新型限流式统一潮流控制器限流分析与参数设计

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)在电网系统发生短路故障时,极易受到大电流冲击而损毁。虽然具有短路限流功能的统一潮流控制器(限流式UPFC)在一定程度上限制了大电流冲击,但短路电流峰值仍然很大,限流时间较长。为此,提出一种采用RLC串联谐振电路的限流器二次侧拓扑结构,分析了其工作原理和限流动态过程,建立了发生故障时的数学模型。针对限流式UPFC直流侧电容电压在限流过程中不断上升,极易超出变换器IGBT耐压水平的缺陷,分析了故障模型中直流侧电容电压上升的原理,设计了用于改变短路电流流通路径的桥式电容限压器。仿真结果表明,改进方案能进一步减小短路电流峰值和上升率,使短路电流迅速衰减至零,同时限制直流侧电容电压的不断增大,确保限流式UPFC安全退出运行。

限流式UPFC保护电路的设计与验证

针对限流式统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)运行过程中极易发生的进线过流和输出过压等问题,分析了出现过流、过压的产生机理,并为限流式UPFC实验样机设计了一套详细的保护电路。该保护电路在限流式UPFC启动时,自动插入充电电阻防止过电流,不控充电结束后自动切除;在短路故障等引起的直流电容过电压时,无延时地将逆变桥出口短接,隔离故障电压和电流,而由限流器承担。PSCAD对比仿真结果表明,保护电路的设计能解决限流式UPFC的进线过流和输出过压问题。将所设计的保护电路应用于10 k V限流式UPFC样机,实验结果表明,该保护电路能保障限流式UPFC的设备安全,与仿真结果相符。

限流式UPFC中UPFC模块与限流器模块的交互影响分析

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生故障时,其串联变换器易承受系统高电压与大电流的冲击而损坏。为了解决该问题,提出了一种采用饱和变压器耦合新型固态限流器的限流式UPFC拓扑。此拓扑由UPFC模块与限流器模块通过串联饱和变压器连接而成,正常运行时,UPFC模块实现常规优化控制功能并可动态补偿固态限流器所引起的压降;故障情况时,SSFCL模块呈现高阻抗状态限制系统及流入UPFC串联侧变换器的短路电流。该拓扑中串联饱和变压器的应用降低了SS-FCL侧整流桥的电压等级与容量,并将系统短路电流限制到设定值范围内,保证继电保护动作后可靠跳开故障回路断路器。最后通过100V/3kVA小样机试验证明此新型UPFC拓扑的正确性和可靠性。

限流式统一潮流控制器的动态分析与实验

限流式统一潮流控制器(UPFC)是一种可以有效应对系统短路电流冲击的新型柔性交流输电系统(FACTS)装置。文中分析了系统短路时限流式UPFC的详细动态过程和限流工作原理,建立了故障下的数学模型。以系统限流指标、直流电容电压限值和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)电流限值3个条件为依据,给出了直流限流电感的计算方法和选取原则。100V/3kVA限流式UPFC实验装置平台的实验结果证实了限流动态过程分析的合理性和限流式UPFC的有效性。

限流式UPFC样机设计与实验研究

针对限流式统一潮流控制器(限流式UPFC)的样机和实验设计问题,对限流式UPFC的工作原理及数学模型进行了概述,提出了简单、有效的环形系统接线,能够节约设备和场地,对其中的串联变压器与桥式限流器中桥臂晶闸管的选型进行了分析,同时详细阐述了限流式UPFC控制系统的分层架构,最后在此基础上进行了样机研制与实验验证。研究结果表明,结合UPFC和桥式限流器的限流式UPFC能实现多种系统调节功能并能有效应对系统短路故障,提出的限流式UPFC样机与实验设计有效、实用。

限流式统一潮流控制器的启停控制策略

限流式统一潮流控制器(UPFC)可以有效避免串联变换器因系统短路电流冲击而损毁。针对限流式UPFC已有功率控制策略的不足,建立了含限流式UPFC的系统模型,提出了基于线路电流控制的功率控制策略。分析了限流式UPFC的启停过程,给出了完整的启停控制方案。启动阶段接入限流电阻以防止直流电容充电电流过大而导致过电压和过电流损坏。停机时通过并联变换器释放直流电容的一部分能量从而降低放电电阻的设计要求。PSCAD/EMTDC软件的建模与仿真结果证明了基于线路电流控制的限流式UPFC功率控制策略具有良好的动态和稳态性能,同时也验证了启停控制方案的合理性和有效性。

基于统一潮流控制器的短路电流限制技术在浙江电网的应用研究

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是最全面的柔性交流输电(flexible alternating⁃current transmission system,FACTS)控制装置,可以独立并快速地调节输电线路中的有功功率和无功功率。随着电网规模及互联水平的不断提高,厂/站之间的电气距离明显缩短,系统阻抗下降,系统中的短路电流水平显著提升,给电力系统安全、稳定运行以及电力系统中各种电气设备提出了更为苛刻的要求。尤其以浙江、江苏等型态日益复杂的受端电网,潮流分布不均、短路电流控制困难等难题已成为制约电力建设和进一步发展的瓶颈。考虑到故障限流器(fault current limiter,FCL)在系统严重故障时能够有效地控制短路电流,本文在UPFC现有拓扑结构的基础上,将FCL通过快速旁路开关与其相结合,既充分发挥UPFC在稳态情况下的优化潮流和系统故障后的紧急功率控制;同时,在系统严重故障时,FCL投入运行降低系统的短路电流。针对本文提出的优化拓扑结构在浙江电网中的规划应用进行了研究,验证了该优化拓扑结构在短路电流控制和潮流柔性调节的有效性。

具有电容限压功能的限流式统一潮流控制器

针对统一潮流控制器(UPFC)的串联变换器极易因系统发生短路故障而损毁的问题,提出一种具有短路限流功能的UPFC(限流式UPFC)拓扑,可以有效避免串联变换器因系统短路电流冲击而损毁.但当桥式固态限流器晶闸管完全关断之前,短路电流会经过串联变换器IGBT的续流二极管给直流电容充电,电容电压瞬间上升,极有可能超过IGBT的耐压水平而导致串联变换器损毁.分析短路时短路电流的流通路径,建立限流式UPFC的短路数学模型,通过分析短路时电容电压上升的机理,给出一种限流式UPFC的改进方案.PSCAD/EMTDC软件的建模与仿真结果表明,该改进方案在短路限流的同时能够减小甚至避免电容电压上升,进而保护UPFC的串联变换器.

限流式UPFC对电力系统暂态稳定性的影响

现今对于统一潮流控制器提高电力系统稳定性的研究都是基于系统故障切除后通过改变其控制策略来提高系统暂态稳定性。从限流式统一潮流控制器在故障发生和故障切除的2个限流阶段,针对限流器模块分析其对电力系统暂态稳定性的影响,并在标准的220 k V三机九节点系统中进行仿真研究。PSCAD对比仿真结果表明,故障发生后限流式统一潮流控制器能够即刻减小系统发电机输入输出功率的不平衡,提高系统功角稳定性;还能够降低系统电压跌落的幅值,提高系统电压稳定性。