一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法，分布式串联耦合潮流控制器由分布式串联耦合电抗器组组成，单个分布式串联耦合电抗器包括耦合变压器、晶闸管组V1、电动接触器S1、电流互感器、氧化锌避雷器MOV和无线通信组件；该控制方法包括三层控制策略：暂态闭锁策略、远端潮流总控策略和潮流自控策略。通过无线通讯方式，分布式串联耦合电抗器组可以通过接受调度中心宏观调控进行相应的投切，以达到潮流分布最优的目标，既防止该条线路超过其热稳定极限，又可以增加网络断面的输送容量。且在通信障碍的情况下仍可以通过自身检测，进行对线路的过大电流进行限制，达到保线的目的。此方案经仿真应用于某省220kV及以上电网验证，效果明显。
【专利说明】一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种灵活交流输电系统应用技术的控制方法，具体讲涉及一种分布式 串联耦合潮流控制器的控制方法。
【背景技术】
[0002] 现今电力系统电源分布和网架结构变化极为迅速，输配电网传输线路拥堵的情况 时有发生、系统稳定性也随之受到影响，造成运营成本飙升、系统设备完全使用率偏低、潮 流分布不经济。电网目前广泛应用的灵活交流输电系统FACTS技术，如可控串补、SVC、可 控高抗等。这些装置在特高压、超高压系统中对电网的安全、稳定运行发挥了极其重要的作 用。但是，此类集中式、大容量FACTS装置：功能繁多、结构复杂、占地面积大、一次性投资 成本高、对日常运行管理、维护检修的人员专业技术要求很高。因此为响应电网现代化进程 的迫切需求，在基于电力电子装置的传统灵活交流输电系统强有力的技术支撑下，开发出 一种分布式潮流控制装置，以低成本、小体积、标准化、能够灵活分布和安装的适用于500kV 以下输电网和配电网为优势，为电网提供稳态潮流控制，提高系统稳定极限和输送能力。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种分布式串联耦合潮流控制器的控 制方法，该方法可以通过适当的检测及控制，实现电网潮流控制功能。
[0004] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0005] 本发明提出了一种分布式串联耦合电抗器（DSR)组的控制策略，其单个模块设备 装置主要包括耦合变压器、晶闸管固态开关、电动接触器、电流互感器、氧化锌避雷器、无线 通信模块等组成。分布式串联耦合电抗器是利用变压器的短路和开路两种工况等效感抗的 变化，在目标线路上大规模装配，向线路补偿一定容量的感抗，从而实现对线路环网潮流的 阶梯式控制。
[0006] 本发明提供一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法，所述分布式串联耦合潮 流控制器由分布式串联耦合电抗器组组成，所述分布式串联耦合电抗器包括耦合变压器、 晶闸管组VI、电动接触器S1、两个电流互感器、氧化锌避雷器MOV和无线通信组件；所述电 流互感器中的一个电流互感器的一次侧和耦合变压器的原边均串联连接在输电线路上，所 述氧化锌避雷器MOV连接在耦合变压器的副边两端；所述电流互感器的二次侧两端和耦合 变压器副边一端均与电源电路连接；所述氧化锌避雷器MOV、晶闸管组Vl和电动接触器Sl 并联；所述电流互感器中的另一个电流互感器的一次侧两端分别与耦合变压器的副边一端 和晶闸管组Vl的一端连接，二次侧的两端均与电源电路连接；所述晶闸管组Vl和电动接触 器Sl均与控制保护电路连接；所述控制保护电路与无线通信组件连接；
[0007] 其特征在于，所述控制方法包括下述三层控制策略：暂态闭锁策略、远端潮流总控 策略和潮流自控策略。
[0008] 进一步地，所述耦合变压器为其铁芯由抛光的两部分组成的圆筒状的耦合变压 器，其铁芯环内分别设有输电线路，所述两部分再卡合形成完整的磁路；所述圆筒状铁芯由 环形硅钢片层层叠加形成，用螺栓组装在一起；
[0009] 所述晶闸管组Vl和电动接触器Sl构成复合开关，在切换分布式串联耦合电抗器 工作状态时配合使用，用于实现电流过零切换；所述晶闸管组Vl由反并联的晶闸管组成；
[0010] 所述电源电路通过串联连接在输电线路上的电流互感器提取能量，通过整流与滤 波后给控制保护电路供电。
[0011] 进一步地，所述暂态闭锁策略为输电线路发生故障时应急的最高优先级动作策 略；
[0012] 所述暂态闭锁策略包括：
[0013] 分布式串联耦合电抗器DSR收到无线通信组件传送的输电线路故障信号后，根据 分布式串联耦合电抗器状态反馈信息，若分布式串联耦合电抗器DSR处于投入状态，则下 达闭合晶闸管组Vl及闭合电动接触器Sl的命令，待检测到电动接触器Sl闭合后再关断晶 闸管组VI，分布式串联耦合电抗器DSR退出运行；
[0014] 除远端无线通信组件控制分布式串联耦合电抗器DSR退出运行之外，其自身电流 互感器能够监测线路故障电流，当输电线路的故障短路有电流时，控制保护电路将检测并 同时触发导通晶闸管组Vl和闭合电动接触器S1，晶闸管组Vl首先导通旁路分布式串联耦 合电抗器DSR低压侧，待电动接触器Sl闭合后再关断晶闸管组Vl ;
[0015] 当分布式串联耦合电抗器DSR投入的情形下，输电线路被雷击时，传递雷电过电 压时，控保电路检测过电压导通晶闸管组VI，旁路分布式串联耦合电抗器DSR低压侧；待事 故恢复5s后，分布式串联耦合电抗器DSR恢复事故前的状态位置。
[0016] 进一步地，所述远端潮流总控策略为正常运行工况下的第二优先级的动作策略；
[0017] 由调度中心根据全网潮流计算，制定近期运行方式，对于重载输电线路进行潮流 控制；由远端总控台根据调度下发的近期运行计划，下达输电线路补偿度数据并发送相应 数量及相应编号的分布式串联耦合电抗器DSR的投入/退出命令；所述远端潮流总控策略 包括下述情况：
[0018] (1)当复合开关需要分开时，即分布式串联耦合电抗器DSR投入时，首先持续触发 晶闸管组Vl，再断开电动接触器Sl，将耦合变压器二次侧电流转移到晶闸管组Vl内，最后 闭锁晶闸管组VI，将电流切断；
[0019] (2)当复合开关需要闭合时，即分布式串联耦合电抗器DSR退出时，首先持续触发 晶闸管组Vl并保持导通，再闭合电动接触器S1，最后闭锁晶闸管组VI，将耦合变压器二次 侧电流转移到电动接触器Sl内；
[0020] (3)所述远端潮流总控策略在遇到分布式串联耦合电抗器DSR通讯故障或投切机 械故障时，根据反馈的当前状态做记录，并在下一次投切任务中自动将该状态计入投切指 标内。
[0021] 进一步地，在情况（1)和（2)中，远端总控台根据目标潮流与当前潮流的参考值下 达特定编号的分布式串联耦合电抗器DSR动作命令；根据调度规划的近期运行方式反馈得 知的重载线路优化所需补偿的线路电感值进行计算，获得分布式串联耦合电抗器DSR的投 切数量。
[0022] 进一步地，所述潮流自控策略为最低级的控制策略，针对主控站进行检修或通讯 信号送出故障的情况下，分布式串联耦合电抗器DSR根据输电线路电流大小进行投切以达 到限流作用，其投切的唯一判断依据为输电线路电流，根据输电线路的运行工况，对分布式 串联耦合电抗器组中的每个分布式串联耦合电抗器选择合适的投入动作电流定值，当输电 线路电流超过分布式串联耦合电抗器的动作电流定值时，分布式串联耦合电抗器将自动投 入；当电流下降至退出动作电流定值以下时，分布式串联耦合电抗器将自动退出。
[0023] 进一步地，所述退出动作电流定值小于投入动作电流定值。
[0024] 与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
[0025] 本发明提供的分布式串联耦合潮流控制器的控制方法，通过无线通讯方式，分布 式串联耦合电抗器组可以通过接受调度中心宏观调控进行相应的投切，以达到潮流分布最 优的目标，既防止该条线路超过其热稳定极限，又可以增加网络断面的输送容量。且在通信 障碍的情况下仍可以通过自身检测，进行对线路的过大电流进行限制，达到保护线路的目 的。此方案经仿真应用于某省220kV及以上电网验证，效果明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是本发明提供的分布式串联耦合电抗器变压器结构示意图；
[0027] 图2是本发明提供的分布式串联耦合电抗器（DSR)主电路图；
[0028] 图3是本发明提供的分布式串联耦合潮流控制器的控制逻辑图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0030] 本发明提供了一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法，该方法用的装置为分 布式串联耦合潮流控制器，分布式串联耦合潮流控制器由分布式串联耦合电抗器组组成， 单个分布式串联耦合电抗器包括耦合变压器、晶闸管组VI、电动接触器S1、电流互感器、氧 化锌避雷器MOV和无线通信组件；所述电流互感器的数目为2,其中一个电流互感器的一次 侧和耦合变压器的原边均串联连接在输电线路上，所述氧化锌避雷器MOV连接在耦合变压 器的副边两端；所述电流互感器的二次侧两端和耦合变压器副边一端均与电源电路连接； 所述氧化锌避雷器MOV、晶闸管组Vl和电动接触器Sl并联；另一个电流互感器的一次侧两 端分别与耦合变压器的副边一端和晶闸管组Vl的一端连接，二次侧的两端均与电源电路 连接；所述晶闸管组Vl和电动接触器Sl均与控制保护电路连接；所述控制保护电路与无 线通信组件连接；如图2所示。分布式串联耦合电抗器是利用变压器的短路和开路两种工 况等效感抗的变化，在目标线路上大规模装配，向线路补偿一定容量的感抗，从而实现对线 路环网潮流的阶梯式控制。
[0031] 耦合变压器为圆筒状的耦合变压器，圆筒状的变压器铁芯由两部分组成，能将输 电线路放入铁芯环内，然后再卡合在一起，形成完整的磁路。如图所示。圆筒状铁芯由许多 环形硅钢片层层叠加形成，用螺栓紧紧地组装在一起，如图1所示。用刀具将圆筒沿轴线切 出一部分，将两部分铁芯的切面打磨抛光，以减少铁芯块卡合时磁路间隙。
[0032] 所述晶闸管组Vl和电动接触器Sl构成复合开关，在切换分布式串联耦合电抗器 工作状态时配合使用，用于实现电流过零切换；所述晶闸管组Vl由反并联的晶闸管组成；
[0033] 所述电源电路通过串联连接在输电线路上的电流互感器提取能量，通过整流与滤 波后给控制保护电路供电。
[0034] 正常运行时，分布式串联耦合电抗器DSR的二次侧绕组工作在短路状态，为退出 状态，对线路阻抗影响不大；若分布式串联耦合电抗器DSR低压侧绕组工作在断开状态，分 布式串联耦合电抗器DSR投入，则线路感抗增大，减小了线路的潮流。分布式串联耦合潮流 控制器的控制策略总体上分为三层：暂态闭锁策略、远端潮流总控策略和潮流自控策略。
[0035] -、暂态闭锁策略作为最高优先级的动作策略，为在输电线路发生故障时的应急 机制；暂态闭锁策略包括：
[0036] 当分布式串联耦合电抗器DSR模块接收到远端传送的线路故障信号后，根据状态 反馈信息，若模块处于投入状态，则迅速下达闭合晶闸管组Vl及闭合电动接触器Sl的命 令，待检测到电动接触器Sl已彻底闭合后再将晶闸管组Vl关断，模块退出运行；
[0037] 除远端无线通讯控制分布式串联耦合电抗器DSR退出运行之外，其自身电流互感 器也可以监测线路故障电流，当线路的故障短路电流到来时，控制保护系统将检测并同时 触发导通晶闸管组Vl和闭合电动接触器S1，晶闸管首先导通旁路分布式串联耦合电抗器 DSR低压侧，随后待电动接触器Sl闭合后再将晶闸管组Vl关断；当分布式串联耦合电抗器 DSR投入的情形下，线路被雷击，雷电过电压传递到来时，控保电路检测过电压迅速导通晶 闸管组VI，旁路DSR低压侧。待事故恢复5s后，DSR恢复事故前的状态位置。以此保证线 路阻抗在事故前后不发生变化及应对暂态过电压、过电流后因分布式串联耦合电抗器DSR 模块无法恢复补偿状态导致的线路潮流分布变化。
[0038] 二、远端潮流总控策略为第二优先级的动作策略，为在正常运行工况下的控制机 制，由调度中心根据全网潮流计算，制定近期运行方式，对于重载线路进行潮流控制。由远 端总控台根据调度下发的近期运行计划，下达线路补偿度数据并发送相应数量及相应编号 的分布式串联耦合电抗器DSR模块投入/退出命令。
[0039] 远端潮流总控策略包括下述情况：
[0040] (1)晶闸管与电动接触器构成复合开关，当复合开关需要分开时，即分布式串联耦 合电抗器DSR投入时，首先持续触发晶闸管组VI，再断开电动接触器Sl将变压器二次侧电 流转移到晶闸管内，最后闭锁反并联晶闸管组Vl将电流切断；
[0041] ⑵复合开关需要闭合时，即分布式串联耦合电抗器DSR退出时，还是首先持续触 发晶闸管组Vl并保持导通，再闭合电动接触器S1，最后闭锁反并联晶闸管组Vl将变压器二 次侧电流转移到电动接触器内。
[0042] 输电线路上的每一个分布式串联稱合电抗器DSR模块都会有编号，远端总控端会 根据目标潮流与当前潮流的参考值下达特定编号的模块动作命令。在上述总控策略下，根 据调度规划的近期运行方式反馈得知重载线路优化所需补偿的线路电感（μ H)值进行计 算得知分布式串联耦合电抗器DSR模块的投切数量。
[0043] (3)在远端潮流总控的情况下时，有可能出现模块自身故障问题，如触发失效、通 信失效。当分布式串联耦合电抗器DSR模块检测到自身触发失效后，即下达投切命令后晶 闸管无法按指令动作，总控系统标记该模块状态失效，根据反馈的当前状态做记录，并在下 一次投切任务中自动将该状态计入投切指标内。例如某分布式串联耦合电抗器DSR触发失 效，其反馈的当前状态为"投入"，更新的运行方式要求线路较之前的运行方式增加 X μ H的 电感值，则本次投切时仅需投入除去失效模块外的[3^ -1I个模块（50 μ H是单个DSR模 块的电感值）。当分布式串联耦合电抗器DSR模块发生通信失效后，即模块无法接受总控端 发送的指令或上传其各状态参数，总控系统将自动标记该模块为通信失效，在新的运行方 式命令下达后将根据所需增加或减少的线路电感（μΗ)数自动投入或退出除去通信失效 模块外的相应数量分布式串联耦合电抗器DSR模块。
[0044] 三、潮流自控策略作为最低一级的策略，旨在针对主控站检修，或所发出的动作信 息出现无线通讯故障、受干扰的情况下进行自适应潮流调节，以达到限制潮流过大的目的。
[0045] 在潮流自控模式下，分布式串联耦合电抗器DSR模块以线路电流作为唯一判断依 据。线路上分布式串联耦合电抗器DSR模块组中的每一个模块都有不同的自控动作电流定 值，其不同模块的动作电流定值成线性增长。例如，某线路上的1#分布式串联耦合电抗器 DSR模块的自控动作电流可设定为该线路热稳定电流值的90 %，2#分布式串联耦合电抗器 DSR模块的设定为90. 5%，以此类推。即当线路电流达到其90%热稳定电流值后，每增长 0. 5%，就会有一个分布式串联耦合电抗器DSR模块投入运行，以限制潮流增长。上述例子 中的自控动作电流以及不同模块的电流定值间隔可根据不同线路平均运行工况进行调整。
[0046] 退出动作电流定值小于投入动作电流定值。此设定是为了留有一定裕度避免电流 震荡所引起的模块频繁投切。
[0047] 分布式串联耦合电抗器DSR组主要应用于以调度规划的运行方式为基础的稳态 潮流控制，正常运行时均处于远端潮流总控模式下，因此不需要晶闸管阀的频繁动作，产热 量低，无需为其安装水冷或强制风冷装置。由于其工作在高电位，不产生对地电压，因此大 大减小了绝缘需求，进而降低了事故率，同时控制策略兼顾了远控与自控两种模式，更具自 适应性。
[0048] 实施例
[0049] 以辽宁电网为例，在其500kV/200kV电磁环网中由于符合分布不均衡及线路输电 能力的不平衡，存在1)由于符合增长过快引起的相关线路输电能力不足、2)高、低电压等 级线路的等值阻抗差异较大，电磁环网开环引起的较大潮流转移而形成的输电瓶颈和3) 电网的戴维南等值阻抗分布不均衡导致的潮流分布不均衡的问题。
[0050] 在辽宁省清河电厂外送断面中，线路较多，有些线路达到重载时其他线路还在轻 载状态，检修方式下再发生无故障N-I开断可导致过载。DSR的应用（即潮流自控策略）消 除了该方式下的过载情况，断面输电能力提高了 124MW。
[0051] 通过上述及其他实例，安装分布式串联耦合潮流控制器组对电网的主网静态安全 和输电能力不会产生明显负面影响，且可以明显提升断面的输电能力；对相关线路或变电 站主变压器的短路电流会有所降低；对系统无功影响很小。
[0052] 通过经济性分析，加装分布式串联耦合潮流控制器组相比架设新线路以缓解线路 过载问题的投资降低了 40%以上。使得分布式串联耦合型潮流控制装置能够有效控制电网 潮流，提高电网的智能化水平，使得电网运行更优化，更经济，能够创造较大的经济效益。
[0053] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发 明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者 等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种分布式串联耦合潮流控制器的控制方法，所述分布式串联耦合潮流控制器由分 布式串联耦合电抗器组组成，所述分布式串联耦合电抗器包括耦合变压器、晶闸管组Vl、电 动接触器S1、两个电流互感器、氧化锌避雷器MOV和无线通信组件；所述电流互感器中的一 个电流互感器的一次侧和耦合变压器的原边均串联连接在输电线路上，所述氧化锌避雷器 MOV连接在耦合变压器的副边两端；所述电流互感器的二次侧两端和耦合变压器副边一端 均与电源电路连接；所述氧化锌避雷器MOV、晶闸管组Vl和电动接触器Sl并联；所述电流 互感器中的另一个电流互感器的一次侧两端分别与耦合变压器的副边一端和晶闸管组Vl 的一端连接，二次侧的两端均与电源电路连接；所述晶闸管组Vl和电动接触器Sl均与控制 保护电路连接；所述控制保护电路与无线通信组件连接； 其特征在于，所述控制方法包括下述三层控制策略：暂态闭锁策略、远端潮流总控策略 和潮流自控策略。
2. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述耦合变压器为其铁芯由抛光的两 部分组成的圆筒状的耦合变压器，其铁芯环内分别设有输电线路，所述两部分再卡合形成 完整的磁路；所述圆筒状铁芯由环形硅钢片层层叠加形成，用螺栓组装在一起； 所述晶闸管组Vl和电动接触器Sl构成复合开关，在切换分布式串联耦合电抗器工作 状态时配合使用，用于实现电流过零切换；所述晶闸管组Vl由反并联的晶闸管组成； 所述电源电路通过串联连接在输电线路上的电流互感器提取能量，通过整流与滤波后 给控制保护电路供电。
3. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述暂态闭锁策略为输电线路发生故 障时应急的最高优先级动作策略； 所述暂态闭锁策略包括： 分布式串联耦合电抗器DSR收到无线通信组件传送的输电线路故障信号后，根据分布 式串联耦合电抗器状态反馈信息，若分布式串联耦合电抗器DSR处于投入状态，则下达闭 合晶闸管组Vl及闭合电动接触器Sl的命令，待检测到电动接触器Sl闭合后再关断晶闸管 组VI，分布式串联耦合电抗器DSR退出运行； 除远端无线通信组件控制分布式串联耦合电抗器DSR退出运行之外，其自身电流互感 器能够监测线路故障电流，当输电线路的故障短路有电流时，控制保护电路将检测并同时 触发导通晶闸管组Vl和闭合电动接触器S1，晶闸管组Vl首先导通旁路分布式串联耦合电 抗器DSR低压侧，待电动接触器Sl闭合后再关断晶闸管组Vl ; 当分布式串联耦合电抗器DSR投入的情形下，输电线路被雷击时，传递雷电过电压时， 控保电路检测过电压导通晶闸管组VI，旁路分布式串联耦合电抗器DSR低压侧；待事故恢 复5s后，分布式串联耦合电抗器DSR恢复事故前的状态位置。
4. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述远端潮流总控策略为正常运行工 况下的第二优先级的动作策略； 由调度中心根据全网潮流计算，制定近期运行方式，对于重载输电线路进行潮流控制； 由远端总控台根据调度下发的近期运行计划，下达输电线路补偿度数据并发送相应数量及 相应编号的分布式串联耦合电抗器DSR的投入/退出命令；所述远端潮流总控策略包括下 述情况： (1)当复合开关需要分开时，即分布式串联耦合电抗器DSR投入时，首先持续触发晶闸 管组Vl，再断开电动接触器SI，将耦合变压器二次侧电流转移到晶闸管组Vl内，最后闭锁 晶闸管组VI，将电流切断； (2) 当复合开关需要闭合时，即分布式串联耦合电抗器DSR退出时，首先持续触发晶闸 管组Vl并保持导通，再闭合电动接触器S1，最后闭锁晶闸管组VI，将耦合变压器二次侧电 流转移到电动接触器Sl内； (3) 所述远端潮流总控策略在遇到分布式串联耦合电抗器DSR通讯故障或投切机械故 障时，根据反馈的当前状态做记录，并在下一次投切任务中自动将该状态计入投切指标内。
5. 如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在情况⑴和⑵中，远端总控台根据 目标潮流与当前潮流的参考值下达特定编号的分布式串联耦合电抗器DSR动作命令；根据 调度规划的近期运行方式反馈得知的重载线路优化所需补偿的线路电感值进行计算，获得 分布式串联耦合电抗器DSR的投切数量。
6. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述潮流自控策略为最低级的控制策 略，针对主控站进行检修或通讯信号送出故障的情况下，分布式串联耦合电抗器DSR根据 输电线路电流大小进行投切以达到限流作用，其投切的唯一判断依据为输电线路电流，根 据输电线路的运行工况，对分布式串联耦合电抗器组中的每个分布式串联耦合电抗器选择 合适的投入动作电流定值，当输电线路电流超过分布式串联耦合电抗器的动作电流定值 时，分布式串联耦合电抗器将自动投入；当电流下降至退出动作电流定值以下时，分布式串 联奉禹合电抗器将自动退出。
7. 如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述退出动作电流定值小于投入动作 电流定值。
【文档编号】H02J3/00GK104319765SQ201410592302
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】盖振宇, 赵刚, 魏春霞 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞科技有限公司