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。     

一种新型限流式统一潮流控制器的设计与研究

限流式统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是一种能有效应对系统短路故障的新型柔性交流输电装置。为提高短路故障切除速度、降低装置成本,将基于集成门极换向晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)的桥式限流器与UPFC结合起来,构建了一种新型限流式UPFC拓扑,分析了其短路限流工作原理,建立了短路数学模型。以系统限流指标、UPFC的功率模块安全限度、限流器模块IGCT电压电流限值和直流电容电压限值为依据,给出了限流电感和直流电容的参数设计方法。对新型限流式UPFC与已有装置的工作性能和主要元件参数选择进行了比较。PSCAD/EMTDC对比仿真表明,新型限流式UPFC减少了短路切除时间,减小了元件参数,降低了短路电流对电网的冲击。     

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。     

UPFC装置参数设计研究

设计了一套统一潮流控制器装置,确定它的装置容量后,按其功率模型确定了串联侧注入输电线路的电压幅值、流过串联变换器的电流、并联侧变换器向系统注入的电流、串并联侧交换的有功功率、UPFC串联侧出口电压和并联侧接入母线电压的运行约束值。一套15kVA用于动模系统试验装置的仿真结果证明了在满足运行约束条件下,本文所设计的UPFC能快速有效改善系统的电压和潮流。     

具有短路限流功能的统一潮流控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。     

限流式统一潮流控制器参数设计及优化

以系统限流指标、统一潮流控制器最大补偿度、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）电压电流限值和直流电压限值为依据,改进了限流式统一潮流控制器（UPFC-FCL）的短路数学模型。为保证短路过程中直流电容电压不超过限值,提出了一种新的直流电容计算方法。将直流电容纳入短路限流回路,对直流限流电感的选择进行了优化,提高了装置的可靠性和经济性。建立了100　V／3　kV?A小样机实验模型,验证了限流式统一潮流控制器设计参数的合理性和有效性。     

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,SS FCL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100 V/3 kVA小样机试验证明此新型UPFC拓扑的正确性和可靠性。     

220 kV 限流式统一潮流控制器设计

限流式统一潮流控制器(UPFC-FLC)通过故障限流器与统一潮流控制器的结合,组成了能有效控制系统短路电流的新型FACTS装置。针对220 kV线路,为缩短限流时间,减小装置体积和成本,实现更高效的短路故障切除,提出了一种采用饱和型自耦变压器作为串联变压器,二次侧限流支路采用RLC串联谐振电路的新型限流式UPFC。对其拓扑结构、限流过程进行了分析,设计了装置的主要参数,仿真结果表明新型限流式UPFC相较于常规型在体积成本更小的基础上具有更佳的限流效果。     

统一潮流调节器实验装置的研究

描述了确定统一潮流装置(UPFC)参数的详细方法和步骤,按UPFC的功率模型确定了串联侧注入输电线路的电压幅值和相角、流过串联变换器的电流、并联侧变换器向系统注入的电流、串并联侧交换的有功功率、UPFC串联侧出口电压和并联侧接入母线电压的运行约束值.一套15kVA用于动模系统试验装置的基于EMTDC的仿真结果证明了在满足运行约束条件下,UPFC能快速有效的改善系统的电压和潮流.     

高压直流输电换流变压器参数确定方法

换流变压器是直流输电系统中必不可少的重要设备,其参数选择的合适与否关系整个直流输电系统的运行性能和技术经济指标.根据换流阀的浪涌电流水平,结合交流侧最大三相短路容量和直流系统的额定直流电压、电流计算最小的换流变压器短路阻抗,在数学上推导了短路阻抗的计算公式,避免了工程上反复迭代的过程.实际工程采用的短路阻抗值在此基础上考虑一定的裕度,然后基于该值再计算阀侧额定电压、额定容量等参数.以整流侧定电流逆变侧定电压控制方式为例,考虑系统参数及相关的测量误差,详细论述了换流变压器最小最大档位的计算过程.最后通过一个工程实例验证了该计算方法的合理性.     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法.根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流...     

基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器的设计

传统基于电压源换流器（voltage source controller,VSC）的统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低,同时在运行过程中也有遭受短路故障的可能性和风险,特别是在大容量高电压的场合下,极易造成器件的损坏。将模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）引入UPFC中,同时改进MMC的控制策略以适应所提拓扑的要求,同时由于MMC的引入,短路故障的风险进一步加大,因此在MMC-UPFC的基础上设计了限流模块,该限流模块能在系统短路故障下有效地抑制短路电流,且该限流器在正常工作情况下并不会给线路增加负担。整个UPFC的拓扑具有模块化程度高、谐波小、容量扩展、短路快速限流等特点,该文所设计的拓扑增加了系统的可靠性、安全性和经济性。     

限流式动态电压恢复器及其参数设计

为优化电网正常运行时的电能质量,针对电力系统短路故障问题,提出了一种限流式动态电压恢复器(Dynamic voltage restorer with fault current limiting,DVR-FCL)拓扑结构。以限流阻抗值为目标函数,考虑直流侧电压整定的参数设计,给出了DVR-FCL的直流侧电压、输出滤波器、串联变压器参数、串联变流器、直流侧电容的整定方法。利用PSCAD/EMTDC仿真软件验证了DVR-FCL对电压跌落及短路故障的动作特性。结果表明,所提拓扑结构和参数设计方法正确,可实现改善电压质量和短路限流的双重功能,保证了电力系统安全性和稳定性。     

Load voltage compensation using series–shunt power converter

This paper presents a method of amplitude control and unbalance compensation of the load voltage using a series–shunt power converter. The series power converter works to obtain a constant balanced sinusoidal load voltage. The shunt converter regulates the DC link voltage and compensates for the reactive current of the source within the rated current of the converter. To design the required capacity for the series–shunt power converter, the relation between the converter capacity and the load power factor at constant compensation voltage is introduced. The required capacity of the series–shunt power converter is reduced by more than 50% compared with that of a conventional series power converter. The effectiveness of the proposed load voltage compensation technique using the series–shunt power converter is verified by experiments. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 136(3): 39–48, 2001     

新型磁控开关型故障限流器拓扑及试验研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器的拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器拓扑结构,在偏置回路中串联了一个限流电感,通过故障前后交流电流的变化自动实现限流电感的退出和接入,从而实现对短路电流的限制,并研制了一台220 V/50 A试验样机。对限流器样机的试验结果表明,磁控开关型故障限流器在正常工作时电压损耗很小,对线路几乎没有影响;故障发生后,限流电感立即自动插入故障回路进行限流,基本不产生谐波,运行控制灵活且简单可靠,对短路电流具有快速、有效的限制作用。     

大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法

基于模块化多电平换流器(MMC)柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、多能互补和友好型并网的有效手段。针对直流断路器大电流开断成本高和技术难度大的问题,提出了一种适用于大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法。通过分析直流故障特性,揭示了故障电流的关键影响因素,在此基础上,提出了MMC主动限流控制方法,并针对网侧和风电场侧换流站分别设计了参数选取原则,其中网侧换流站的限流性能可自适应于直流母线电压,在抑制故障电流的同时兼顾直流电网的快速恢复。针对风电场侧换流站,提出了集成限流功能的耗散电阻配置方法,使其同时具备解决直流电网功率盈余问题和降低桥臂换流阀电流应力的能力,并提出了其与主动限流控制以及直流断路器的协调配合方法,在保证风电场安全运行的同时协同抑制故障电流,从而降低对直流断路器开断速度、容量及其制造成本的需求。最后,基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型,验证了所提方法的有效性和可行性。     

Bi-DC/DC变换器带恒功率负载稳定性分析

针对直流微电网中储能装置接口Bi-DC/DC变换器带恒功率负载时的稳定性问题进行了研究。基于状态空间平均法,建立Bi-DC/DC变换器小信号模型,采用母线电压外环和电感电流内环相结合的双闭环控制策略来抑制直流母线电压的波动并设计控制器参数。利用阻抗比禁止区判据进行稳定性判定,并分析了线路滤波参数、负载功率和母线电容对变换器级联后稳定性的影响,得出规律性结论。仿真结果验证了理论分析及控制方法的有效性。     

具有短路限流能力的大变比DC/DC变换器

提出了一种具有短路自动限流和功率双向流动特性的大变比DC/DC变换器,该变换器适合作为接口电路用在高、低压直流线路之间。该DC/DC变换器以三电平方式工作,通过调节占空比和相移,可以改变其传输功率,并且可以实现功率的双向流动;电路以梯形波电流工作,实现了部分软开关,效率较高;在发生直流短路的情况下,流过开关管的电流峰值与正常工作时相等,实现了自动的短路保护。基于以上特点,设计了一个输入电压为12 kV、输出电压为1 kV、传输功率为100 kW的变换器,通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。