CN106026137B - 一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，检测到故障发生时，退出串联侧换流器；判断故障是否是可恢复的线路故障，若不属于可恢复的线路故障，则执行统一潮流控制器停运流程；若属于可恢复的线路故障，则实时检测交流线路是否恢复正常运行，检测到交流线路恢复正常后，解锁串联侧换流器，断开串联变二次侧旁路开关，统一潮流控制器恢复运行。此方法可以在线路出现故障后迅速隔离故障点和统一潮流控制器装置，并在线路故障清除、线路恢复正常运行后快速重新投入统一潮流控制器，提高了整个系统的可靠性，保护了统一潮流控制器装置的安全，提高了统一潮流控制器的使用率。
Description
技术领域
本发明属于高压交流输电领域，具体涉及一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法。
背景技术
随着我国经济的迅速增长，电力系统也得到了快速发展，各种大型电力系统的互联和新设备的使用，使得电网架构变得越来越庞大复杂，电网之间潮流分布不均且调控困难，部分线路存在过载失稳风险。
灵活交流输电技术(Flexible Alternative Current Transmission Systems，FACTS)是综合电力电子技术、通信技术和控制技术而形成的交流输电新技术，可以实现对输电系统的电压、阻抗和相位角的灵活控制，从而大大提高电力系统的调控灵活性和运行稳定性，并使得现有输电线路的输送能力大幅提高。
统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)是FACTS中功能强大的一员，主要由直流侧相连接的并联换流器和串联换流器组成，它拥有并联补偿和串联补偿的双重作用，运行方式非常灵活，具有良好的潮流控制能力，同时在交流系统振荡抑制和阻尼补偿方面也具有得天独厚的优势。
UPFC的基本结构如图1所示，其中图中I、II分别是并联换流器和串联换流器，Tshunt是并联变压器，TSeries是串联变压器，Vs、Vr分别是受端和送端网络电源，Xs、Xr是两端电抗。UPFC还包含串联侧旁路晶闸管TBS、并联侧断路器K1、串联侧断路器K2、串联变压一次侧旁路开关K3、串联变二次侧旁路开关K4等。其并联侧换流器控制直流电压以及并网点的无功功率或交流电压，串联侧换流器可实现线路电压的幅值、相位控制、阻抗控制或直接线路潮流控制。目前随着电力电子器件的不断发展，尤其是针对电压源换流器的MMC模块化设计，使UPFC装置在电压和容量上更加易于扩展，能适应高压、大容量的应用场合，且提高了装置的可靠性，降低了装置的损耗。
目前UPFC的控制策略研究的较多，但对UPFC故障穿越方面的研究较少。当线路故障发生后，并联侧换流器可通过对负序电流的抑制提高其故障穿越能力，保持在直流电压控制状态下；交流线路上的故障电流通过串联变压器直接耦合在串联换流器侧，换流器桥臂电流会迅速上升，危害设备安全，而且模块电压在故障电流的作用下迅速充放电，同一个相单元上下桥臂模块电压出现严重不一致，这也影响了设备的快速投运。
现有技术中未发现适应于统一潮流控制器故障穿越的成熟控制策略。
发明内容
本发明的目的是提供一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，用以解决现有技术中的统一潮流控制器没有故障穿越的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，步骤如下：检测到故障发生时，闭锁串联侧换流器，触发串联换流器旁路晶闸管,闭合串联变二次侧旁路开关，退出串联侧换流器；判断故障是否是可恢复的线路故障，若不属于可恢复的线路故障，则执行统一潮流控制器停运流程；若属于可恢复的线路故障，则实时检测交流线路是否恢复正常运行，检测到交流线路恢复正常后，解锁串联侧换流器，断开串联变二次侧旁路开关，统一潮流控制器恢复运行。
由于并联侧变流器具备穿越能力，本发明主要涉及串联侧变流器。在检测到故障发生时，切除串联侧变流器；而对于不同的故障，分为不同的情况处理：可恢复故障，则重新投入串联侧变流器；不可恢复故障，则停运统一潮流控制器。本发明的方案使得统一潮流控制器具备了故障穿越的能力，有利于系统稳定运行。
进一步的，实时检测交流线路是否恢复正常运行，并在线路恢复正常之前保持并联侧换流器的定直流电压控制，保持串联侧换流器的子模块均压控制，使串联侧子模块电压稳定在额定值。
由于采用了均压控制，使串联子模块电压维持在额定电压，在线路故障清除、线路恢复正常运行后统一潮流控制器可直接快速重新投运，不会对系统造成冲击。不仅提高了整个系统的可靠性，还提高了统一潮流控制器的使用率，非常适合统一潮流控制器的工程应用。
进一步的，所述保持串联侧换流器的子模块均压过程为：在每个阀控周期中对每个桥臂内子模块电压进行排序，切除桥臂内电压较高的一半个数子模块，闭锁剩余的电压较低的一半个数子模块，通过直流侧电压、串联变二次侧旁路开关构成的充电回路使每个模块电压维持在额定值附近。
实验证明，上述均压控制方法控制速度快，控制效果好。
进一步的，通过高速保护通道检测出严重过流过压故障后，快速闭锁串联侧换流器，闭锁完成后触发串联侧旁路晶闸管，间隔时间应小于等于一个控保周期。
其中高速保护通道基于对电压电流等电气量的高频采样实现，电气量异常时能迅速检测出异常，避免装置损坏；所述间隔时间应小于等于一个控保周期，避免在串联侧换流器闭锁后故障电流经换流器子模块续流通道继续流经换流器。
进一步的，闭合串联变二次侧旁路开关，与触发串联侧旁路晶闸管的间隔时间，应小于串联侧旁路晶闸管的过流耐受时间。
进一步的，所述可恢复的线路故障包括可通过继电保护重合闸操作后恢复正常运行的暂时性线路故障，其他永久性线路故障、阀侧故障均不属于可恢复的线路故障。
进一步的，检测到交流线路恢复正常后，解锁串联侧换流器，并通过控制使潮流由串联变二次侧旁路开关转移至串联变压器上，应在小电流情况下断开串联变二次侧旁路开关，所述电流应小于该旁路开关正常断开所能承受的最大电流值。
进一步的，在线路恢复正常之前需保持并联侧换流器的定直流电压控制，而为了维持并联换流器在线路故障下的直流电压控制能力，应配合负序电流控制，将负序电流抑制为零。
附图说明
图1是本发明中统一潮流控制器的等效结构图；
图2是本发明中统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，通过控制串并联侧换流器、串联侧旁路晶闸管以及串联变旁路开关，使统一潮流控制器在线路故障发生后能快速投退。
如图1所示的统一潮流控制器包括一个并联侧换流器I，一个或多个串联侧换流器II，各串联侧换流器II的一端通过串联变压器TSeries接入不同的交流线路上，串联变压器TSeries在一二次侧配有旁路开关K3、K4，在二次侧还配有旁路晶闸管TBS；串联换流器II的另一端相并联后与并联换流器I通过直流系统相连接。
图2是本发明中统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法流程图。
一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，步骤如下：
(A)通过高速保护通道检测出严重过流过压故障后，快速闭锁串联侧换流器II，闭锁完成后触发串联侧旁路晶闸管TBS，结束后进入步骤(B)；
(B)闭合串联变二次侧旁路开关K4，完成闭合后，闭锁串联侧旁路晶闸管TBS；
(C)判断故障原因是否是可恢复的线路故障，若不属于可恢复线路故障，则进入步骤(D)，若属于可恢复线路故障，则执行步骤(E)～(F)；
(D)故障不可恢复，执行统一潮流控制器停运流程：断开串联侧进线开关K2，闭锁并联侧换流器I，断开并联侧进线开关K1统一潮流控制器停运。
(E)故障可恢复，实时检测交流线路是否恢复正常运行，并在线路恢复正常之前保持并联侧换流器I的定直流电压控制，保持串联侧换流器II的子模块均压控制，使串联侧子模块电压稳定在额定值；
(F)检测到交流线路恢复正常后，解锁串联侧换流器II，并通过控制使潮流由串联变二次侧旁路开关K4转移至串联变压器TSeries上，在小电流情况下断开串联变二次侧旁路开关K4，统一潮流控制器恢复运行。
上述统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，适用于两电平或模块化多电平的电压源型换流器的统一潮流控制器，且串联侧换流器配置有旁路晶闸管。旁路晶闸管TBS用于迅速泄放故障电流。
上述步骤(A)中，所述高速保护通道基于对电压电流等电气量的高频采样实现，在电气量异常时能迅速检测出异常，避免装置损坏；在串联换流器II闭锁完成后，应立即触发串联侧旁路晶闸管，所间隔时间应小于等于一个控保周期，避免串联换流器II闭锁后故障电流经换流器子模块续流通道继续流经换流器。
上述步骤(B)中，闭合串联变压器二次侧旁路开关K4，与前一步骤中触发串联侧旁路晶闸管TBS的间隔时间，应小于串联侧旁路晶闸管TBS的过流耐受时间。
上述步骤(C)中，所述可恢复的线路故障是指可通过继电保护重合闸操作后恢复正常运行的暂时性线路故障，其他永久性线路故障、阀侧故障均不属于此列。
上述步骤(E)中，在线路恢复正常之前需保持并联侧换流器I的定直流电压控制，而为了维持并联换流器在线路故障下的直流电压控制能力，需要配合负序电流控制，将负序电流抑制为零；保持串联侧换流器II的子模块均压控制具体方法是：在每个阀控周期中对每个桥臂内子模块电压进行排序，切除桥臂内电压较高的一半个数子模块，闭锁剩余的电压较低的一半个数子模块，每个模块电压均能维持在额定值附近。
上述步骤(F)中，在小电流情况下断开串联变二次侧旁路开关K4，所述电流应小于该旁路开关正常断开所能承受的最大电流值。
采用上述控制策略，可在线路出现故障后迅速隔离故障点和统一潮流控制器装置，避免设备损坏；由于串联子模块电压维持在额定电压，在线路故障清除、线路恢复正常运行后统一潮流控制器可直接快速投入，不仅提高了整个系统的可靠性，还提高了统一潮流控制器的使用率，非常适合统一潮流控制器的工程应用。
上述均压控制的目的是为了在串联侧变流器快速重新投入时不对系统造成冲击，作为其他实施方式，本发明也可以采用不同于上述实施例中的均压控制方式，例如：整个UPFC装置停运重新上电,但恢复过程远长于上述实例中的控制方式。亦或者，若不考虑对系统的冲击，可以不采用均压控制。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，步骤如下：
检测到故障发生时，闭锁串联侧换流器，触发串联换流器旁路晶闸管，闭合串联变二次侧旁路开关，退出串联侧换流器；
判断故障是否是可恢复的线路故障，若不属于可恢复的线路故障，则执行统一潮流控制器停运流程；若属于可恢复的线路故障，则实时检测交流线路是否恢复正常运行，检测到交流线路恢复正常后，解锁串联侧换流器，断开串联变二次侧旁路开关，统一潮流控制器恢复运行；
实时检测交流线路是否恢复正常运行，并在线路恢复正常之前保持并联侧换流器的定直流电压控制，保持串联侧换流器的子模块均压控制，使串联侧子模块电压稳定在额定值。
2.根据权利要求1所述的一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，所述保持串联侧换流器的子模块均压过程为：在每个阀控周期中对每个桥臂内子模块电压进行排序，切除桥臂内电压较高的一半个数子模块，闭锁剩余的电压较低的一半个数子模块，通过直流侧电压、串联变二次侧旁路开关构成的充电回路使每个模块电压维持在额定值附近。
3.根据权利要求1所述的一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，通过高速保护通道检测出严重过流过压故障后，快速闭锁串联侧换流器，闭锁完成后触发串联侧旁路晶闸管，间隔时间应小于等于一个控保周期。
4.根据权利要求3所述的一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，闭合串联变二次侧旁路开关，与触发串联侧旁路晶闸管的间隔时间，应小于串联侧旁路晶闸管的过流耐受时间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，所述可恢复的线路故障包括可通过继电保护重合闸操作后恢复正常运行的暂时性线路故障，其他永久性线路故障、阀侧故障均不属于可恢复的线路故障。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，检测到交流线路恢复正常后，解锁串联侧换流器，并通过控制使潮流由串联变二次侧旁路开关转移至串联变压器上，应在小电流情况下断开串联变二次侧旁路开关，所述电流应小于该旁路开关正常断开所能承受的最大电流值。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种统一潮流控制器的交流线路故障穿越控制方法，其特征在于，在线路恢复正常之前需保持并联侧换流器的定直流电压控制，而为了维持并联换流器在线路故障下的直流电压控制能力，应配合负序电流控制，将负序电流抑制为零。
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