于調(diào)節(jié)線路的電壓幅值和相位并進(jìn)行移相與調(diào)壓的獨(dú)立解耦調(diào)節(jié)，所述單芯移相器包括一次側(cè)繞組和二次側(cè)調(diào)壓繞組，所述二次側(cè)調(diào)壓繞組的輸出端與所述串聯(lián)變壓器的二次側(cè)變壓繞組連接；

5、所述統(tǒng)一潮流控制器用于生成補(bǔ)償電壓，所述統(tǒng)一潮流控制器包括逆變橋和并聯(lián)補(bǔ)償單元，所述逆變橋的輸出端與所述串聯(lián)變壓器的二次側(cè)變壓繞組連接，所述并聯(lián)補(bǔ)償單元提供無功功率補(bǔ)償；

6、所述控制單元用于根據(jù)獲取的電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，生成所述單芯移相器和所述統(tǒng)一潮流控制器的控制信號(hào)；

7、所述串聯(lián)變壓器用于通過注入所述補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)線路電壓，所述串聯(lián)變壓器的一次側(cè)連接電網(wǎng)，所述二次側(cè)變壓繞組分別與所述二次側(cè)調(diào)壓繞組的輸出端和所述逆變橋通過電磁耦合連接；

8、所述控制系統(tǒng)通過所述獨(dú)立解耦控制、所述補(bǔ)償電壓及所述電磁耦合，根據(jù)所述控制單元的所述控制信號(hào)對(duì)所述線路電壓的幅值和相位進(jìn)行擴(kuò)容調(diào)節(jié)。

9、進(jìn)一步地，所述單芯移相器的二次側(cè)調(diào)壓繞組由兩組基礎(chǔ)繞組構(gòu)成，所述二次側(cè)調(diào)壓繞組分別接于三相鐵芯中的每一相；

10、每組所述基礎(chǔ)繞組通過兩個(gè)晶閘管控制輸出，用于調(diào)整線路的電壓幅值和相位，并在電網(wǎng)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)；

11、三相鐵芯中的每一相連接的所述二次側(cè)調(diào)壓繞組通過所述控制單元生成的觸發(fā)信號(hào)協(xié)同工作，調(diào)節(jié)繞組的輸出特性，分別完成對(duì)線路電壓的移相和調(diào)壓；

12、所述二次側(cè)調(diào)壓繞組與所述串聯(lián)變壓器連接，通過電磁耦合注入所述線路電壓。

13、進(jìn)一步地，所述統(tǒng)一潮流控制器的所述逆變橋通過脈寬調(diào)制生成可控電壓，所述可控電壓的幅值和相位的動(dòng)態(tài)調(diào)整決定了所述補(bǔ)償電壓的變化幅度和相位特性；

14、所述逆變橋的輸出端通過濾波器與串聯(lián)變壓器連接，所述濾波器用于削弱所述脈寬調(diào)制生成所述可控電壓時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波的干擾；

15、所述逆變橋和所述并聯(lián)補(bǔ)償單元協(xié)同工作，調(diào)節(jié)注入電網(wǎng)的無功功率，并在負(fù)載波動(dòng)條件下調(diào)整輸出所述補(bǔ)償電壓。

16、進(jìn)一步地，所述控制單元包括：

17、數(shù)據(jù)采集模塊，通過傳感器作用于電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，采集電壓幅值、相位、功率因數(shù)、頻率和負(fù)載變化情況，生成所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)；

18、控制信號(hào)生成模塊，根據(jù)所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)生成所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)包括移相角信號(hào)、補(bǔ)償電壓信號(hào)和檔位切換指令；

19、協(xié)同控制模塊，基于反饋協(xié)調(diào)所述單芯移相器與所述統(tǒng)一潮流控制器的運(yùn)行配合；

20、所述控制系統(tǒng)根據(jù)所述控制單元獲取所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行電壓異常檢測(cè)并調(diào)整所述單芯移相器和所述統(tǒng)一潮流控制器的輸出狀態(tài)。

21、進(jìn)一步地，基于反饋協(xié)調(diào)所述單芯移相器與所述統(tǒng)一潮流控制器的運(yùn)行配合包括：

22、局部反饋調(diào)節(jié)，通過采集所述單芯移相器與所述統(tǒng)一潮流控制器的輸出參數(shù)，調(diào)整所述二次側(cè)調(diào)壓繞組輸出和所述補(bǔ)償電壓；

23、全局反饋優(yōu)化，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和分析，生成全局優(yōu)化指令并分發(fā)；

24、分布與集中式協(xié)同控制，在所述局部反饋調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合所述全局優(yōu)化指令，調(diào)整潮流分布，校正全網(wǎng)電壓幅值和相位的一致性。

25、進(jìn)一步地，所述串聯(lián)變壓器包括多組分接頭繞組，所述分接頭繞組由可調(diào)式電磁開關(guān)控制，通過所述可調(diào)式電磁開關(guān)的切換，調(diào)整磁耦合比，改變輸出電壓幅值，適配不同電網(wǎng)電壓等級(jí)和負(fù)載要求；

26、所述串聯(lián)變壓器通過調(diào)整與每相所述二次側(cè)調(diào)壓繞組的磁耦合檔位，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓幅值和相位的調(diào)節(jié)。

27、進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)通過所述單芯移相器的所述二次側(cè)調(diào)壓繞組的輸出端和所述統(tǒng)一潮流控制器的所述補(bǔ)償電壓，調(diào)整線路的電壓幅值和相位；

28、同時(shí)在負(fù)載變化時(shí)，通過所述單芯移相器和所述并聯(lián)補(bǔ)償單元聯(lián)動(dòng)調(diào)整電壓特性。

29、進(jìn)一步地，所述單芯移相器根據(jù)所述控制單元生成的移相角信號(hào)，調(diào)整所述二次側(cè)調(diào)壓繞組的輸出電壓幅值和相位；

30、所述統(tǒng)一潮流控制器通過所述控制單元生成的補(bǔ)償電壓信號(hào)，將所述補(bǔ)償電壓與所述單芯移相器的輸出疊加后經(jīng)由所述串聯(lián)變壓器傳輸至電網(wǎng)，線路電壓幅值和相位的進(jìn)行優(yōu)化；

31、所述串聯(lián)變壓器接收來自所述單芯移相器與所述統(tǒng)一潮流控制器的輸出電壓，通過電磁合成生成最終補(bǔ)償電壓；

32、所述控制單元還包括反饋控制模塊，通過采集所述單芯移相器和所述統(tǒng)一潮流控制器的輸出數(shù)據(jù)計(jì)算協(xié)同補(bǔ)償。

33、一種基于單芯移相器的擴(kuò)容型統(tǒng)一潮流控制器的控制方法，所述控制方法包括：

34、通過控制單元對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集電壓幅值、相位、功率因數(shù)、頻率以及負(fù)載變化情況，生成電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)；

35、根據(jù)所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算有功功率調(diào)節(jié)量和無功功率調(diào)節(jié)量；

36、根據(jù)所述有功功率調(diào)節(jié)量和所述無功功率調(diào)節(jié)量生成晶閘管觸發(fā)信號(hào)，調(diào)節(jié)單芯移相器二次側(cè)調(diào)壓繞組輸出的線路電壓的幅值和相位，對(duì)線路電壓進(jìn)行初步調(diào)整；

37、所述控制單元向統(tǒng)一潮流控制器的逆變橋發(fā)送調(diào)節(jié)信號(hào)，所述逆變橋生成與所述單芯移相器輸出相協(xié)調(diào)的補(bǔ)償電壓，注入串聯(lián)變壓器；

38、所述串聯(lián)變壓器根據(jù)所述控制單元生成的信號(hào)調(diào)整檔位，適配電網(wǎng)不同電壓等級(jí)和負(fù)載要求，并向受端線路注入調(diào)節(jié)后的電壓；

39、在發(fā)生線路異常情況下，調(diào)整所述串聯(lián)變壓器的檔位，聯(lián)動(dòng)所述單芯移相器和所述統(tǒng)一潮流控制器恢復(fù)線路的電壓穩(wěn)定性和功率傳輸能力。

40、進(jìn)一步地，所述串聯(lián)變壓器根據(jù)所述控制單元生成的信號(hào)調(diào)整檔位包括：

41、所述控制單元根據(jù)所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，確定線路負(fù)載需求，并對(duì)所述串聯(lián)變壓器的檔位位置進(jìn)行初步設(shè)置；

42、所述串聯(lián)變壓器結(jié)合所述單芯移相器的輸出和所述補(bǔ)償電壓，對(duì)比電網(wǎng)目標(biāo)電壓要求，對(duì)檔位位置進(jìn)行修正；

43、所述串聯(lián)變壓器的檔位調(diào)整由所述控制單元監(jiān)測(cè)輸出電壓和目標(biāo)電壓的偏差，通過反饋修正調(diào)整；

44、在電網(wǎng)發(fā)生突變時(shí)，所述串聯(lián)變壓器根據(jù)所述控制單元傳遞的檔位調(diào)整信號(hào)聯(lián)動(dòng)所述單芯移相器和所述統(tǒng)一潮流控制器進(jìn)行調(diào)整。

45、通過本發(fā)明的技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)效果：

46、能夠利用單芯移相器的經(jīng)濟(jì)性對(duì)傳統(tǒng)統(tǒng)一潮流控制器進(jìn)行擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)不受外部電網(wǎng)參數(shù)影響的潮流精確快速控制，靈活調(diào)節(jié)線路電壓的幅值和相位，可以獨(dú)立地調(diào)節(jié)線路的有功潮流和無功潮流，有效改善電網(wǎng)的功率傳輸能力和穩(wěn)定性，適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景。

47、上述說明僅是本技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本技術(shù)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本技術(shù)的具體實(shí)施方式。