CN111211563B - 基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法 - Google Patents

基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种包括反向并联双晶闸管和并联Chopper电路的改进型Chopper电路，将其应用于统一潮流控制器故障渡越中，当UPFC正常运行换流站间有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC，交流线路发生短路故障时，通过改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；当UPFC正常运行换流站间有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC，交流线路发生短路故障时，通过投入改进型Chopper电路的并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，使交流线路短路故障时，UPFC可以切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线提供无功功率支撑。

Description

基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法
技术领域
本发明涉及交流输电技术领域，特别是涉及一种基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法。
背景技术
UPFC(unified power flow controller，统一潮流控制器)作为最新一代的灵活交流输电技术(flexible alternating current transmission systems，FACTS)装置，可以灵活地实现并联补偿，串联补偿，移相，电压调节，线路潮流控制等功能。MMC(ModularMultilevel Converter，模块化多电平)换流器具有模块化程度高、谐波含量少、故障处理能力强等优点，其在实际工程中得到了越来越广泛的应用。交流线路发生严重短路故障时，故障电流通过串联变压器耦合至串联侧MMC流经直流母线与并联侧MMC形成回路，造成串并联侧MMC过流闭锁，UPFC完全退出运行。如何实现在交流线路发生短路故障时，UPFC的并联侧MMC不闭锁，继续为系统母线电压提供无功支撑，成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法，以实现在交流线路发生短路故障时，UPFC的并联侧MMC不闭锁，继续为系统母线电压提供无功支撑。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种改进型Chopper电路，所述改进型Chopper电路包括：反向并联双晶闸管和并联Chopper电路；
所述反向并联双晶闸管与所述并联Chopper电路串联连接；
所述并联Chopper电路包括转移电阻模块和耗散电阻模块，所述转移电阻模块和所述耗散电阻模块串联连接；
可选的，所述转移电阻模块，包括第一IGBT和转移电阻，所述转移电阻与所述第一IGBT串联连接。
可选的，所述耗散电阻模块包括多个并联模组；所述并联模组包括并联连接的第二IGBT和耗散电阻；
多个所述并联模组串联连接。
一种统一潮流控制器，所述统一潮流控制器包括改进型Chopper电路；所述统一潮流控制器还包括并联侧MMC、串联侧MMC；
所述并联侧MMC的交流侧通过并联变压器接入系统母线，所述串联侧MMC的交流侧通过串联变压器接入交流线路；
改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管串联在所述并联侧MMC直流正极出口；
改进型Chopper电路的并联Chopper电路并联在所述并联侧MMC和串联侧MMC之间的直流母线的正极和负极之间。
可选的，所述并联侧MMC的交流侧通过并联变压器接入系统母线，所述串联侧MMC的交流侧通过串联变压器串联接入交流线路。
一种统一潮流控制器故障渡越方法，所述故障渡越方法包括如下步骤：
若UPFC正常运行时有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC：所述反向并联双晶闸管的第一晶闸管导通、第二晶闸管截止；当交流线路发生短路故障时，串联侧MMC闭锁；通过改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；并联侧MMC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线的电压提供无功支撑；
若UPFC正常运行时有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC：所述反向并联双晶闸管的第一晶闸管截止、第二晶闸管导通；当交流线路发生短路故障时，串联侧MMC闭锁；通过投入改进型Chopper电路的并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线电压提供无功支撑。
可选的，所述通过投入并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，具体包括：
向并联Chopper电路的转移电阻模块的第一IGBT和耗散电阻模块的第二IGBT发送导通信号，投入并联Chopper电路的转移电阻；
撤销反向并联双晶闸管的触发信号；所述反向并联双晶闸管受反向电压作用而截止，将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离。
可选的，所述撤销反向并联双晶闸管的触发信号；所述反向并联双晶闸管受反向电压作用而截止，将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，之后还包括：
当并联Chopper电路的电流上升到IGBT过流闭锁阈值时，向并联Chopper电路的耗散电阻模块的第二IGBT发送截止信号，投入并联Chopper电路的耗散电阻。当TBS导通后，向并联Chopper电路的转移电路模块的第一IGBT发送截止信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提出了一种基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法。所述改进型Chopper电路，反向并联双晶闸管和并联Chopper电路；所述并联chopper电路包括转移电阻模块和耗散电阻模块，所述转移电阻模块和所述耗散电阻模块串联连接。将其应用于UPFC故障渡越中，当UPFC正常运行时有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC，交流线路发生短路故障时，通过改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；当UPFC正常运行时有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC，交流线路发生短路故障时，通过投入改进型Chopper电路的并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，使短路故障时，UPFC可以切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线电压提供无功支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的统一潮流控制器的电路结构图；
图2为未采用本发明提出的故障渡越方法时UPFC正常运行有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC图1中k点发生三相故障时的仿真波形；
图3为未采用本发明提出的故障渡越方法时UPFC正常运行有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC图1中k点发生三相故障时的仿真波形；
图4为采用本发明提出的故障渡越方法时UPFC正常运行有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC图1中k点发生三相故障时的仿真波形；
图5为采用本发明提出的故障渡越方法时UPFC正常运行有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC图1中k点发生三相故障时的仿真波形。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法，以实现在交流线路发生短路故障时，UPFC的并联侧MMC不闭锁，继续为系统母线电压提供无功支撑。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
为了实现上述目的本发明提供一种改进型Chopper电路，如图1所示，所述改进型Chopper电路包括：反向并联双晶闸管和并联Chopper电路；所述反向并联双晶闸管与所述并联Chopper电路串联连接；所述并联Chopper电路包括转移电阻模块和耗散电阻模块，所述转移电阻模块和所述耗散电阻模块串联连接。如图1所示，反向并联双晶闸管包括第一晶闸管T1和第二晶闸管T2，第一晶闸管T1和第二晶闸管T2反向并联连接。所述转移电阻模块包括第一IGBT和转移电阻R0，所述转移电阻与所述第一IGBT串联连接。所述耗散电阻模块包括多个并联模组；所述并联模组包括并联连接的第二IGBT和耗散电阻(R1、R2、…、Rn)；多个所述并联模组串联连接。所述转移电阻模块总阻值为30ohm。所述耗散电阻模块总阻值为90ohm。
如图1所示，本发明还提供一种统一潮流控制器，所述统一潮流控制器包括改进型Chopper电路；所述并联侧MMC的交流侧通过并联变压器接入系统母线，所述串联侧MMC的交流侧通过串联变压器串联接入交流线路；改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管串联在所述并联侧MMC直流正极出口；改进型Chopper电路的并联Chopper电路并联在所述并联侧MMC和串联侧MMC之间的直流母线之间。
本发明还提供一种统一潮流控制器故障渡越方法，所述故障渡越方法包括如下步骤：
若UPFC正常运行有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC：所述反向并联双晶闸管的第一晶闸管导通、第二晶闸管截止；当交流线路发生短路故障时，串联侧MMC闭锁；通过改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线电压提供无功支撑。
若UPFC正常运行有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC：所述反向并联双晶闸管的第一晶闸管截止、第二晶闸管导通；当交流线路发生短路故障时，串联侧MMC闭锁；通过投入改进型Chopper电路的并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线电压提供无功支撑。
所述通过投入并联chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，具体包括：向并联Chopper电路的转移电阻模块的第一IGBT和耗散电阻模块的第二IGBT发送导通信号，投入并联Chopper电路的转移电阻；撤销反向并联双晶闸管的触发信号；所述反向并联双晶闸管受反向电压作用而截止，将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离。所述撤销反向并联双晶闸管的触发信号；所述反向并联双晶闸管受反向电压作用而截止，将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，之后还包括：当并联Chopper电路的电流上升到IGBT过流闭锁阈值(2.5kA)时，向并联Chopper电路的耗散电阻模块的第二IGBT发送截止信号，投入并联Chopper电路的耗散电阻，吸收馈入串联侧MMC的短路能量。
当TBS导通后，向并联Chopper电路的转移电路模块的第一IGBT发送截止信号。
下面结合说明书附图，对本发明的具体的结构和方法实施方式做出详细说明。以下公开详细的示范实施例仅仅是出于描述示范实施例的目的，然而，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而能够覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。
当交流线路发生严重短路故障时，MMC-UPFC(基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器)串、并联侧MMC故障特性为：交流线路故障电流通过串联变压器耦合至串联侧MMC阀侧，桥臂过流换流站迅速闭锁，串联侧MMC在闭锁后处于不控充电状态，对于正常运行状态下有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC的UPFC，直流母线电流反向，故障电流通过直流母线流入并联侧MMC，并联侧MMC桥臂过流闭锁，UPFC退出运行；对于正常运行状态下有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC的UPFC，直流母线上故障电流迅速增大，并联侧MMC桥臂过流闭锁，UPFC退出运行。
为了避免上述故障情况下并联侧MMC闭锁，本发明提出了一种基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越方法。参见图1，该统一潮流控制器，改进型Chopper电路由直流母线上串联的反向并联双晶闸管与直流母线上并联Chopper电路组成；并联Chopper电路由转移电阻模块与耗散电阻模块串联而成，转移电阻模块总阻值为30ohm，耗散电阻模块总阻值为90ohm。
若UPFC正常运行有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC，直流线路上反并联双晶闸管T1导通，T2截止；当交流线路发生严重短路故障时，由于反向并联双晶闸管处于单向导通状态，串联侧MMC闭锁后故障电流无法通过直流母线流向并联侧MMC，并联侧MMC与串联侧MMC自动隔离，UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线电压提供无功支撑。
若UPFC正常运行有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC，直流线路上反向并联双晶闸管T2导通，T1截止；当交流线路发生严重短路故障时，串联侧MMC过流闭锁并给并联Chopper电路全部模块IGBT发送导通信号，同时撤销单向导通晶闸管T2的触发信号；并联Chopper电路导通之后，转移电阻投入，流经单向导通晶闸管T2的电流降为零，并承受反压自动关断，并联侧MMC与串联侧MMC隔离，切换至STATCOM模式；当并联Chopper电路电流上升到2.5kA时，耗散电阻模块中IGBT闭锁，并联chopper电路全部模块的电阻投入，吸收馈入串联侧MMC的短路能量。运行于STATCOM模式的并联侧MMC为故障后的系统母线电压提供无功支撑。
若UPFC正常运行有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC，在图1中k点(距离M侧5％线路长度处)设置三相故障，故障发生时刻为1.5s，故障持续时间为0.5s，未采取本发明提出的故障渡越方法时仿真波形参见图2，可以看出，故障发生后TBS导通前，直流母线电流反向，并联侧MMC桥臂过流闭锁；采取本发明提出的故障渡越策略时仿真波形参见图4，可以看出，直流母线电流在故障后过零截止，并联侧MMC桥臂不会过流闭锁，故障后的并联侧MMC可以为系统母线提供无功支撑。实验结果表明，交流线路发生严重短路故障时，本发明提出的故障渡越策略可以隔离串并联侧MMC，并联侧MMC不会过流闭锁。
若UPFC正常运行有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC，在图1中k点(距离M侧5％线路长度处)设置三相故障，故障发生时刻为1.5s，故障持续时间为0.5s,未采取本发明提出的故障渡越策略时仿真波形参见图3,可以看出，故障发生后TBS导通前，直流母线电流不断增大，并联侧MMC桥臂过流闭锁；采取本发明提出的故障渡越策略时仿真波形参见图5，可以看出，并联侧MMC出口直流母线电流在并联Chopper电路投入后变为零，并联侧MMC桥臂不会过流闭锁，故障后的并联侧MMC可以为系统母线提供无功支撑。实验结果表明，交流线路发生严重短路故障时，本发明提出的故障渡越策略可以隔离串并联侧MMC，并联侧MMC不会过流闭锁。
验证结果表明，本发明提出的故障渡越策略在UPFC运行于不同工作状态下都可以快速实现交流线路严重短路故障渡越。
本发明提出的一种基于改进型Chopper电路的UPFC故障渡越策略。直流母线上装设本发明提供的改进型Chopper电路，若UPFC正常运行有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC，当交流线路发生严重短路故障时，改进型Chopper电路中的反向并联双晶闸管可以自行截止反向的故障电流，并联侧MMC与串联侧MMC自动隔离；若UPFC正常运行有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC，当交流线路发生严重短路故障时，通过快速投入并联Chopper电路，将并联侧换流站与串联侧换流站隔离；故障后的UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线电压提供无功支撑，实现故障渡越。
本说明书中等效实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，等效实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种改进型Chopper电路，其特征在于，所述改进型Chopper电路包括：反向并联双晶闸管和并联Chopper电路；
所述反向并联双晶闸管与所述并联Chopper电路串联连接；
所述并联Chopper电路包括转移电阻模块和耗散电阻模块，所述转移电阻模块和所述耗散电阻模块串联连接；
所述耗散电阻模块包括多个并联模组；所述并联模组包括并联连接的第二IGBT和耗散电阻；
多个所述并联模组串联连接；
所述转移电阻模块，包括第一IGBT和转移电阻，所述转移电阻与所述第一IGBT串联连接。
2.一种统一潮流控制器，其特征在于，所述统一潮流控制器包括改进型Chopper电路；所述统一潮流控制器还包括并联侧MMC、串联侧MMC；
所述改进型Chopper电路包括：反向并联双晶闸管和并联Chopper电路；
所述反向并联双晶闸管与所述并联Chopper电路串联连接；
所述并联Chopper电路包括转移电阻模块和耗散电阻模块，所述转移电阻模块和所述耗散电阻模块串联连接；所述转移电阻模块，包括第一IGBT和转移电阻，所述转移电阻与所述第一IGBT串联连接；所述耗散电阻模块包括多个并联模组；所述并联模组包括并联连接的第二IGBT和耗散电阻；多个所述并联模组串联连接；
所述并联侧MMC的交流侧通过并联变压器接入系统母线，所述串联侧MMC的交流侧通过串联变压器接入交流线路；
改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管串联在所述并联侧MMC直流正极出口；
改进型Chopper电路的并联Chopper电路并联在所述并联侧MMC和串联侧MMC之间的直流母线的正极和负极之间。
3.一种统一潮流控制器故障渡越方法，其特征在于，所述故障渡越方法应用于权利要求2所述的统一潮流控制器，所述故障渡越方法包括如下步骤：
若UPFC正常运行时有功功率传输方向为并联侧MMC流向串联侧MMC：所述反向并联双晶闸管的第一晶闸管导通、第二晶闸管截止；当交流线路发生短路故障时，串联侧MMC闭锁；通过改进型Chopper电路的反向并联双晶闸管将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线提供无功支撑；
若UPFC正常运行时有功功率传输方向为串联侧MMC流向并联侧MMC：所述反向并联双晶闸管的第一晶闸管截止、第二晶闸管导通；当交流线路发生短路故障时，串联侧MMC闭锁；通过投入改进型Chopper电路的并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离；UPFC切换至STATCOM模式，为故障后的系统母线提供无功支撑。
4.根据权利要求3所述的统一潮流控制器故障渡越方法，其特征在于，所述通过投入改进型Chopper电路的并联Chopper电路将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，具体包括：
向并联Chopper电路的转移电阻模块的第一IGBT和耗散电阻模块的第二IGBT发送导通信号，投入并联Chopper电路的转移电阻；
撤销反向并联双晶闸管的触发信号；所述反向并联双晶闸管受反向电压作用而截止，将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离。
5.根据权利要求4所述的统一潮流控制器故障渡越方法，其特征在于，所述撤销反向并联双晶闸管的触发信号；所述反向并联双晶闸管受反向电压作用而截止，将所述并联侧MMC与所述串联侧MMC隔离，之后还包括：
当并联Chopper电路的电流上升到IGBT过流闭锁阈值时，向并联Chopper电路的耗散电阻模块的第二IGBT发送截止信号，投入并联Chopper电路的耗散电阻；
当反向并联双晶闸管导通后，向并联Chopper电路的转移电阻模块的第一IGBT发送截止信号。
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