本技术涉及直流输配电领域，尤其涉及一种多端直流配电系统线间潮流控制电路。
背景技术：
1、目前,伴随中国经济的飞速发展和产业结构的不断优化，相应的新兴产业在市场需求与产品迭代中也需要不断学习新技术、新工艺，以应对快速变化的时代需求。电能作为一种清洁、高效的能源形式，在支撑现代工业和社会生活中扮演着重要的角色。因此在中国产业升级中，保障电能供应的稳定性、可靠性和安全性变得尤为重要。
2、直流潮流控制器是多端直流系统中用于管理和调节电力流动的一种技术装置。它的主要作用是优化直流电网中的功率分配，提高电网的稳定性和传输效率，以及支持多源电力的综合利用。由于直流系统中不存在交流系统的电抗和相位差异，线路的功率流动主要受到线路电阻和两端电压差的影响。直流潮流控制器的根本原理是通过调整线路电阻或者线路两端的电压，来控制和调节线路上的功率流动。根据调节机制的不同，直流潮流控制器可以分为不同的类型：变电阻型直流潮流控制器、全功率型直流潮流控制器、部分功率型直流潮流控制器。变电阻型直流潮流控制器是通过在直流线路中串入一个可调节的电阻器，通过改变这个电阻器的电阻值来对线路的等效电阻进行调节，从而达到控制系统潮流的目的，变电阻型直流潮流控制器具有拓扑和控制策略简单的优点，但其调节范围有限，且不可改变线路电流的方向，与此同时，其加入会给系统带来额外的功率损耗。全功率型直流潮流控制器的核心功能在于整合dc/dc变换器于线路中，将其输入和输出以并联的形式与系统连接在一起，通过调节变换器输出和输入间的电压比，等同于在线路中嵌入一个连续可调的电压源，其输出值为vi与vk间的差值(其中，vi为变换器输入电压，vk为变换器输出电压)，通过改变线路两端直流电压差，能够有效改变电力系统内的功率分布，从而达到潮流调节的目的。但由于其输入与输出均和系统以并联形式连接，需同时承受系统级的高压和功率，故被归类为全功率设备，这导致对设备容量的要求相对较高。在稳定运行的直流电力系统中，直流线路不存在电抗，且等效电阻通常只有几欧姆，这导致在直流母线电压固定时，即使是很小的电压变化也会引起线路电流的显著波动。部分功率型直流潮流控制器就是利用这一特性，其根本原理是在线路中串入一个可调整的电压源，进而对线路潮流进行精确的控制。这种类型的控制器优势在于避免装置承担系统级的高压和大功率，降低了装置的设计容量，同时也减少了成本。
3、在传统的多端直流配电系统(multi-terminal direct current，mtdc)中，线路潮流取决于变换器电压和线路阻抗，但当系统端口数多、网络复杂、线路数量大于等于变换器数量时，单纯依靠变换器间协调控制，虽能在一定程度上对线路潮流进行调度，但控制自由度不高，导致部分线路线损增加，端口扩展成本提高，甚至引发线路过载使系统发生停运故障。因此，对传统的多端直流配电系统需要解决以下问题。首先，需要研究供电可靠、效率高的直流潮流控制器，以提升对潮流的控制能力的问题。其次，传统的多端直流配电系统在交流网压不平衡异常工况下，直流侧输出功率含二倍频，影响敏感符合的供电质量的问题。最后，直流潮流控制器还存在体积较大，制造成本较高的问题。
技术实现思路
1、本技术正是为了解决上述技术问题而设计的一种多端直流配电系统线间潮流控制器。
2、本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种多端直流配电系统线间潮流控制器，所述线间潮流控制器包括llc谐振变换器单元、中点均衡控制电路和潮流调节单元；
4、所述llc谐振变换器单元与中点均衡控制电路共同构成线间潮流控制器的输入稳压部分，所述llc谐振变换器单元输入侧vt+和vt-连接至高压直流母线以接收电能，其输出侧vtp+和vtp-与串联的电容c1和c2的两端相连，中点均衡控制电路的两个输入端点通过内部直流母线p和n分别连接llc谐振变换器单元输出侧vtp+和vtp-，中点均衡控制电路的输入中性点通过内部直流母线o与电容c1和c2的连接点相连；
5、潮流调节单元采用n个三电平拓扑电路及其相应的lc滤波装置组成，所述n个三电平拓扑电路的两个输入端点分别内部直流母线p和n相连，所述n个三电平拓扑电路的输入中性点与内部直流母线o相连，并作为输出公共端t0；由三电平电路的输出构建出的n个端口ti(i＝1,2,...,n)，与公共端t0一起组成了线间潮流控制器的n个独立输出端口t0ti，通过精准调控每个端口t0ti两端的电压来实现对线路潮流的有效控制。
6、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述llc谐振变换器单元包括两个全桥逆变电路，llc谐振变换器单元输入侧vt+和vt-经输入滤波电容ci滤波后与第一全桥逆变电路输入端相连，第一全桥逆变电路输出端通过直流变压器tr与第二全桥逆变电路输入端偶合连接，第二全桥逆变电路输出端经输出滤波电容co滤波后产生llc谐振变换器单元输出侧vtp+和vtp-。
7、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述中点均衡控制电路包括：晶体管s1、s2、s3、s4、二极管d1、d2、d3、d4、钳位二极管d01、d02和电感l；所述晶体管s1与二极管d1反向并联，晶体管s1的集电极与内部直流母线p相连，晶体管s1的发射极与晶体管s2的集电极相连；所述晶体管s2与二极管d2反向并联，晶体管s2的发射极与晶体管s3的集电极相连；所述晶体管s3与二极管d3反向并联，晶体管s3的发射极与晶体管s4的集电极相连；所述晶体管s4与二极管d4反向并联，晶体管s3的发射极与内部直流母线n相连；
8、所述两个钳位二极管d01和d02串联，二极管d01和d02的连接点通过电感l与晶体管s2的发射极相连，同时二极管d01和d02的连接点与内部直流母线o相连；二极管d01的阴极与晶体管s1的发射极相连，二极管d02的阳极与晶体管s3的发射极相连。
9、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述线间潮流控制器采用中点均衡控制电路控制策略，所述电容c1和c2两端的电压分别为uc1与uc2，δu＝uc1-uc2，根据δu调整开关s1～s4；
10、当δu>0，即中点电压偏低，此时保持s3和s4关断，并通过调节s1和s2的占空比通断来调整电压，其中s1、s2的导通使得直流母线电压通过电感l和下桥臂电容c2形成回路，使电感l存储能量，并在s1和s2的导通周期内为c2充电，以此提高中点电压；当s1和s2关断时，电感l通过s3和s4两反并联二极管的续流路径，释放能量至c2，进一步提高中点电位；
11、当δu<0，即中点电压偏高，通过控制s3和s4的通断来降低中点的点位，此时保持s1和s2关断，其中s3、s4的导通使得直流母线电压通过电感l和上桥臂电容c1形成回路，使电感l存储能量，并在s3和s4的导通周期内为c1充电，以此提高中点电压；当s3和s4关断时，电感l通过s1和s2两反并联二极管的续流路径，释放能量至c1，使得中点的电位恢复到母线的一半。
12、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述中点均衡控制策略采用电压电流双环控制，电压外环为电容c1、c2上下两个电容电压的差值，经过pi调节器生成内环电流参考指令，电流内环采用pi调节器跟踪滤波流经电感l的电流il产生占空比信息。
13、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述线间潮流控制器采用脉动功率控制策略，通过在潮流调节模块中加入虚拟阻抗，将因网压不平衡产生的二倍频脉动转移至对电能质量要求不高的线路、或限制在剩余容量较大，可以较好吸收脉动功率的变换器中，其实现过程是：
14、s100:选择某条线路为参考线路，电压外环控制采用pir调节器跟踪端口电压ud1，虚拟阻抗控制器跟踪脉动电流，二者生成内环电流的参考指令值；电流内环采用pi调节器，负责跟踪滤波电感电流ili以产生相应的占空比控制信号；
15、s200:对于剩余的n-1条线路，其电流调控依据各自的潮流调度指令idref_i(i＝2,3,…,n)进行如下控制；
16、s210:通过对潮流调节单元端口电压与电感电流双环结构进行扩展，在最外环增加专门的潮流控制环；
17、s220:对s210中所述环路采用pir调节器跟踪各线路的潮流调度指令，从而生成对应的端口电压参考指令，潮流调节单元端口电压环控制采用pir调节器跟踪端口电压，虚拟阻抗控制器跟踪脉动电流，二者生成内环电流的参考指令值；潮流调节单元电感电流环控制采用pi，负责跟踪滤波电感电流ili以产生相应的占空比控制信号，进而实现潮流的精准调节；
18、s300:对线路中二倍频脉动进行无静差跟踪，在比例积分控制器的基础上并联准谐振控制器，成为准pir控制器；附加的虚拟阻抗控制器是通过修正端口输出电压参考指令值来实现。
19、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述准pir控制器，表达式为：
20、
21、式(1)中，kp为比例系数，ki为积分系数，kr为谐振系数，ωc和ω1为截止频率和谐振频率；将谐振频率ω1设为100hz，对线路电流中的二倍频脉动进行控制。
22、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述虚拟阻抗控制环节采用二阶带通滤波器最大限度的提取发生网压不平衡vsc直流侧输出电流id中的脉动分量ih，其中二阶带通滤波器传递函数：
23、
24、式(2)中，k0为bpf的增益，一般取为0.707，ω0脉动频率取100hz；然后乘以阻抗系数zsv，即可得到虚拟阻抗控制环节的传递函数：
25、gsv(s)＝zsvggbpf(s)(3)
26、综式(2)和式(3)可得，加入虚拟阻抗控制器的线间潮流控制器端口输出电压ud表达式为：
27、ud(s)＝g(s)idref(s)+zeq(s)id(s)(4)
28、式中：
29、
30、式(5)中，g(s)为最外环的闭环传递函数；zeq(s)为控制器的等效阻抗，z0(s)和zx(s)分别为其自身等效阻抗和附加虚拟阻抗，通过在gsv(s)中设置合适阻抗系数，可在不影响g(s)的前提下改变控制器等效阻抗zeq(s)，从而改变各条线路的阻抗差异，控制脉动功率分配。
31、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述线间潮流控制器在多线路系统中提供高效的潮流控制是基于灵敏度分析法选址后进行分配安装，设符合线间潮流控制器选址原则的线路组成的集合为λ，在明确线间潮流控制器装设原则的基础上分步骤地规划其在正常运行工况下的选址，其具体步骤是：
32、p100:系统性地筛查整个电网中的所有线路，进而识别并确定出那些适宜安装潮流控制器的线路所构成的目标集合λ；
33、p200:借鉴交流电网静态安全分析中性能指标来定义直流电网中idcpfc配置指标q,如下式所示:
34、
35、式中——各支路电流对变比kmi的灵敏度绝对值的平均值；
36、——各支路电流对变比kmi的灵敏度绝对值的标准差；
37、所述式(6)综合考虑以下两方面：
38、首先，考虑线间潮流控制器对所有支路电流响应的敏感度，线间潮流控制器对支路电流变化的敏感度越高，即越大，则表明其在该位置的调节效果越显著；
39、其次，为了消除单纯依赖单一变量来评价线间潮流控制器在整个线路电流调控方面的性能存在着“遮蔽效应”的局限性，必须考虑线间潮流控制器对各个支路电流的影响是否均衡，为此引入了另一个参数在保证较大的前提下，线间潮流控制器对各支路电流的影响越均衡，即越小，则意味着其调节性能更优；
40、最后，借助配置指标q值来决定线间潮流控制器的最佳接入位置，当q值达到最大时，即可断定线间潮流控制器在直流电网潮流调控中的整体效能最优，此时所对应的线间潮流控制器位置即为其最佳安装位置。
41、所述多端直流配电系统线间潮流控制器，所述llc谐振变换器单元采用全桥llc电路或半桥llc电路。
42、本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
43、(1)针对需要线路潮流反转调节的应用场合，分析了目前潮流控制器拓扑方案存在的结构复杂、控制灵活性不足的问题，提出了一种多端直流配电系统线间潮流控制器，其具备模块化设计、端口扩展成本低及调节自由度高的优势，并通过部分功率辅助变换器的配合，解决了各线路间的电流控制耦合问题，实现了对不同线路电流的独立控制。
44、(2)针对多端直流配电系统中发生的交流网压不平衡这类异常工况，提出一种脉动功率分配控制策略。通过在idcpfc各端口处加入针对二倍频脉动的虚拟阻抗，可以实现二倍频脉动功率在线路上的自由分配，以减小对敏感负荷的影响。
1.一种多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述线间潮流控制器包括llc谐振变换器单元、中点均衡控制电路和潮流调节单元；
2.根据权利要求1所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述llc谐振变换器单元包括两个全桥逆变电路，llc谐振变换器单元输入侧vt+和vt-经输入滤波电容ci滤波后与第一全桥逆变电路输入端相连，第一全桥逆变电路输出端通过直流变压器tr与第二全桥逆变电路输入端偶合连接，第二全桥逆变电路输出端经输出滤波电容co滤波后产生llc谐振变换器单元输出侧vtp+和vtp-。
3.根据权利要求1所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述中点均衡控制电路包括：晶体管s1、s2、s3、s4、二极管d1、d2、d3、d4、钳位二极管d01、d02和电感l；所述晶体管s1与二极管d1反向并联，晶体管s1的集电极与内部直流母线p相连，晶体管s1的发射极与晶体管s2的集电极相连；所述晶体管s2与二极管d2反向并联，晶体管s2的发射极与晶体管s3的集电极相连；所述晶体管s3与二极管d3反向并联，晶体管s3的发射极与晶体管s4的集电极相连；所述晶体管s4与二极管d4反向并联，晶体管s3的发射极与内部直流母线n相连；
4.根据权利要求3所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述线间潮流控制器采用中点均衡控制电路控制策略，所述电容c1和c2两端的电压分别为uc1与uc2，δu＝uc1-uc2，根据δu调整开关s1～s4；
5.根据权利要求4所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述中点均衡控制策略采用电压电流双环控制，电压外环为电容c1、c2上下两个电容电压的差值，经过pi调节器生成内环电流参考指令，电流内环采用pi调节器跟踪滤波流经电感l的电流il产生占空比信息。
6.根据权利要求1所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述线间潮流控制器采用脉动功率控制策略，通过在潮流调节模块中加入虚拟阻抗，将因网压不平衡产生的二倍频脉动转移至对电能质量要求不高的线路、或限制在剩余容量较大，可以较好吸收脉动功率的变换器中，其实现过程是：
7.根据权利要求6所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述准pir控制器，表达式为：
8.根据权利要求6所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述虚拟阻抗控制环节采用二阶带通滤波器最大限度的提取发生网压不平衡vsc直流侧输出电流id中的脉动分量ih，其中二阶带通滤波器传递函数：
9.根据权利要求1所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述线间潮流控制器在多线路系统中提供高效的潮流控制是基于灵敏度分析法选址后进行分配安装，设符合线间潮流控制器选址原则的线路组成的集合为λ，在明确线间潮流控制器装设原则的基础上分步骤地规划其在正常运行工况下的选址，其具体步骤是：
10.根据权利要求1或2所述的多端直流配电系统线间潮流控制器，其特征在于：所述llc谐振变换器单元采用全桥llc电路或半桥llc电路。
