控制高电压网络中的功率流的方法和设备转让专利
申请号 : CN200480043884.3
文献号 : CN101010848B
文献日 : 2010-04-28
发明人 : 贝蒂尔·贝里格伦 , 穆杰塔巴·诺罗齐安
申请人 : ABB研究有限公司
摘要 :
用于控制高电压网络中的功率流的方法和设备。设备包括具有抽头改变装置的移相变压器PST，其特征在于，所述设备进一步包括：可控串联补偿器CSC，其包括可控电感性装置；以及控制装置，用于协调控制所述PST和所述CSC。
权利要求 :
1.一种用于控制高电压网络中的功率流的设备，包括具有抽头改变装置的移相变压器PST(1)，其特征在于，所述设备进一步包括：可控串联补偿器CSC(2)，其包括可控电感性装置(4)；以及控制装置(3)，用于协调控制所述PST和所述CSC。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可控电感性装置(4)包括至少一个单元，其包括与第一晶闸管开关(7)并联连接的第一电感器装置(6)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述CSC(2)包括可控电容性装置(5)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述可控电容性装置(5)包括至少一个单元，其由包括电容性装置(8)的第一支路和包括第二晶闸管开关(7)且与所述第一支路并联连接的第二支路组成。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第二支路包括与所述第二晶闸管开关(7)串联的第二电感器装置。
6.根据前述权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制装置包括：计算机，其包括处理器和存储器装置；以及传感器(13)，用于感测所述网络的功率流。
7.根据前述权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制装置包括第一环路(11)，用于控制所述CSC。
8.根据前述权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制装置包括第二环路(12)，用于控制所述PST。
9.根据前述权利要求1或2所述的设备，其中，所述控制装置包括用于引入控制参数值的装置(16，18，20)。
10.根据前述权利要求1或2所述的设备，其中，所述PST位于第一位置，所述CSC位于第二位置，并且所述第一和第二位置隔开一距离。
11.根据前述权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备包括分路补偿器装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述控制装置包括用于控制所述分路补偿器装置的装置。
13.根据权利要求3所述的设备，其中，所述可控电感性装置包括多个电感性单元(6)，并且所述可控电容性装置包括多个可提升电容性单元(8)。
14.一种用于控制高电压网络中的功率流的方法，所述高电压网络具有包括移相变压器PST的控制设备，其特征在于：在第一时间段中，借助于控制可控串联补偿器CSC(2)来调节所述控制设备的电抗；以及在第二时间段中，调节所述PST(1)的电压和所述控制设备的电抗，以实现所述PST和所述CSC之间的令人满意的工作平衡。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述CSC调节包括：感测功率流；与设置值相比较；通过PI控制器调节；以及与振荡阻尼信号相比较。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述PST调节包括：对来自所述CSC调节的控制信号进行滤波；与电抗设置值相比较；以及通过PI控制器调节。
说明书 :
技术领域
本发明涉及用于控制交流输电系统中的功率流的设备和方法。更具体地，本发明涉及包括移相变压器(PST)的控制设备。移相变压器在本文中应当被理解为包括单芯以及多芯变压器，这两者都可以包括对称或非对称的设计。移相变压器还可以包括附加的电压调节装置。
背景技术
移相变压器在以前对于控制交流输电线中的功率流是已知的。这样的PST包括抽头变换器，其串联连接或断开变压器的附加绕组。通过这样做来控制相量取向。然后通过磁路的不同部分所激励的绕组之间的连接，功率从相邻相移向单相。在纯移相变压器中，与源电压正交的电压被注入到线路中。
移相变压器可以用于控制并行线路之间的负荷分配以增加总的功率传送。优点在于移相变压器能够阻塞由馈电网络中的相角差引起的寄生功率流。
可以以限定的方式将功率分配给客户，并且可以避免循环的功率流。
使用PST的优点在于，它具有相对低的无功功率消耗。没有次同步谐振的风险，并且在低电流条件下也是强有力的。
然而PST的使用减慢了控制速度。抽头变换器必须以顺序的方式经历每个抽头位置。每个抽头变化受到3-5秒量级的影响。这样一来PST就不能以决定性的方式参与功率扰动之后的过渡期。更频繁的抽头改变增加了维护的需要，特别是在高电流条件下。
抽头变换器是机械装置并因而缓慢，并且是机械磨损的对象。它具有150kV的最大调节电压范围和小于35的最大操作位置数。最大抽头电压处于4000-5000V/抽头的量级，并且最大额定直通电流大约为3000-4500A。最大功率处理容量为6000-8000kVA/抽头，并且有短路发热限制。小的电压级产生了许多操作。
控制交流输电线中的功率流的另一种方法是使用可控串联补偿器(CSC)。这样的CSC包括一个或多个晶闸管开关的电感性装置。CSC还可以包括一个或多个常常与电感器组合的晶闸管开关的电容性装置。电容性装置或电感性装置与晶闸管开关在并联支路中连接。通过控制晶闸管开关，电感性或电容性装置连接或者断开于输电线。这样一来就通过连接或断开期望数目或组合的电感或电容来控制相量取向。该调节是迅速的，因为没有涉及机械装置。
CSC在几个基频周期内从全电感性向全电容性调节是可控的，反之亦然，并因而在功率扰动之后的过渡期中能够是强有力的控制装置。与PST的抽头变换器相比，CSC不对频繁的控制动作敏感而需要维护。CSC因此适合于闭环控制。
然而在包括具有电容性级的CSC的电路中，存在诸如SSR之类的谐振问题的风险。与PST相比，具有大电感性级的CSC具有较大的无功功率消耗。在低电流条件下，CSC对功率流具有小的影响。
移相变压器可以用于控制并行线路之间的负荷分配以增加总的功率传送。优点在于移相变压器能够阻塞由馈电网络中的相角差引起的寄生功率流。
可以以限定的方式将功率分配给客户，并且可以避免循环的功率流。
使用PST的优点在于，它具有相对低的无功功率消耗。没有次同步谐振的风险，并且在低电流条件下也是强有力的。
然而PST的使用减慢了控制速度。抽头变换器必须以顺序的方式经历每个抽头位置。每个抽头变化受到3-5秒量级的影响。这样一来PST就不能以决定性的方式参与功率扰动之后的过渡期。更频繁的抽头改变增加了维护的需要，特别是在高电流条件下。
抽头变换器是机械装置并因而缓慢，并且是机械磨损的对象。它具有150kV的最大调节电压范围和小于35的最大操作位置数。最大抽头电压处于4000-5000V/抽头的量级，并且最大额定直通电流大约为3000-4500A。最大功率处理容量为6000-8000kVA/抽头，并且有短路发热限制。小的电压级产生了许多操作。
控制交流输电线中的功率流的另一种方法是使用可控串联补偿器(CSC)。这样的CSC包括一个或多个晶闸管开关的电感性装置。CSC还可以包括一个或多个常常与电感器组合的晶闸管开关的电容性装置。电容性装置或电感性装置与晶闸管开关在并联支路中连接。通过控制晶闸管开关，电感性或电容性装置连接或者断开于输电线。这样一来就通过连接或断开期望数目或组合的电感或电容来控制相量取向。该调节是迅速的，因为没有涉及机械装置。
CSC在几个基频周期内从全电感性向全电容性调节是可控的，反之亦然，并因而在功率扰动之后的过渡期中能够是强有力的控制装置。与PST的抽头变换器相比，CSC不对频繁的控制动作敏感而需要维护。CSC因此适合于闭环控制。
然而在包括具有电容性级的CSC的电路中，存在诸如SSR之类的谐振问题的风险。与PST相比，具有大电感性级的CSC具有较大的无功功率消耗。在低电流条件下，CSC对功率流具有小的影响。
发明内容
本发明的主要目的是提供对交流功率传输的功率流控制，其迅速并且不涉及单独使用PST或CSC的缺点。
通过本发明的实施例能够实现了这个目的。
本发明的一个实施例是一种用于控制高电压网络中的功率流的设备，包括具有抽头改变装置的移相变压器PST，所述设备进一步包括：可控串联补偿器CSC，其包括可控电感性装置；以及控制装置，用于协调控制PST和CSC。
在一个优选实施例中，可控电感性装置可包括至少一个单元，其包括与第一晶闸管开关并联连接的第一电感器装置。
在一个优选实施例中，CSC可包括可控电容性装置。
在一个优选实施例中，可控电容性装置可包括至少一个单元，其由包括电容性装置的第一支路和包括第二晶闸管开关且与第一支路并联连接的第二支路组成。
在一个优选实施例中，第二支路可包括与第二晶闸管开关串联的第二电感器装置。
在一个优选实施例中，控制装置可包括：计算机，其包括处理器和存储器装置；以及传感器，用于感测网络的功率流。
在一个优选实施例中，控制装置可包括第一环路，用于控制CSC。
在一个优选实施例中，控制装置可包括第二环路，用于控制PST。
在一个优选实施例中，控制装置可包括用于引入控制参数值的装置。
在一个优选实施例中，PST可位于第一位置，CSC可位于第二位置，并且第一和第二位置可隔开一距离。
在一个优选实施例中，设备可包括分路补偿器装置。
在一个优选实施例中，控制装置可包括用于控制分路补偿器装置的装置。
在一个优选实施例中，可控电感性装置可包括多个电感性单元，并且所述可控电容性装置可包括多个可提升电容性单元。
本发明的另一个实施例是一种用于控制高电压网络中的功率流的方法，高电压网络具有包括移相变压器PST的控制设备。该方法可包括：在第一时间段中，借助于控制可控串联补偿器CSC来调节控制设备的电抗；以及在第二时间段中，调节PST的电压和控制设备的电抗，以实现PST和CSC之间的令人满意的工作平衡。
在一个优选实施例中，CSC调节可包括：感测功率流；与设置值相比较；通过PI控制器调节；以及与振荡阻尼信号相比较。
在一个优选实施例中，PST调节可包括：对来自CSC调节的控制信号进行滤波；与电抗设置值相比较；以及通过PI控制器调节。
根据本发明，包括抽头变换器的PST、包括电感器的CSC以及控制PST和CSC两者的控制单元组合形成控制设备，用于控制高电压网络中的功率流。作为对负荷状况变化的响应，通过用抽头变换器首先调节CSC并且其次调节PST来控制功率流。在第一时间段中，所述控制单独通过CSC装置来实现，并且在第二时间段中，所述控制通过CSC装置和PST两者的组合调节来实现。通过这种控制，PST的缓慢控制能力得到CSC的快速能力的补偿。对于从抽头变换器的一个抽头到另一个抽头的每个变化，CSC都被控制以补偿新的抽头位置。这样一来就可以在PST和CSC的控制范围之内实现令人满意的设备工作状况。在本发明的第一实施例中，CSC包括晶闸管开关的电感器功能。在本发明的另一实施例中，CSC包括晶闸管开关的电容器功能，其可以与电感器功能组合。
在本发明的第一方面中，通过包括以下的控制设备实现上述目的：PST，其包括抽头变换器；CSC，其包括可控电感性装置；以及控制系统，其包括计算机装置，所述计算机装置包括处理器，用于协调控制所述PST和所述CSC。在一优选实施例中，所述CSC还包括可控电容性装置。在另一实施例中，所述可控电感性装置包括多个电感性单元，每个都包括与晶闸管开关并联连接的电感器。在又一实施例中，所述电容性装置包括多个电容性单元，每个都包括与晶闸管开关并联连接的电容器。在又一实施例中，所述电容性单元包括与所述晶闸管开关串联的电感器。在另一实施例中，所述控制系统包括通信单元，操作员或客户通过所述通信单元来监视、控制或超驰(override)所述控制。
在本发明的第二方面中，通过用于控制交流输电线中的功率流的方法实现上述目的，所述方法包括：第一步骤，其中，新的负荷需求通过CSC来迅速调节；以及第二步骤，其中，估计PST和CSC两者的组合调节。在另一步骤中，通过与CSC协调地调节PST以便外部控制不受影响，完成PST和CSC两者的令人满意的操作点的内部调节。
根据本发明，由抽头变换器按顺序分级调节的PST与由晶闸管开关调节的CSC组合，以通过共同的控制系统提供功率流的快速和自适应控制。PST的缓慢控制能力得到CSC的迅速控制的补偿。PST这样一来在调节时就由CSC动态辅助。这种动态辅助的PST，在下文中标记为DAPST，包括与晶闸管开关的电感性和/或电容性电抗电路组合的标准抽头变换器控制移相变压器。每个这样的电路都可以包括分级连接的多个电感性和电容性电路。PST的动态辅助减少了抽头变换器所进行的控制动作的数目，这显著增加了抽头变换器的使用寿命。
根据本发明，功率流控制器(PFC)的所需额定值被分成两个部分，一个部分由PST组成，另一个部分由包括晶闸管开关的电抗电路的CSC组成。协调CSC和PST的控制的可能性提供了两单元的额定值，其比每个单元单独工作的电路中小。作为比较，单个PST调节单元将必须具有大的额定值，并且单个CSC单元将必须具有增加数目的电抗电路。只与PST和晶闸管开关电抗级两者相比，该组合将获得性能的总体改善。
通过本发明的实施例能够实现了这个目的。
本发明的一个实施例是一种用于控制高电压网络中的功率流的设备，包括具有抽头改变装置的移相变压器PST，所述设备进一步包括：可控串联补偿器CSC，其包括可控电感性装置；以及控制装置，用于协调控制PST和CSC。
在一个优选实施例中，可控电感性装置可包括至少一个单元，其包括与第一晶闸管开关并联连接的第一电感器装置。
在一个优选实施例中，CSC可包括可控电容性装置。
在一个优选实施例中，可控电容性装置可包括至少一个单元，其由包括电容性装置的第一支路和包括第二晶闸管开关且与第一支路并联连接的第二支路组成。
在一个优选实施例中，第二支路可包括与第二晶闸管开关串联的第二电感器装置。
在一个优选实施例中，控制装置可包括：计算机，其包括处理器和存储器装置；以及传感器，用于感测网络的功率流。
在一个优选实施例中，控制装置可包括第一环路，用于控制CSC。
在一个优选实施例中，控制装置可包括第二环路，用于控制PST。
在一个优选实施例中，控制装置可包括用于引入控制参数值的装置。
在一个优选实施例中，PST可位于第一位置，CSC可位于第二位置，并且第一和第二位置可隔开一距离。
在一个优选实施例中，设备可包括分路补偿器装置。
在一个优选实施例中，控制装置可包括用于控制分路补偿器装置的装置。
在一个优选实施例中，可控电感性装置可包括多个电感性单元，并且所述可控电容性装置可包括多个可提升电容性单元。
本发明的另一个实施例是一种用于控制高电压网络中的功率流的方法，高电压网络具有包括移相变压器PST的控制设备。该方法可包括：在第一时间段中，借助于控制可控串联补偿器CSC来调节控制设备的电抗；以及在第二时间段中，调节PST的电压和控制设备的电抗，以实现PST和CSC之间的令人满意的工作平衡。
在一个优选实施例中，CSC调节可包括：感测功率流；与设置值相比较；通过PI控制器调节；以及与振荡阻尼信号相比较。
在一个优选实施例中，PST调节可包括：对来自CSC调节的控制信号进行滤波；与电抗设置值相比较；以及通过PI控制器调节。
根据本发明，包括抽头变换器的PST、包括电感器的CSC以及控制PST和CSC两者的控制单元组合形成控制设备，用于控制高电压网络中的功率流。作为对负荷状况变化的响应，通过用抽头变换器首先调节CSC并且其次调节PST来控制功率流。在第一时间段中，所述控制单独通过CSC装置来实现，并且在第二时间段中，所述控制通过CSC装置和PST两者的组合调节来实现。通过这种控制，PST的缓慢控制能力得到CSC的快速能力的补偿。对于从抽头变换器的一个抽头到另一个抽头的每个变化，CSC都被控制以补偿新的抽头位置。这样一来就可以在PST和CSC的控制范围之内实现令人满意的设备工作状况。在本发明的第一实施例中，CSC包括晶闸管开关的电感器功能。在本发明的另一实施例中，CSC包括晶闸管开关的电容器功能，其可以与电感器功能组合。
在本发明的第一方面中，通过包括以下的控制设备实现上述目的：PST，其包括抽头变换器；CSC，其包括可控电感性装置；以及控制系统，其包括计算机装置，所述计算机装置包括处理器，用于协调控制所述PST和所述CSC。在一优选实施例中，所述CSC还包括可控电容性装置。在另一实施例中，所述可控电感性装置包括多个电感性单元，每个都包括与晶闸管开关并联连接的电感器。在又一实施例中，所述电容性装置包括多个电容性单元，每个都包括与晶闸管开关并联连接的电容器。在又一实施例中，所述电容性单元包括与所述晶闸管开关串联的电感器。在另一实施例中，所述控制系统包括通信单元，操作员或客户通过所述通信单元来监视、控制或超驰(override)所述控制。
在本发明的第二方面中，通过用于控制交流输电线中的功率流的方法实现上述目的，所述方法包括：第一步骤，其中，新的负荷需求通过CSC来迅速调节；以及第二步骤，其中，估计PST和CSC两者的组合调节。在另一步骤中，通过与CSC协调地调节PST以便外部控制不受影响，完成PST和CSC两者的令人满意的操作点的内部调节。
根据本发明，由抽头变换器按顺序分级调节的PST与由晶闸管开关调节的CSC组合，以通过共同的控制系统提供功率流的快速和自适应控制。PST的缓慢控制能力得到CSC的迅速控制的补偿。PST这样一来在调节时就由CSC动态辅助。这种动态辅助的PST，在下文中标记为DAPST，包括与晶闸管开关的电感性和/或电容性电抗电路组合的标准抽头变换器控制移相变压器。每个这样的电路都可以包括分级连接的多个电感性和电容性电路。PST的动态辅助减少了抽头变换器所进行的控制动作的数目，这显著增加了抽头变换器的使用寿命。
根据本发明，功率流控制器(PFC)的所需额定值被分成两个部分，一个部分由PST组成，另一个部分由包括晶闸管开关的电抗电路的CSC组成。协调CSC和PST的控制的可能性提供了两单元的额定值，其比每个单元单独工作的电路中小。作为比较，单个PST调节单元将必须具有大的额定值，并且单个CSC单元将必须具有增加数目的电抗电路。只与PST和晶闸管开关电抗级两者相比，该组合将获得性能的总体改善。
附图说明
结合附图从以下详细描述中，本发明的其它特征和优点对本领域技术人员而言将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的控制设备的主电路，
图2是该设备的单侧离散函数，
图3是该设备的离散控制函数，
图4是该设备的连续控制函数，
图5是包括该设备的简单网络，
图6是关于串联电压和通过电流的操作范围，
图7是包括CSC部分的控制设备，所述CSC部分包括三个电感性晶闸管开关单元，
图8：是纯电感性CSC模式下的操作范围，
图9：是纯PST模式下的操作范围，
图10：是该设备的稳态操作范围，
图11：是该设备的动态范围，其中PST处于最大抽头位置，
图12：是PST处于最小抽头位置的动态范围，
图13：是与分路补偿装置结合的设备，以及
图14是所构思的该设备的控制方案。
图1是根据本发明的控制设备的主电路，
图2是该设备的单侧离散函数，
图3是该设备的离散控制函数，
图4是该设备的连续控制函数，
图5是包括该设备的简单网络，
图6是关于串联电压和通过电流的操作范围，
图7是包括CSC部分的控制设备，所述CSC部分包括三个电感性晶闸管开关单元，
图8：是纯电感性CSC模式下的操作范围，
图9：是纯PST模式下的操作范围，
图10：是该设备的稳态操作范围，
图11：是该设备的动态范围，其中PST处于最大抽头位置，
图12：是PST处于最小抽头位置的动态范围，
图13：是与分路补偿装置结合的设备，以及
图14是所构思的该设备的控制方案。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的用于控制功率流的设备。该设备包括抽头变换器控制的移相变压器(PST)1、可控串联补偿器(CSC)2和控制单元3。CSC包括第一电抗单元4，其包括电感性单元6以及用于连接和断开该电感性单元的晶闸管开关7。在示出的实施例中，CSC 2还包括第二电抗单元5，其包括电容性单元8以及由晶闸管开关7控制的电感性单元6。作为例子示出了单个的电感性和电容性电抗单元。组合任何数目的电感性和电容性级属于本发明的范围。这样一来可控串联补偿装置就可以包括多个电感性和电容性电路。
可以以不同的配置实现CSC。在第一实施例中，CSC包括可开关电感性单元，通过所述可开关电感性单元，CSC可以以离散级控制。在第二实施例中，CSC包括电感性和电容性单元的组合，因而可以以离散级控制。在第三实施例中，CSC包括多个电感性级和多个可提升电容性级，其使CSC可连续控制。
在本发明的单侧离散实施例中，CSC仅包括电感性单元。在这个实施例中因而没有谐振(例如SSR)的风险。假定两个电感性级是晶闸管开关的，并且
XL2＝2XL1
CSC单元因而具有被分成如图2所示的离散级的电感性控制范围。
PST对功率流的控制通过抽头变换器的控制来完成。由于这是机械装置并且该控制必须按顺序分级进行，所以该控制是缓慢的。对于CSC，可以迅速地采用图2中的四个位置中的每个位置。
在本发明的另一实施例中，CSC包括多个电感性和电容性单元。以下面的方式说明离散控制能力。假定电容性级和两个电感性级都是晶闸管开关的(亦即没有产生谐波的提升(boosting))，并且
XL2＝2XL1
|XL2|＝|XC|
CSC部分因而具有被分成如图3所示的离散级的电感性和电容性控制范围。
以下面的方式说明根据本发明的连续可控的实施例(级数当然可以改变)。在这个实施例中，CSC包括多个电感性单元和多个电容性单元，它们连续可控(可提升)。假定电容性部分可提升，以便它在以下两者之间连续可控：
其中
并且电感性部分被分成两个部分，XL1和XL2，其中
XL2＝2XL1
CSC部分因而在图4中示出的范围内连续可控。
根据本发明的设备的控制分辨率(抽头变换器和CSC控制动作的组合效果)在这个实施例中在大部分组合控制范围内为无穷大。
在本发明的更高级的实施例中，如图13所示，包括了用于无功功率并联分路补偿的装置，以便可以定制DAPST的无功功率平衡以满足特定电力系统的需求。这些装置包括诸如像断路器连接的电容器组和电抗器、静止无功补偿器(SVC)以及STATCOM之类的装置。
为了说明DAPST的操作范围，使用了如图5所示的简单网络。该网络包括在第一节点14和第二节点15之间与等效电抗并联连接的根据本发明的DAPST。DAPST的目的是要控制功率在它所安装的路径和并联路径之间的分配。并联路径在图5中用与DAPST并联连接的等效感抗Xeq表示。通过控制串联电压Vseries，能够控制功率流的分配。
图5中的粗体量表示相量(具有幅值和相位)。电流用I表示，并且电压用V表示。
使用这种简单的网络，可以在如图6所示的示图中描述操作范围，其中，通过DAPST的电流在x轴上，并且串联电压在y轴上。
左半平面对应于从第二节点15流向第一节点14(称作输入)的电流(功率)，并且右半平面对应于从第一节点流向第二节点(称作输出)的电流(功率)。第一和第三象限对应于电流(功率)幅值的减小，而第二和第四象限则对应于电流(功率)幅值的增加。
如图7所示，DAPST包括PST 1和CSC，所述CSC包括多个开关电感性单元4a-4c，它可以以纯可控串联补偿器(CSC)的模式操作，其中移相变压器(PST)处在零抽头位置(这意味着只有PST的短路电抗贡献于串联电压)。
图8示出了纯电感性CSC模式下的操作范围。沿着旁路线，全部CSC级都被晶闸管旁路。该线的斜率取决于PST的短路电抗。
从旁路线开始，通过接入电感性级，CSC上的电压增加，而通过DAPST的电流减小。操作点将因而沿着平行于图8中箭头的线移动(箭头的斜率将取决于Xeq的大小)。通过给予电感性级不同的大小(例如二元大小)并添加另外的级，能够使控制的分辨率任意高。CSC的大小将典型地设置为仅当各个级上的串联电压低于预定限制时允许操作。当全部电感性级都被接入时，如果电流进一步减小，则串联电压将下降。能够注意到的是，对于低电流，CSC十分无力，因为即使非常大的电感性级可用，仍几乎不能够提供任何串联电压。以类似的方式，电容性级将给出第二和第四象限中的操作范围。
在CSC部分被晶闸管旁路(电感性级和可能的电容性级两者)时，DAPST可以以纯PST模式操作。操作范围然后可以如图9所示。
零抽头线与图8中的旁路线相同，亦即，其斜率取决于PST的短路电抗。从零抽头线开始，当向最正的位置移动抽头变换器时，串联电压在正方向上增加，并且当向最负的位置移动抽头变换器时，串联电压的幅值在负方向上增加。能够注意到的是，与零抽头线相比，这个PST具有既减小功率流(第一和第三象限操作)又增加功率流(第二和第四象限操作)的能力。进而，该PST具有同样在低电流条件下控制功率流的实质性能力。
图10示出了当组合PST和电感性CSC两者的范围时的DAPST稳态控制范围。
利用电感性CSC级的选择，与纯PST模式相比，操作范围在第一和第三象限(对应于功率减小)中扩展。利用电容性CSC级，以类似的方式可以在第二和第四象限中扩展操作范围。
动态操作范围是指这样的操作范围的部分，其能够被足够快速地控制，以减轻电力系统中的机电瞬态的后果。因为晶闸管控制的CSC容易地能够在几分之一秒内从最小电感性(或者最大电容性，如果电容性级可用)到最大电感性来改变操作点，所以很适合于对例如源自同步电机(发电机)中的机电振荡的功率振荡的阻尼做出贡献。另一方面，在每级取5秒的量级并且每级必须按顺序经过的情况下，PST太慢而不能在过渡期中做出积极的贡献。换言之，DAPST的操作范围的动态部分对应于CSC部分。
然而，通过在预扰动(pre-disturbance)的情形下控制抽头变换器，能够改变DAPST的总体特性。图8当然给出了PST处于零抽头位置的动态范围。
在图11中PST处于最大抽头位置。能够注意到的是，在输入情形(负通过电流)下，DAPST具有能够动态地增加和减小功率流的总体动态特性(换言之，线Vseries＝0穿过动态操作范围)。当然，通过将PST设置在例如最小抽头位置，能够在输出情形下实现类似特征，如图12所示。
因此可以给予DAPST动态地既增加又减小功率流的可能性。可利用电感性CSC、亦即无需串联电容器来实现这一点的境况，是利用具有复杂涡轮串的例如核电设备的热生产设备的系统中的主要优点。如众所周知的那样，在这样的系统中安装串联电容器需要实质性的分析和足够的控制手段，以避免可能严重破坏生产单元的次同步谐振的风险。
特别地，如果具有电感性CSC的DAPST还包括用于电容性分路补偿的装置，诸如与断路器连接的电容器组之类，如图13所示，则DAPST能够被给予同样在无功功率平衡方面非常类似于可控串联电容器的特性，而没有例如次同步谐振的风险。
主要的控制目标，亦即安装可以示为动态可控移相变压器(DAPST)的控制设备的原因，包括以下中的一个或几个：
·缓慢/准稳态功率流控制
·功率振荡阻尼
·通过快速改变传输通道(transmission corridor)特性来改善瞬态性能
缓慢/准稳态功率流控制是功率在DAPST所安装的传输路径和并联路径之间的分配的缓慢控制。满足这个目标的控制速度要求低得足以由PST和CSC部分两者来满足。
功率振荡阻尼是DAPST的快速控制，以减轻典型地在电力系统中的扰动之后的功率振荡。这些振荡的频率典型地在0.1-2.0Hz的范围内，并且在很大程度上取决于同步电机(典型地为发电机)或参与振荡的多个机器的惯性常数。满足这个目标的控制速度要求只能由DAPST的CSC部分来满足。
通过在扰动之后的一小部分过渡期内迅速地改变DAPST的CSC部分的操作点，能够改变DAPST所安装的传输互连线路的特性。在其最大的电感性位置，传输连接互连线路的总电抗处在其最大值，导致互连线路之上的功率传送减少和并联路径之上的功率传送增加。在其最大的电容性(或最小的电感性)位置，互连线路的总电抗处在其最小值，导致连接互连线路之上的功率传送增加和并联路径之上的功率传送减少。特别地，如果安装了几个DAPST并且协调它们的控制，则经历例如稳定性问题的系统的扰动部分能够被迅速地减轻功率传送，而系统的未受影响的部分则拾取功率传送。通过具有在扰动发生之后的比方说小于0.5s之内行进于末端位置之间的能力，因而能够显著改善整个互连系统的瞬态性能。PST部分太慢而不能在这个时帧之内动作，然而它的预扰动操作点将影响DAPST的总体性能并因而影响传输互连线路的总体特性。
通过协调抽头变换器和晶闸管的控制，还可以在控制策略中包括以下有利控制目标中的一个或几个：
·在最低可能电流操作抽头变换器
·最小可能的抽头变换器操作数
·无功功率消耗控制(限制)
·动态范围控制
通过在高电流条件下控制DAPST，以便CSC部分首先起主要作用以便减小电流，然后PST部分在较低电流条件下起主要作用，抽头变换器上的压力减轻，并且维护的需要减少。
通过让CSC部分尽可能快，并且甚至比其本来那样更加放慢PST部分，能够减少抽头变换器操作的数目。这当具有短持续时间的负荷的变化由CSC部分处理并且PST部分仅作用于较长持续时间的变化时完成。
PST部分由于其短路电抗而消耗无功功率，与由于其性质而具有显著较大变化的电抗的CSC相比，所述短路电抗由于抽头变换器位置而仅具有小的变化。结果，在全部电感性或电容级都被接入时，CSC可以消耗或产生相当量的无功功率。因为用PST和CSC控制动作的不同混合能够达到几乎整个操作范围，所以能够影响无功功率的总体消耗或产生。如果例如电力系统因为某种原因在电压支持方面弱，亦即电压低，则产生无功功率或者至少限制DAPST的无功功率的总体消耗是有利的。如果预期的串联电压能够通过电容性CSC级(如果可用的话)和PST的组合动作而实现，则尽可能多的CSC动作和尽可能少的PST动作是有利的。如果预期的串联电压只能够通过电感性CSC级和PST动作的组合而实现，则尽可能多的PST动作和尽可能少的CSC动作是有利的。类似地，如果电压高，则消耗无功功率或者至少限制DAPST的无功功率的总体产生是有利的。显然相反的控制策略将是优选的，亦即，如果预期的串联电压能够通过电感性CSC和PST的组合动作而实现，则尽可能多的CSC动作和尽可能少的PST动作是有利的。如果预期的串联电压只能够通过电容性CSC级(如果可用的话)和PST动作的组合而实现，则尽可能多的PST动作和尽可能少的CSC动作是有利的。另外如果用于无功功率分路补偿的装置如上所述被添加到DAPST，则可以控制总体的无功功率平衡。
还有另一个有利的控制目标是低电流条件下控制动态范围。在低线路电流，CSC部分的控制范围变小并且甚至为零。通过控制PST部分以便几乎总是有最小线路电流可用，最小动态范围因此也几乎总是可用。(当从输入向输出改变功率方向时，可能存在具有低电流的短时间段，但是通过抽头变换器的恰当控制，能够使这个时间段非常短。)
在图14中示出了根据本发明的用于控制功率流的DASPT的控制方案。在示出的实施例中，DAPST包括功率传输线10上设置的PST和CSC、第一闭环11以及第二闭环12。第一闭环包括传感器13，用于感测线路10上、第一节点14和第二节点15之间的功率流。此外，第一环包括第一补偿器16、PI(比例积分)控制器17和第二补偿器18。
测量的有功功率流Pm与对应于预期有功功率流的设置值Pset相比较。差信号被发送到具有限制的PI控制器。PI控制器产生与需要的电抗成比例的信号，其被发送到CSC的晶闸管控制，所述CSC通过这些手段被控制以满足有功功率流的设置值。CSC的离散性质将在大多数情形下导致控制误差，其通过死区(附图中未指示)来处理。
用于功率振荡阻尼(POD)的补充信号可以在PI控制器之后添加，以便快速机电功率振荡能够通过CSC动作而减轻。
用于控制PST的第二闭环包括低通滤波器19、补偿器20和PI控制器21。与需要的电抗成比例的信号通过低通滤波器19发送，以便与电抗的设置值相比较。低通滤波器将阻挡短持续时间的x的变化。x的实际值和期望值之间的差被发送到具有限制的PI控制器，其产生与预期抽头t成比例的信号，该信号被发送到抽头变换器控制。
通过应用图14中的控制方案，可以实现上面列举的全部控制目标。
·明显地实现了缓慢/准稳态功率流控制。
·通过引入补充POD信号实现了功率振荡阻尼。
·通过迅速地改变设置点Pset，可能结合改变第一PI控制器的增益，能够实现传输通道特性的快速变化。
·以以下方式避免了高电流条件下的抽头变换器的操作。如果电流突然增加，特别是进入到过载的范围，则CSC将首先动作以减小电流，然后在较低的电流，PST将动作以满足设置值
·通过在抽头变换器控制支路中引入低通滤波器，减少了抽头变换器操作的数目。这个滤波器将阻挡短持续时间的变化，并因而减少了抽头变换器操作的数目。
·能够以至少两种方式实现无功功率平衡控制(限制)。通过改变设置值能够控制无功功率平衡，以及通过在第一PI控制器限制器中引入无功功率限制，也能够限制它。
·通过控制设置值Pset，能够完成低电流条件下的动态范围的控制。通过使用限制Pset，limit＜|Pset|，能够在稳态下实现线路电流的最小幅值并因而实现了最小控制范围。
其它控制方案当然也能够用于满足所述控制目标。
尽管是优选的，但是本发明的范围不必受所提供的实施例的限制，而是也包括对本领域技术人员而言明显的实施例。例如PST和SCS之间的输电线不必如附图中指示的那样短，而是包括任何的长度，只要PST和SCS是串联连接的。图13中的闭环设置不必完全封闭。这样一来在某些条件下就可能便于操作员或客户通过直接调节PST的抽头变换器来选择希望的操作点。根据本发明，所述设备将通过相应地调节CSC来自动响应对PST的这种强制控制。
可以以不同的配置实现CSC。在第一实施例中，CSC包括可开关电感性单元，通过所述可开关电感性单元，CSC可以以离散级控制。在第二实施例中，CSC包括电感性和电容性单元的组合，因而可以以离散级控制。在第三实施例中，CSC包括多个电感性级和多个可提升电容性级，其使CSC可连续控制。
在本发明的单侧离散实施例中，CSC仅包括电感性单元。在这个实施例中因而没有谐振(例如SSR)的风险。假定两个电感性级是晶闸管开关的，并且
XL2＝2XL1
CSC单元因而具有被分成如图2所示的离散级的电感性控制范围。
PST对功率流的控制通过抽头变换器的控制来完成。由于这是机械装置并且该控制必须按顺序分级进行，所以该控制是缓慢的。对于CSC，可以迅速地采用图2中的四个位置中的每个位置。
在本发明的另一实施例中，CSC包括多个电感性和电容性单元。以下面的方式说明离散控制能力。假定电容性级和两个电感性级都是晶闸管开关的(亦即没有产生谐波的提升(boosting))，并且
XL2＝2XL1
|XL2|＝|XC|
CSC部分因而具有被分成如图3所示的离散级的电感性和电容性控制范围。
以下面的方式说明根据本发明的连续可控的实施例(级数当然可以改变)。在这个实施例中，CSC包括多个电感性单元和多个电容性单元，它们连续可控(可提升)。假定电容性部分可提升，以便它在以下两者之间连续可控：
其中
并且电感性部分被分成两个部分，XL1和XL2，其中
XL2＝2XL1
CSC部分因而在图4中示出的范围内连续可控。
根据本发明的设备的控制分辨率(抽头变换器和CSC控制动作的组合效果)在这个实施例中在大部分组合控制范围内为无穷大。
在本发明的更高级的实施例中，如图13所示，包括了用于无功功率并联分路补偿的装置，以便可以定制DAPST的无功功率平衡以满足特定电力系统的需求。这些装置包括诸如像断路器连接的电容器组和电抗器、静止无功补偿器(SVC)以及STATCOM之类的装置。
为了说明DAPST的操作范围，使用了如图5所示的简单网络。该网络包括在第一节点14和第二节点15之间与等效电抗并联连接的根据本发明的DAPST。DAPST的目的是要控制功率在它所安装的路径和并联路径之间的分配。并联路径在图5中用与DAPST并联连接的等效感抗Xeq表示。通过控制串联电压Vseries，能够控制功率流的分配。
图5中的粗体量表示相量(具有幅值和相位)。电流用I表示，并且电压用V表示。
使用这种简单的网络，可以在如图6所示的示图中描述操作范围，其中，通过DAPST的电流在x轴上，并且串联电压在y轴上。
左半平面对应于从第二节点15流向第一节点14(称作输入)的电流(功率)，并且右半平面对应于从第一节点流向第二节点(称作输出)的电流(功率)。第一和第三象限对应于电流(功率)幅值的减小，而第二和第四象限则对应于电流(功率)幅值的增加。
如图7所示，DAPST包括PST 1和CSC，所述CSC包括多个开关电感性单元4a-4c，它可以以纯可控串联补偿器(CSC)的模式操作，其中移相变压器(PST)处在零抽头位置(这意味着只有PST的短路电抗贡献于串联电压)。
图8示出了纯电感性CSC模式下的操作范围。沿着旁路线，全部CSC级都被晶闸管旁路。该线的斜率取决于PST的短路电抗。
从旁路线开始，通过接入电感性级，CSC上的电压增加，而通过DAPST的电流减小。操作点将因而沿着平行于图8中箭头的线移动(箭头的斜率将取决于Xeq的大小)。通过给予电感性级不同的大小(例如二元大小)并添加另外的级，能够使控制的分辨率任意高。CSC的大小将典型地设置为仅当各个级上的串联电压低于预定限制时允许操作。当全部电感性级都被接入时，如果电流进一步减小，则串联电压将下降。能够注意到的是，对于低电流，CSC十分无力，因为即使非常大的电感性级可用，仍几乎不能够提供任何串联电压。以类似的方式，电容性级将给出第二和第四象限中的操作范围。
在CSC部分被晶闸管旁路(电感性级和可能的电容性级两者)时，DAPST可以以纯PST模式操作。操作范围然后可以如图9所示。
零抽头线与图8中的旁路线相同，亦即，其斜率取决于PST的短路电抗。从零抽头线开始，当向最正的位置移动抽头变换器时，串联电压在正方向上增加，并且当向最负的位置移动抽头变换器时，串联电压的幅值在负方向上增加。能够注意到的是，与零抽头线相比，这个PST具有既减小功率流(第一和第三象限操作)又增加功率流(第二和第四象限操作)的能力。进而，该PST具有同样在低电流条件下控制功率流的实质性能力。
图10示出了当组合PST和电感性CSC两者的范围时的DAPST稳态控制范围。
利用电感性CSC级的选择，与纯PST模式相比，操作范围在第一和第三象限(对应于功率减小)中扩展。利用电容性CSC级，以类似的方式可以在第二和第四象限中扩展操作范围。
动态操作范围是指这样的操作范围的部分，其能够被足够快速地控制，以减轻电力系统中的机电瞬态的后果。因为晶闸管控制的CSC容易地能够在几分之一秒内从最小电感性(或者最大电容性，如果电容性级可用)到最大电感性来改变操作点，所以很适合于对例如源自同步电机(发电机)中的机电振荡的功率振荡的阻尼做出贡献。另一方面，在每级取5秒的量级并且每级必须按顺序经过的情况下，PST太慢而不能在过渡期中做出积极的贡献。换言之，DAPST的操作范围的动态部分对应于CSC部分。
然而，通过在预扰动(pre-disturbance)的情形下控制抽头变换器，能够改变DAPST的总体特性。图8当然给出了PST处于零抽头位置的动态范围。
在图11中PST处于最大抽头位置。能够注意到的是，在输入情形(负通过电流)下，DAPST具有能够动态地增加和减小功率流的总体动态特性(换言之，线Vseries＝0穿过动态操作范围)。当然，通过将PST设置在例如最小抽头位置，能够在输出情形下实现类似特征，如图12所示。
因此可以给予DAPST动态地既增加又减小功率流的可能性。可利用电感性CSC、亦即无需串联电容器来实现这一点的境况，是利用具有复杂涡轮串的例如核电设备的热生产设备的系统中的主要优点。如众所周知的那样，在这样的系统中安装串联电容器需要实质性的分析和足够的控制手段，以避免可能严重破坏生产单元的次同步谐振的风险。
特别地，如果具有电感性CSC的DAPST还包括用于电容性分路补偿的装置，诸如与断路器连接的电容器组之类，如图13所示，则DAPST能够被给予同样在无功功率平衡方面非常类似于可控串联电容器的特性，而没有例如次同步谐振的风险。
主要的控制目标，亦即安装可以示为动态可控移相变压器(DAPST)的控制设备的原因，包括以下中的一个或几个：
·缓慢/准稳态功率流控制
·功率振荡阻尼
·通过快速改变传输通道(transmission corridor)特性来改善瞬态性能
缓慢/准稳态功率流控制是功率在DAPST所安装的传输路径和并联路径之间的分配的缓慢控制。满足这个目标的控制速度要求低得足以由PST和CSC部分两者来满足。
功率振荡阻尼是DAPST的快速控制，以减轻典型地在电力系统中的扰动之后的功率振荡。这些振荡的频率典型地在0.1-2.0Hz的范围内，并且在很大程度上取决于同步电机(典型地为发电机)或参与振荡的多个机器的惯性常数。满足这个目标的控制速度要求只能由DAPST的CSC部分来满足。
通过在扰动之后的一小部分过渡期内迅速地改变DAPST的CSC部分的操作点，能够改变DAPST所安装的传输互连线路的特性。在其最大的电感性位置，传输连接互连线路的总电抗处在其最大值，导致互连线路之上的功率传送减少和并联路径之上的功率传送增加。在其最大的电容性(或最小的电感性)位置，互连线路的总电抗处在其最小值，导致连接互连线路之上的功率传送增加和并联路径之上的功率传送减少。特别地，如果安装了几个DAPST并且协调它们的控制，则经历例如稳定性问题的系统的扰动部分能够被迅速地减轻功率传送，而系统的未受影响的部分则拾取功率传送。通过具有在扰动发生之后的比方说小于0.5s之内行进于末端位置之间的能力，因而能够显著改善整个互连系统的瞬态性能。PST部分太慢而不能在这个时帧之内动作，然而它的预扰动操作点将影响DAPST的总体性能并因而影响传输互连线路的总体特性。
通过协调抽头变换器和晶闸管的控制，还可以在控制策略中包括以下有利控制目标中的一个或几个：
·在最低可能电流操作抽头变换器
·最小可能的抽头变换器操作数
·无功功率消耗控制(限制)
·动态范围控制
通过在高电流条件下控制DAPST，以便CSC部分首先起主要作用以便减小电流，然后PST部分在较低电流条件下起主要作用，抽头变换器上的压力减轻，并且维护的需要减少。
通过让CSC部分尽可能快，并且甚至比其本来那样更加放慢PST部分，能够减少抽头变换器操作的数目。这当具有短持续时间的负荷的变化由CSC部分处理并且PST部分仅作用于较长持续时间的变化时完成。
PST部分由于其短路电抗而消耗无功功率，与由于其性质而具有显著较大变化的电抗的CSC相比，所述短路电抗由于抽头变换器位置而仅具有小的变化。结果，在全部电感性或电容级都被接入时，CSC可以消耗或产生相当量的无功功率。因为用PST和CSC控制动作的不同混合能够达到几乎整个操作范围，所以能够影响无功功率的总体消耗或产生。如果例如电力系统因为某种原因在电压支持方面弱，亦即电压低，则产生无功功率或者至少限制DAPST的无功功率的总体消耗是有利的。如果预期的串联电压能够通过电容性CSC级(如果可用的话)和PST的组合动作而实现，则尽可能多的CSC动作和尽可能少的PST动作是有利的。如果预期的串联电压只能够通过电感性CSC级和PST动作的组合而实现，则尽可能多的PST动作和尽可能少的CSC动作是有利的。类似地，如果电压高，则消耗无功功率或者至少限制DAPST的无功功率的总体产生是有利的。显然相反的控制策略将是优选的，亦即，如果预期的串联电压能够通过电感性CSC和PST的组合动作而实现，则尽可能多的CSC动作和尽可能少的PST动作是有利的。如果预期的串联电压只能够通过电容性CSC级(如果可用的话)和PST动作的组合而实现，则尽可能多的PST动作和尽可能少的CSC动作是有利的。另外如果用于无功功率分路补偿的装置如上所述被添加到DAPST，则可以控制总体的无功功率平衡。
还有另一个有利的控制目标是低电流条件下控制动态范围。在低线路电流，CSC部分的控制范围变小并且甚至为零。通过控制PST部分以便几乎总是有最小线路电流可用，最小动态范围因此也几乎总是可用。(当从输入向输出改变功率方向时，可能存在具有低电流的短时间段，但是通过抽头变换器的恰当控制，能够使这个时间段非常短。)
在图14中示出了根据本发明的用于控制功率流的DASPT的控制方案。在示出的实施例中，DAPST包括功率传输线10上设置的PST和CSC、第一闭环11以及第二闭环12。第一闭环包括传感器13，用于感测线路10上、第一节点14和第二节点15之间的功率流。此外，第一环包括第一补偿器16、PI(比例积分)控制器17和第二补偿器18。
测量的有功功率流Pm与对应于预期有功功率流的设置值Pset相比较。差信号被发送到具有限制的PI控制器。PI控制器产生与需要的电抗成比例的信号，其被发送到CSC的晶闸管控制，所述CSC通过这些手段被控制以满足有功功率流的设置值。CSC的离散性质将在大多数情形下导致控制误差，其通过死区(附图中未指示)来处理。
用于功率振荡阻尼(POD)的补充信号可以在PI控制器之后添加，以便快速机电功率振荡能够通过CSC动作而减轻。
用于控制PST的第二闭环包括低通滤波器19、补偿器20和PI控制器21。与需要的电抗成比例的信号通过低通滤波器19发送，以便与电抗的设置值相比较。低通滤波器将阻挡短持续时间的x的变化。x的实际值和期望值之间的差被发送到具有限制的PI控制器，其产生与预期抽头t成比例的信号，该信号被发送到抽头变换器控制。
通过应用图14中的控制方案，可以实现上面列举的全部控制目标。
·明显地实现了缓慢/准稳态功率流控制。
·通过引入补充POD信号实现了功率振荡阻尼。
·通过迅速地改变设置点Pset，可能结合改变第一PI控制器的增益，能够实现传输通道特性的快速变化。
·以以下方式避免了高电流条件下的抽头变换器的操作。如果电流突然增加，特别是进入到过载的范围，则CSC将首先动作以减小电流，然后在较低的电流，PST将动作以满足设置值
·通过在抽头变换器控制支路中引入低通滤波器，减少了抽头变换器操作的数目。这个滤波器将阻挡短持续时间的变化，并因而减少了抽头变换器操作的数目。
·能够以至少两种方式实现无功功率平衡控制(限制)。通过改变设置值能够控制无功功率平衡，以及通过在第一PI控制器限制器中引入无功功率限制，也能够限制它。
·通过控制设置值Pset，能够完成低电流条件下的动态范围的控制。通过使用限制Pset，limit＜|Pset|，能够在稳态下实现线路电流的最小幅值并因而实现了最小控制范围。
其它控制方案当然也能够用于满足所述控制目标。
尽管是优选的，但是本发明的范围不必受所提供的实施例的限制，而是也包括对本领域技术人员而言明显的实施例。例如PST和SCS之间的输电线不必如附图中指示的那样短，而是包括任何的长度，只要PST和SCS是串联连接的。图13中的闭环设置不必完全封闭。这样一来在某些条件下就可能便于操作员或客户通过直接调节PST的抽头变换器来选择希望的操作点。根据本发明，所述设备将通过相应地调节CSC来自动响应对PST的这种强制控制。