CN107453384B - 一种谐振式直流线间潮流控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐振式直流线间潮流控制器，包括所述谐振式直流线间潮流控制器包括左端能量流动方向控制器、谐振式固态变压器和右端能量流动方向控制器，所述左端能量流动方向控制器的输入端为第一和第二端子，其输出端与所述谐振式固态变压器连接，所述谐振式固态变压器的输出端与所述右端能量流动方向控制器的输入端连接，其输出端为第三和第四端子，所述谐振式固态变压器为双向谐振式变换器。本发明的直流线间潮流控制器能够实现直流电能的任意方向流动控制，使用了谐振式固态变压器实现电路的隔离，提高了电路效率。

Description

一种谐振式直流线间潮流控制器

技术领域

本发明涉及直流输电***技术领域，特别涉及一种谐振式直流线间潮流控制器。

背景技术

多端直流输电***是由3个及以上换流站，通过串联、并联或混联方式连接起来的直流输电***，它能够实现多电源供电以及多落点受电，相比于两端高压直流输电***运行更为经济灵活，是解决我国目前面临的大规模可再生能源并网、大容量远距离电能输送和输电走廊紧缺等问题的有效技术手段之一。典型的环网式三端直流输电***等效电路如图1所示，假设换流站1和换流站2分别是两个海上风电场的换流站，为定功率模式运行，换流站3为岸上换流站，为定直流电压模式运行，功率从换流站1和换流站2向换流站3传输。为了调节直流输电线Line1、Line2、Line3上的潮流，需要在直流输电线Line1、Line2、Line3中串入直流潮流控制器。由于不存在交流电的无功功率、电抗和相角，直流输电***只能调节输电线路电阻和直流电压来控制直流潮流。

发明内容

本发明为了克服现有技术的难题，提供一种谐振式直流线间潮流控制器。

本发明提供一种谐振式直流线间潮流控制器，包括左端能量流动方向控制器、谐振式固态变压器和右端能量流动方向控制器，所述左端能量流动方向控制器的输入端为第一和第二端子，其输出端与所述谐振式固态变压器的输入端连接，所述谐振式固态变压器的输出端与所述右端能量流动方向控制器的输出端连接，其输入端为第三和第四端子，所述谐振式固态变压器为双向谐振式变换器。

本发明一优选的实施例中，所述左端能量流动方向控制器，包括第一储能电感、第一全桥开关电路和第一输出电容，所述第一全桥开关电路的第一桥臂中点连接第一储能电感的一端，所述第一储能电感的另一端连接所述第一端子，所述第一全桥开关电路的第二桥臂中点连接所述第二端子，所述第一全桥开关电路的两端并联第一输出电容，所述第一输出电容的两端为所述左端能量流动方向控制器的输出端。

本发明一优选的实施例中，第一全桥开关包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，所述第一桥臂单元和所述第二桥臂单元并联，所述第一桥臂单元包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关串联，串联后的两端为所述第一全桥开关电路的两端，所述第一开关和所述第二开关的连接中点为第一桥臂中点，所述二桥臂单元包括第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关串联，串联后两端为所述第一全桥开关电路的两端，所述第三开关和所述第四开关的连接中点为第二桥臂中点，当所述第一桥臂中点的输入为电压正极，所述第二桥臂中点的输入为电压负极，所述第一开关和所述第四开关开通，所述第二开关关断，所述第三开关根据第三开关控制信号开通或关断，当所述第一桥臂中点的输入为电压负极，所述第二桥臂中点的输入为电压正极，所述第二开关和所述第三开关开通，所述第一开关关断，所述第四开关根据第四开关控制信号开通或关断。

本发明一优选的实施例中，所述谐振式固态变压器包括第二全桥开关电路、第一谐振电容、变压器、第二谐振电容以及第三全桥开关电路，所述第二全桥开关电路的两端与为所述谐振式固态变压器的输入端，所述第二全桥开关电路的两个桥臂中点与所述第一谐振电容和所述变压器的原边绕组串联，构成第一谐振电路，所述第三全桥开关电路的两个桥臂中点与所述第二谐振电容和所述变压器的副边绕组串联，构成第二谐振电路，所述第三全桥开关电路的两端为输出端。

本发明一优选的实施例中，所述第二全桥开关电路的工作频率为所述第一谐振电路的谐振频率，所述第三全桥开关电路的工作频率为所述第二谐振电路的谐振频率。

本发明一优选的实施例中，所述右端能量流动方向控制器，包括第二储能电感、第四全桥开关电路和第二输出电容，所述第四全桥开关电路的第一桥臂中点连接第二储能电感的一端，所述第二储能电感的另一端连接所述第三端子，所述第四全桥开关电路的第二桥臂中点连接所述第四端子，所述第四全桥开关电路的两端并联第二输出电容，所述第二输出电容的两端为所述右端能量流动方向控制器的输出端。

本发明一优选的实施例中，第四全桥开关包括第七桥臂单元和第八桥臂单元，所述第七桥臂单元和所述第八桥臂单元并联，所述第七桥臂单元包括第十三开关和第十四开关，所述第十三开关和所述第十四开关串联，串联后的两端为所述第思全桥开关电路的两端，所述第十三开关和所述第十四开关的连接中点为所述第七桥臂中点，所述第八桥臂单元包括第十五开关和第十六开关，所述第十五开关和第十六开关串联，所述第十五开关和第十六开关的连接中点为第八桥臂中点，当所述第七桥臂中点的输入为电压正极，所述第八桥臂中点的输入为电压负极，所述第十三开关和所述第十六开关开通，所述第十五开关关断，所述第十四开关根据第十五开关控制信号开通或关断，当所述第七桥臂中点的输入为电压负极，所述第八桥臂中点的输入为电压正极，所述第十四开关和所述第十五开关开通，所述第十五开关关断，所述第十三开关根据第十三开关控制信号开通或关断。

相较于现有技术，本发明的谐振直流线间潮流控制器能够实现直流电能的流动控制，使用的开关器件较少，另外使用了谐振式固态变压器实现电路的隔离，电路效率高。

附图说明

图1为典型的环网式三端直流输电***等效电路图。

图2为本发明的直流线间潮流控制器的框图。

图3为本发明多个图2所示直流线间潮流控制器的串联组合实施例框图。

图4为本发明图2所示直流线间潮流控制器的具体实施例。

具体实施方式

下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一种谐振式直流线间潮流控制器20，包括左端能量流动方向控制器21、谐振式固态变压器22和右端能量流动方向控制器23，所述左端能量流动方向控制器21的输入端为第一端子1和第二端子2，所述左端能量流动方向控制器21的输出端为端子1'和端子2'与所述谐振式固态变压器22的输入端连接，所述谐振式固态变压22器的输出端与所述右端能量流动方向控制器23的输出端的端子3'和端子4'连接，所述右端能量流动方向控制器23的输入端为第三端子3和第四端子4，所述谐振式固态变压器22为双向谐振式变换器。所述第一端子1连接第一输电线Line1，第三端子3连接连接第二输电线Line2，第二端子2和第四端子4并联后连接第三输电线Line3，功率从第一输电线Line1和第二输电线Line2流向第三输电线Line3。所述第一输电线Line1、第二输电线Line2、第三输电线Line3，如图1所示，分别连接换流站1、换流站2、换流站3。

图3所示为将多个图2所示谐振式直流线间潮流控制器串联组合为更大功率的直流线间潮流控制器，包括第一至第n个谐振式直流线间潮流控制器301至30n，所述第一谐振式直流线间潮流控制器301的第二端2和所述第二谐振式直流线间潮流控制器302的第一端1连接，所述第一谐振式直流线间潮流控制器301的第四端4和所述第二谐振式直流线间潮流控制器302的第三端3连接，如此依次将第二谐振式直流线间潮流控制器302至第n个谐振式直流线间潮流控制器30n连接，所述第n个直流线间潮流控制器30n的第二端子2和第四端子4连接，与第三输入线Line3连接，所述第一谐振式直流线间潮流控制器301的第一端子1与第一输入线Line1连接，所述第一谐振式直流线间潮流控制器301的第二端子2与第二输入线Line2连接。

如图4所示，本发明谐振式直流线间潮流控制器40的一具体实施例，所述直流线间潮流控制器40包括左端能量流动方向控制器41、谐振式固态变压器42，右端能量流动方向控制器43。

所述左端能量流动方向控制器41，包括第一储能电感L1、第一全桥开关电路411和第一输出电容C1，所述第一全桥开关电路411的第一桥臂中点m1连接第一储能电感L1的一端，所述第一储能电感L1的另一端连接所述第一端子1，所述第一全桥开关电路411的第二桥臂中点m2连接所述第二端子2，所述第一全桥开关电路的两端ab并联第一输出电容C1，所述第一输出电容C1的两端为所述左端能量流动方向控制器41的输出端。

所述第一全桥开关411包括第一桥臂单元4111和第二桥臂单元4112，所述第一桥臂单元4111和所述第二桥臂单元4112并联，所述第一桥臂单元4111包括第一开关Q1和第二开关Q2，所述第一开关Q1和所述第二开关Q2串联，串联后的两端为所述第一全桥开关电路4111的两端ab，所述第一开关Q1和所述第二开关Q2的连接中点为第一桥臂中点m1，所述二桥臂单元4112包括第三开关Q3和第四开关Q4，所述第三开关Q3和第四开关Q4串联，串联后两端为所述第一全桥开关电路的两端，所述第三开关Q3和第四开关Q4的连接中点为第二桥臂中点m2，当所述第一桥臂中点m1的输入为电压正极，所述第二桥臂中点的输入m2为电压负极，所述第一开关Q1和所述第四开关Q4开通，所述第二开关Q2关断，所述第三开关Q3根据第三开关控制信号开通或关断，当所述第一桥臂中点m1的输入为电压负极，所述第二桥臂中点m2的输入为电压正极，所述第二开关Q2和所述第三开关Q3开通，所述第一开关Q1关断，所述第四开关Q4根据第四开关控制信号开通或关断。

所述谐振式固态变压器42包括第二全桥开关电路421、第一谐振电容Cr1、变压器T、第二谐振电容Cr2以及第三全桥开关电路422，所述第二全桥开关电路421的两端为所述谐振式固态变压器42的输入端，与所述第一输出电容C1并联，所述第二全桥开关电路421的两个桥臂中点m3和m4与所述第一谐振电容Cr1和所述变压器T1的原边绕组N1串联，构成第一谐振电路423，所述第三全桥开关电路422的两个桥臂中点m5和m6与所述第二谐振电容Cr2和所述变压器T的副边绕组N2串联，构成第二谐振电路424，所述第三全桥开关电路422的两端为所述谐振式固态变压器42的输出端。

本发明一优选的实施例中，所述第二全桥开关电路421的工作频率为所述第一谐振电路423的谐振频率，所述第三全桥开关电路422的工作频率为所述第二谐振电路424的谐振频率。

所述右端能量流动方向控制器43，包括第二储能电感L2、第四全桥开关电路431和第二输出电容C2，所述第四全桥开关电路431的第一桥臂中点m7连接第二储能电感L2的一端，所述第二储能电感L2的另一端连接所述第三端子2，所述第四全桥开关电路431的第二桥臂中点m8连接所述第四端子4，所述第四全桥开关电路431的两端并联第二输出电容C2，所述第二输出电容C2的两端为所述右端能量流动方向控制器431的输出端。

第四全桥开关电路431包括第七桥臂单元4311和第八桥臂单元4312，所述第七桥臂单元4311和第八桥臂单元4312并联，所述第七桥臂单元4311包括第十三开关Q13和第十四开关Q14，所述第十三开关Q13和所述第十四Q14开关串联，串联后的两端为所述第四全桥开关电路的两端cd，所述第十三开关Q13和所述第十四开关Q14的连接中点为所述第七桥臂中点m7，所述第八桥臂单元4312包括第十五开关Q15和第十六开关Q16，所述第十五开关15和第十六开关Q16串联，所述第十五开关Q15和第十六开关Q16的连接中点为第八桥臂中点m8，当所述第七桥臂中点m7的输入为电压正极，所述第八桥臂中点m8的输入为电压负极，所述第十三开关Q13和所述第十六开关Q16开通，所述第十五开关Q15关断，所述第十四开关Q14根据第十四开关控制信号开通或关断，当所述第七桥臂中点m7的输入为电压负极，所述第八桥臂中点m8的输入为电压正极，所述第十四开关Q14和所述第十五开关Q15开通，所述第十六开关Q16关断，所述第十三开关Q13根据第十三开关控制信号开通或关断。

本发明通过控制第三开关控制信号或第四开关控制信号或第十三开关控制信号或第十四开关控制信号的占空比，以及变压器T的匝比，可以控制电路的能量变比。

本发明的谐振式直流线间潮流控制器的有效果是：

本发明的谐振直流线间潮流控制器能够实现直流电能的流动控制，使用的开关器件较少，另外使用了谐振式固态变压器实现电路的隔离，电路效率高。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种谐振式直流线间潮流控制器，其特征在于，包括左端能量流动方向控制器、谐振式固态变压器和右端能量流动方向控制器，所述左端能量流动方向控制器的输入端为第一和第二端子，其输出端与所述谐振式固态变压器的输入端连接，所述谐振式固态变压器的输出端与所述右端能量流动方向控制器的输出端连接，其输入端为第三和第四端子，所述谐振式固态变压器为双向谐振式变换器，所述左端能量流动方向控制器，包括第一储能电感、第一全桥开关电路和第一输出电容，所述第一全桥开关电路的第一桥臂中点连接第一储能电感的一端，所述第一储能电感的另一端连接所述第一端子，所述第一全桥开关电路的第二桥臂中点连接所述第二端子，所述第一全桥开关电路的两端并联第一输出电容，所述第一输出电容的两端为所述左端能量流动方向控制器的输出端，所述第一全桥开关电路包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，所述第一桥臂单元和所述第二桥臂单元并联，所述第一桥臂单元包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关串联，串联后的两端为所述第一全桥开关电路的两端，所述第一开关和所述第二开关的连接中点为第一桥臂中点，所述第二桥臂单元包括第三开关和第四开关，所述第三开关和第四开关串联，串联后两端为所述第一全桥开关电路的两端，所述第三开关和所述第四开关的连接中点为第二桥臂中点，当所述第一桥臂中点的输入为电压正极，所述第二桥臂中点的输入为电压负极，所述第一开关和所述第四开关开通，所述第二开关关断，所述第三开关根据第三开关控制信号开通或关断，当所述第一桥臂中点的输入为电压负极，所述第二桥臂中点的输入为电压正极，所述第二开关和所述第三开关开通，所述第一开关关断，所述第四开关根据第四开关控制信号开通或关断，所述右端能量流动方向控制器，包括第二储能电感、第四全桥开关电路和第二输出电容，所述第四全桥开关电路的第一桥臂中点连接第二储能电感的一端，所述第二储能电感的另一端连接所述第三端子，所述第四全桥开关电路的第二桥臂中点连接所述第四端子，所述第四全桥开关电路的两端并联第二输出电容，所述第二输出电容的两端为所述右端能量流动方向控制器的输出端，所述第四全桥开关电路包括第七桥臂单元和第八桥臂单元，所述第七桥臂单元和所述第八桥臂单元并联，所述第七桥臂单元包括第十三开关和第十四开关，所述第十三开关和所述第十四开关串联，串联后的两端为所述第四全桥开关电路的两端，所述第十三开关和所述第十四开关的连接中点为所述第七桥臂中点，所述第八桥臂单元包括第十五开关和第十六开关，所述第十五开关和第十六开关串联，所述第十五开关和第十六开关的连接中点为第八桥臂中点，当所述第七桥臂中点的输入为电压正极，所述第八桥臂中点的输入为电压负极，所述第十三开关和所述第十六开关开通，所述第十五开关关断，所述第十四开关根据第十四开关控制信号开通或关断，当所述第七桥臂中点的输入为电压负极，所述第八桥臂中点的输入为电压正极，所述第十四开关和所述第十五开关开通，所述第十六开关关断，所述第十三开关根据第十三开关控制信号开通或关断。

2.如权利要求1所述一种谐振式直流线间潮流控制器，其特征在于，所述谐振式固态变压器包括第二全桥开关电路、第一谐振电容、变压器、第二谐振电容以及第三全桥开关电路，所述第二全桥开关电路的两端为所述谐振式固态变压器的输入端，所述第二全桥开关电路的两个桥臂中点与所述第一谐振电容和所述变压器的原边绕组串联，构成第一谐振电路，所述第三全桥开关电路的两个桥臂中点与所述第二谐振电容和所述变压器的副边绕组串联，构成第二谐振电路，所述第三全桥开关电路的两端为所述谐振式固态变压器的输出端。

3.如权利要求2所述一种谐振式直流线间潮流控制器，其特征在于，所述第二全桥开关电路的工作频率为所述第一谐振电路的谐振频率，所述第三全桥开关电路的工作频率为所述第二谐振电路的谐振频率。

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