一种潮流控制装置、方法及系统

技术领域

本发明涉及一种潮流控制装置、方法及系统，属于电力系统稳定及控制技术领域。

背景技术

随着特高压交直流输电技术的全面推广应用，电网不仅是传统意义上的电能输送载体，还是功能强大的能源转换、高效配置和互动服务平台，通过这个平台，煤炭、水能、风能、太阳能、核能、生物质能、潮汐能等一次能源能够转换为电能，实现多能互补、协调开发、合理利用。大力发展可再生能源是解决当今世界能源短缺切实可行的方法。然而，可再生能源分布不均的问题使其发出的电能需要远距离输送到负荷中心，特高压交直流输电是远距离大容量输电的有效技术方案。然而无论是多端直流输电系统还是交流输电系统，都存在潮流控制自由度不足的问题，导致线路过载、损耗增大。目前的潮流控制方案基本为电力电子设备，容易给电网带来谐波污染，因此亟须采用新的潮流控制技术手段。

发明内容

本发明提供了一种潮流控制装置、方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种潮流控制装置，包括同步电机M、同步电机G和串联变压器；同步电机M与变电站变压器低压侧并联，同步电机G连接串联变压器的原边，串联变压器的副边串入变电站变压器高压侧。

同步电机M和同步电机G为两台磁场绕组相差90电角度的同轴同步电机，一台作为电动机，另一台作为发电机。

同步电机G的容量小于同步电机M的容量。

同步电机G为采用双向励磁控制的电机，同步电机M为采用常规励磁控制的电机。

串联变压器容量略大于同步电机G的容量。

一种潮流控制装置的控制方法，包括，

响应于需要增大接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出滞后电压指令，控制同步电机G输出滞后电压；

响应于需要限制接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出超前电压指令，控制同步电机G输出超前电压。

响应于需要增大接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出滞后电压指令，控制同步电机G输出滞后接入电网线路电压接近90度的电压；响应于需要限制接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出超前电压指令，控制同步电机G输出超前接入电网线路电压接近90度的电压。

一种潮流控制装置的控制系统，包括，

滞后电压模块：响应于需要增大接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出滞后电压指令，控制同步电机G输出滞后电压；

超前电压模块：响应于需要限制接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出超前电压指令，控制同步电机G输出超前电压。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行潮流控制装置的控制方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行潮流控制装置的控制方法的指令。

本发明所达到的有益效果：本发明包括两级同步电机，具有故障隔离能力和谐波抑制能力，通过同步电机M吸、发无功的能力，为电网提供短路容量支撑和电压支撑，维持系统电压及新能源并网点电压稳定，通过同步电机G及串联变压器输出幅值可调的电压，改变线路的等效阻抗，实现潮流控制。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为叠加滞后电压向量示意图；

图3为叠加滞后电压相应的潮流流向示意图；

图4为叠加超前电压向量示意图；

图5为叠加超前电压相应的潮流流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种潮流控制装置，包括同步电机M、同步电机G和串联变压器；同步电机M与变电站变压器低压侧并联，同步电机G连接串联变压器的原边，串联变压器的副边串入变电站变压器高压侧。

同步电机M和同步电机G为两台磁场绕组相差90电角度的同轴同步电机，一台作为电动机，另一台作为发电机，同步电机G为采用双向励磁控制的电机，同步电机M为采用常规励磁控制的电机。

同步电机G的容量小于同步电机M的容量；同步电机M的容量大小根据变电站需要配备的无功补偿容量、以及电网所需转动惯量和短路容量确定，一般约为变电站容量的5～30％；同步电机G的容量大小根据有功潮流调节大小确定。

串联变压器为三个相同参数的单相变压器构成，其容量略大于同步电机G的容量。

上述装置控制方法，具体包括：

1)响应于需要增大接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出滞后电压指令，控制同步电机G输出滞后电压；其中，滞后电压指令具体控制同步电机G输出滞后接入电网线路电压接近90度的电压。

2)响应于需要限制接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出超前电压指令，控制同步电机G输出超前电压；其中，超前电压指令具体控制同步电机G输出超前接入电网线路电压接近90度的电压。

通过调节同步电机G的励磁电流大小来控制接入电网线路传输的有功功率，通过改变同步电机M的励磁电流调节注入变电站接入点的无功功率。当需要增大接入电网线路传输的有功功率时，同步电机G输出滞后接入电网线路电压接近90度的电压，该电压叠加在线路电压上，即相当于线路串联一个容性阻抗，线路传输的有功增大。当需要限制接入电网线路传输的有功功率时，同步电机G输出超前接入电网线路电压接近90度的电压，该电压叠加在线路电压上，即相当于线路串联一个感性阻抗，线路传输的有功减小。无论是滞后电压还是超前电压，幅值可调范围约为线路电压的0～10％。

同步电机M励磁电流幅值调节为毫秒级快速控制，一般为电压闭环，也可以是无功闭环作为慢速外环，内部仍然为电压闭环，无论是电压闭环还是无功闭环，给定值既可由调度下发，也可根据离线计算自行决策，以满足电网对电压/无功快速响应的要求。同步电机G励磁电流调节为秒级乃至分钟级慢速调节，其给定值可由调度在线下发，也可以根据实现确定的控制策略离线确定，达到控制有功潮流的目的。

参见图1，环网结构包括电源S、负荷Z1和负荷Z2，中间的变压器省略。潮流控制装置包括同步电动机M、同步发电机G及串联变压器ST。同步电动机M为电动机，容量约为负荷Z2处所在变电站的容量的5～30％，接入变电站变压器的低压侧。同步发电机G为发电机，容量小于电动机的容量，具体根据工程实际需求设计。串联变压器ST的容量略大于发电机的容量。电动机由常规励磁控制，发电机由双向励磁控制。发电机出口电压经过串联变压器ST串联接入电网线路，ST的原边接发电机，副边串入电网线路，副边电压约为线路电压的-10％～10％，负号表示相位方向，具体可根据实际工程所需调节的潮流进行设计。

参见图2，接入电网线路电压叠加滞后电压向量示意图，其中，U1为线路节点1处的电压，假设相位为0°，U2为经过高压输电线路后的电压，U2相位滞后于U1相位2～3度，经潮流控制装置后叠加一滞后U2约90°的电压U

参见图3，叠加滞后电压相应的潮流流向示意图，此时有功功率从L1线路流过P112，潮流控制装置的有功功率流向如图所示，P1G由发电机流向线路，P1123约等于P112加上P1G，P1M为电动机从线路吸收的有功功率，P1153方向为由节点3流向节点5。

参见图4，接入电网线路叠加超前电压向量示意图，其中，U1为线路节点1处的电压，假设相位为0°，U2为经过高压输电线路后的电压，相位滞后于U1相位2～3度，经过潮流控制装置后叠加一超前U2约90°的电压U

参见图5，叠加超前电压相应的潮流流向示意图，此时有功功率从L1线路流过P212，潮流控制装置的有功功率流向如图所示，由于反向励磁的控制作用，此时同步发电机G为电动机，同步电动机M为发电机，电动机从线路吸收有功功率P2M，发电机G发出有功功率P2G流入负荷Z2。由于叠加了超前电压，L1线路传输的有功功率减小，同时有一部分有功功率由潮流控制装置传输。P2123约等于P212减去P2M。同时，由于L1线路的有功功率传输减小，L2线路的有功功率传输增大，P2153方向为由节点5流向节点3。

上述方法对应的软件系统，包括：

滞后电压模块：响应于需要增大接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出滞后电压指令，控制同步电机G输出滞后电压；

超前电压模块：响应于需要限制接入电网线路的有功功率，向同步电机G发出超前电压指令，控制同步电机G输出超前电压。

本发明包括两级同步电机，具有故障隔离能力和谐波抑制能力，通过同步电机M吸、发无功的能力，为电网提供短路容量支撑和电压支撑，维持系统电压及新能源并网点电压稳定，通过同步电机G及串联变压器输出幅值可调的电压，改变线路的等效阻抗，实现潮流控制。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行潮流控制装置的控制方法。

一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行潮流控制装置的控制方法的指令。

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。