CN118539425A - 具有upfc的配电环网故障保护方法 - Google Patents

具有upfc的配电环网故障保护方法 Download PDF

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CN118539425A CN202410652743.0A CN202410652743A CN118539425A CN 118539425 A CN118539425 A CN 118539425A CN 202410652743 A CN202410652743 A CN 202410652743A CN 118539425 A CN118539425 A CN 118539425A
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吴小龙
段龙翔
陈海英
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Abstract

本发明涉及一种具有UPFC的配电环网故障保护方法。其包括：对具有UPFC的配电环网，所述配电环网包括两条中压输电线路以及UPFC设备，当配电环网存在UPFC设备故障时，协控系统将UPFC设备停运，并通过联络线开关组件配置UPFC设备退出运行，且通过备用联络线开关单元启用备用联络线，以通过备用联络线进行负荷转供；当配电环网存在任一条中压输电线路故障时，协控系统控制立即旁路UPFC设备的串联侧，并基于中压输电线路故障的类型以及UPFC设备的运行状态，对UPFC设备执行故障保护。本发明能最大限度地实现不停电转移负荷，减少了停电带来的不利影响，提高中压配电网合环运行的可靠性与稳定性。

Description

具有UPFC的配电环网故障保护方法
技术领域
本发明涉及一种故障保护方法，尤其是一种具有UPFC的配电环网故障保护方法。
背景技术
“闭环设计、开环运行”是传统配电网通常遵循的原则，对由此形成的配电网，可以有效限制短路电流、简化控制方式和继电保护措施的配置。目前，配电网多采用馈线自动重合闸方式、双电源切换方式、动态电压控制器方式、配备不间断电源方式和/或馈线自动化方式等来实现故障的快速自愈，以对配电网进行故障保护，但仍然无法避免短时停电的情况，因此，现有配电网供电的可靠性难以得到有效提高。
目前，配电网的自动化程度相对较低，控制配电网工作的手段较为简单，国内的配电网技术和设备与预期的情况依然有较大差距，短时停电情况时有发生，同时伴随着网损率高、后备能力差等问题，进一步降低了配电网的安全性。随着大规模DG(DistributedGeneration，分布式发电系统)的接入，系统容量增加的同时，也产生了电压和电流谐波，电压谐波以及电流谐波的存在，难以保证用户供电质量。
由于传统配电网结构下的供电可靠性难以得到有效提升，经常发生短时停电，因此，配电环网运行方式逐步受到重视。为了解决上述问题，并实现故障的无缝自愈，一般可采用导引线差动等保护措施，快速排除故障，由此可一定程度上提高了供电可靠性，但对于电源侧故障的切除与保护依然存在局限性。
配电网直接面向广大电力用户供电，位于电力系统末端。当前中压配电网的各种局限性，成为了配电网的发展瓶颈。对中压配电网，如果将FACTS(Flexible ACTransmission Technology，柔性交流输电技术)技术应用到配电网，则形成了DFACTS(Distribution FACTS，柔性配电技术)，该技术可以看作是FACTS在配电系统中“因地制宜”的拓展，性能更加优异，从而构建高度自动化而不乏灵活性的现代配电网。
随着电力电子器件的发展和性能的提升，为DFACTS的理想控制效果提供了硬件基础，在继电保护中实现良好的故障穿越，有效解决当今配电网存在的一系列问题。
对FACTS，一般可包括UPFC，其中，UPFC(Unified Power Flow Controller，统一潮流控制器)具有强大的潮流控制功能，适用于提高电力系统的输电能力和稳定性。为了控制配电网的潮流、稳定配电网的电压，则可以将UPFC应用于配电网，形成DUPFC，利用UPFC能够快速控制和调节所在线路的潮流的特性，实现配电网的柔性配电，使配电系统的灵活性有效提高，从而建设现代化智能配电网。但如何将UPFC从输电网延伸应用于中压配电网，同时构建完善的控制和保护措施，利用DUPFC提高中压配电网供电可靠性，是亟需解决的难点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有UPFC的配电环网故障保护方法，其能最大限度地实现不停电转移负荷，减少了停电带来的不利影响，提高中压配电网合环运行的可靠性与稳定性。
按照本发明提供的技术方案，一种具有UPFC的配电环网故障保护方法，所述配电环网故障保护方法包括：
对具有UPFC的配电环网，所述配电环网包括两条中压输电线路以及布设于所述两条中压输电线路之间的UPFC设备，其中，
所述UPFC设备装配在用于连接两条中压输电线路的联络线上，且两条中压输电线路间还通过至少一条备用联络线进行备用连接；
在所述联络线上设置用于调控联络线连接状态的联络线开关组件；
在备用联络线上设置用于调控所述备用联络线连接状态的备用联络线开关单元；
联络线开关组件、备用联络线开关单元均与协控系统电连接；
协控系统监测配电环网的运行状态，当监测配电环网发生故障时，协控系统对UPFC设备和/或中压输电线路进行故障保护，其中，配电环网发生的故障，至少包括UPFC设备故障和/或中压输电线路故障；
当配电环网存在UPFC设备故障时，协控系统将UPFC设备停运，并通过联络线开关组件配置UPFC设备退出运行，且通过备用联络线开关单元启用备用联络线，以通过备用联络线进行负荷转供；
当配电环网存在任一条中压输电线路故障时，协控系统控制立即旁路UPFC设备的串联侧，并基于中压输电线路故障的类型以及UPFC设备的运行状态，对UPFC设备执行故障保护，其中，
对UPFC设备执行配电系统故障保护时，至少配置UPFC设备重启、将UPFC设备切换至STATCOM运行状态或通过备用联络线开关单元启用备用联络线。
当配电环网存在中压输电线路故障且旁路UPFC设备的串联侧后，对UPFC设备执行故障保护时，包括：
当中压输电线路故障为可重启故障区域类型，且UPFC设备具备重启条件时，则协控系统配置UPFC设备重启；
当中压输电线路故障为不可重启故障区域类型，且UPFC设备的并联侧具备继续运行的能力和条件时，则协控系统配置UPFC设备切换至STATCOM运行状态；
当中压输电线路故障为不可重启故障区域类型，且UPFC设备的并联侧不具备继续运行的能力和条件时，则协控系统配置UPFC设备退出运行，并通过备用联络线开关单元启用备用联络线。
协控系统还与环网状态检测装置连接，以通过环网状态检测装置检测配电环网的合环运行状态，其中，
所述环网状态检测装置至少包括第一同步电压相量测量单元以及第二同步电压相量测量单元，其中，
通过第一同步电压相量测量单元获取一中压输电线路的输电线路电压信息，并将所获取的输电线路电压信息传输至协控系统；
通过第二同步电压相量测量单元获取另一中压输电线路的输电线路电压信息，并将所获取的输电线路电压信息传输至协控系统；
基于所接收的两个输电线路电压信息，协控系统确定输电线路间电压状态；
当输电线路间电压状态不满足UPFC设备合环运行条件时，则协控系统配置UPFC设备向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件；
输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件时，协控系统配置UPFC设备合环运行，并基于合环运行的UPFC设备进行潮流控制。
所述联络线开关组件包括第一隔离开关BK3、第二隔离开关BK4以及合环开关BK1，其中，
第一隔离开关BK3的第一端与一中压输电线路以及备用联络线的第一端适配连接，第一隔离开关BK3的第二端与UPFC设备内并联侧变压器T2的原边、UPFC设备内串联侧变压器T1原边线圈的一端适配连接；
第二隔离开关BK4的第一端与UPFC设备内串联侧变压器T1原边线圈的另一端连接；
第二隔离开关BK4的第二端与备用联络线的第二端以及合环开关BK1的第一端连接，合环开关BK1的第二端与另一中压输电线路适配连接；
在UPFC设备内，并联侧变压器T2的副边线圈通过设备内旁路断路器BK2与所述UPFC设备内的AC-AC换流器适配连接，
所述AC-AC换流器通过低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边线圈适配连接。
所述AC-AC换流器包括并联侧换流器VS1、串联侧换流器VS2以及直流侧电容C1，其中，
并联侧换流器VS1通过直流侧电容C1与串联侧换流器VS2适配连接；
并联侧换流器VS1与设备内旁路断路器BK2适配连接，串联侧换流器VS2通过低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边线圈适配连接；
在所述UPFC设备内，还包括用于获取并联侧换流VS1器功率的并联侧功率采集装置DT1以及用于获取串联侧换流器VS2功率的串联侧功率采集装置DT2，并联侧功率采集装置DT1、串联侧功率采集装置DT2与功率模块控制器连接；
功率模块控制器与协控系统连接。
所述环网状态检测装置还包括与并联侧变压器T2副边线圈适配连接的环网电压采集器CT，其中，
所述环网电压采集器CT与协控系统电连接，以将所采集的环网电压传输至协控系统。
所述UPFC设备故障包括AC-AC换流器故障，其中，
当存在UPFC设备故障且所述UPFC设备故障为AC-AC换流器故障，此时，协控系统配置UPFC设备停运的方法包括：
将低压晶闸管TBS导通闭合，并在低压晶闸管TBS导通闭合后，将合环开关BK1断开。
在配电环网内，协控配置UPFC设备合环运行前以及UPFC设备重启时，均需先将UPFC设备配置处于待运行状态，其中，
将UPFC设备配置处于待运行状态时，包括：
先将第一隔离开关BK3闭合，并在第一隔离开关BK3闭合后，将设备内旁路断路器BK2闭合；
设备内旁路断路器BK2闭合后，将第二隔离开关BK4闭合。
对处于待运行状态的UPFC设备，重启以及合环运行时，包括：
断开备用联络线开关单元，
协控系统确定AC-AC换流器的补偿电压信息，并启动AC-AC换流器；
AC-AC换流器启动工作后，协控系统控制低压晶闸管TBS闭合，并断开低压旁路开关LVB；
当确定低压旁路开关LVB断开后，将低压晶闸管TBS断开，以利用AC-AC换流器逆变输出；
采样两条中压输电线路的输电线路电压信息，并对所述两条中压输电线路的输电线路电压信息进行比较，以对UPFC设备合环运行条件进行判断，其中，
当输电线路间电压状态不满足UPFC设备合环运行条件时，则协控系统配置AC-AC换流器向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件；
输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件时，协控系统将合环开关BK1闭合，以配置UPFC设备合环运行，并基于合环运行的UPFC设备进行潮流控制。
协控系统监测配电环网的运行状态时，识别中压输电线路故障的方法包括差流保护方法以及后备过流方法，其中，
基于差流保护方法识别配电环网的中压输电线路故障时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态、差动保护投入使能以及差动电流ΔIt大于差动保护阈值，其中，差动电流ΔIt＝ΔIt1-ΔIt2，ΔIt1为配电环网内两条中压输电线路当前的差流值，ΔIt2为配电环网内两条中压输电线路两个周波前的差流值；
基于后备过流方法识别配电环网的中压输电线路故障时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态、后备过流保护投入使能以及最大相电流Imax大于相电流阈值。
本发明的优点：在中压配电系统经联络线合环运行时，投运UPFC设备实现配电环网的潮流控制和接入点的母线电压控制，提升了电能质量，有利于实现配电网的柔性运行，相比于新建配电线路，更加具有工程经济性。
在配电环网正常运行时，DPMU始终跟踪检测两侧中压输电线路的电压差，并通过UPFC设备的串联侧变压器T1向配电环网中注入补偿电压矢量，从而改变两侧中压输电线路的电源电压幅值相位差，从而改变线路中流动的有功和无功功率，实现潮流控制。在此基础上，进行合环操作时，两侧两侧中压输电线路的变电站的功率按照阻抗匹配原理自然分配，不会因环流造成合环失败，同样解除合环运行时，协控系统将实现负荷自动转供，不会因解除合环运行而引起部分负荷失电。
在中压输电线路合环运行故障或UPFC设备自身故障时，可以快速切除故障，保护UPFC设备本体和中压输电线路，并且通过备用的联络线实现负荷转供，最大限度地减少短路故障带来的不利影响。
附图说明
图1为本发明配电环网的一种实施例工作流程图。
图2为本发明配电环网的一种实施例系统框图。
图3为图2中配电环网的一种实施例等效原理图。
图4为本发明通过UPFC设备的潮流控制实现有功功率调控的一种实施例仿真示意图。
图5为本发明通过UPFC设备的潮流控制实现无功功率调控的一种实施例仿真示意图。
图6为本发明台区2发生三相接地短路故障时第一中压输电等效线路母线电压的一种实施例仿真示意图。
图7为本发明台区2发生三相接地短路故障时第二中压输电等效线路母线电压的一种实施例仿真示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了能最大限度地实现不停电转移负荷，减少停电带来的不利影响，提高中压配电网合环运行的可靠性与稳定性，对具有UPFC的配电环网故障保护方法，本发明的一种实施例中，所述配电环网故障保护方法包括：
对具有UPFC的配电环网，所述配电环网包括两条中压输电线路以及布设于所述两条中压输电线路之间的UPFC设备，其中，
所述UPFC设备装配在用于连接两条中压输电线路的联络线上，且两条中压输电线路间还通过至少一条备用联络线进行备用连接；
在所述联络线上设置用于调控联络线连接状态的联络线开关组件；
在备用联络线上设置用于调控所述备用联络线连接状态的备用联络线开关单元；
联络线开关组件、备用联络线开关单元均与协控系统电连接；
协控系统监测配电环网的运行状态，当监测配电环网发生故障时，协控系统对UPFC设备和/或中压输电线路进行故障保护，其中，配电环网发生的故障，至少包括UPFC设备故障和/或中压输电线路故障；
当配电环网存在UPFC设备故障时，协控系统将UPFC设备停运，并通过联络线开关组件配置UPFC设备退出运行，且通过备用联络线开关单元启用备用联络线，以通过备用联络线进行负荷转供；
当配电环网存在任一条中压输电线路故障时，协控系统控制立即旁路UPFC设备的串联侧，并基于中压输电线路故障的类型以及UPFC设备的运行状态，对UPFC设备执行故障保护，其中，
对UPFC设备执行配电系统故障保护时，至少配置UPFC设备重启、将UPFC设备切换至STATCOM运行状态或通过备用联络线开关单元启用备用联络线。
图2中示出了具有UPFC的配电环网的一种实施例，图中，配电环网包括两条中压输电线路以及一个布设于两条中压输电线路之间的UPFC设备，其中，每条中压输电线路均具有110KV电源，110KV电源通过变压器可转换得到20KV电压，并利用转换得到的20KV电压向台区的负荷供电，中压输电线路的情况可与现有相一致。此外，布设于两条中压输电线路之间的UPFC设备可采用现有常用的形式，利用UPFC设备可实现对两条中压输电线路实施潮流控制，实现潮流控制的方法以及作用可均与现有相一致。
对图2中示出的配电环网，还包括架设在两条中压输电线路之间的联络线以及至少一条备用联络线，其中，联络线与备用联络线呈并联状态，UPFC设备装配在联络线上，在联络线上设置联络线开关组件，利用联络线开关组件可用于调控联络线的连接状态，其中，调控联络线的连接状态，具体是指调控联络线、以及联络线上的UPFC设备与两条中压输电线路之间的连接状态。
此外，在备用联络线上设置备用联络线开关单元，利用备用联络线开关单元可调控备用联络线的连接状态，其中，调控备用联络线的连接状态，即调控备用联络线与两条中压输电线路之间的连接状态，一般地，当备用联络线与两条中压输电线路连接时，则联络线被旁路屏蔽，此时，UPFC设备无法工作。
联络线开关组件、备用联络线开关单元均与协控系统电连接，也即协控系统可配置联络线开关组件、备用联络线开关单元的开关状态，具体地，协控系统可采用现有常用的形式，协控系统用于协调两条中压输电线路和/或UPFC设备的工作，以能实现最大限度地实现不停电转移负荷，减少了停电带来的不利影响，提高中压配电网合环运行的可靠性与稳定性。
图2中，协控系统还可以与液晶屏、前置、DTU设备适配连接，如协控系统与液晶屏间可采用Modbus_TCP/RTU连接，协控系统与前置可采用光纤/无线连接，协控系统与DTU设备间可采用GOOSE通信/硬接点连接，具体连接方式以及连接的供电配合形式均可与现有相一致。图2中，前置还与配电自动化主站连接，前置、DTU设备以及配电自动化主站在配电网中的作用均与现有相一致。
为了确保配电环网工作的稳定性与可靠性，协控系统需监测配电环网的运行状态，一般地，监测配电环网的运行状态包括监测配电环网是否发生故障。由上述说明可知，配电环网发生故障时，至少包括UPFC设备故障和/或中压输电线路故障；当配电环网发生故障后，协控系统需要对UPFC设备和/或中压输电线路进行故障保护。可以理解的是，协控系统实施故障保护的位置与配电环网发生故障的位置相关，以在故障保护后，可提高供电的可靠性。
图1中示出了当配电环网发生UPFC设备故障和/或中压输电线路故障时，协控系统进行故障保护的方法，图1中，当配电环网发生的故障为UPFC设备故障时，协控系统立即将UPFC设备退出运行，也即将UPFC设备停运，由于UPFC设备装配在联络线上，为了能转供负荷，需要过备用联络线开关单元启用备用联络线，以通过备用联络线进行负荷转供，其中，启用备用联络线时，具体是指配置备用联络线与两条中压输电线路连接，此时，将联络线以及UPFC设备旁路，由此可知，可最大限度地实现不停电转移负荷，减少了停电带来的不利影响。
本发明的一种实施例中，协控系统还与环网状态检测装置连接，以通过环网状态检测装置检测配电环网的合环运行状态，其中，
所述环网状态检测装置至少包括第一同步电压相量测量单元以及第二同步电压相量测量单元，其中，
通过第一同步电压相量测量单元获取一中压输电线路的输电线路电压信息，并将所获取的输电线路电压信息传输至协控系统；
通过第二同步电压相量测量单元获取另一中压输电线路的输电线路电压信息，并将所获取的输电线路电压信息传输至协控系统；
基于所接收的两个输电线路电压信息，协控系统确定输电线路间电压状态；
当输电线路间电压状态不满足UPFC设备合环运行条件时，则协控系统配置UPFC设备向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件；
输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件时，协控系统配置UPFC设备合环运行，并基于合环运行的UPFC设备进行潮流控制。
由上述说明和图1可知，可利用UPFC设备进行潮流控制，进行潮流控制时，一般还需要设置环网状态检测装置，环网状态检测装置至少包括第一同步相电压测量单元以及第二同步相电压测量电源，图2中，DMPU1可为第一同步相电压测量单元，此时，DPMU2作为第二同步相电压测量单元。利用第一同步相电压测量单元、第二同步相电压测量电压可分别测量所对应中压输电线路的输电线路电压信息，如第一同步相电压测量单元为DMPU1时，则利用第一同步相电压测量单元可测量图2中左侧中压输电线路的输电线路电压信息，此时，利用第二同步相电压测量单元可测量图2中右侧中压输电线路的输电线路电压信息。
基于DPMU的特性可知，所测量的输电线路电压信息包括电压幅值以及电压相位，将所测量的输电线路电压信息均传输至协控系统，协控系统配置UPOFC设备进行潮流控制时，一般需要先确定是否满足UPFC设备合环运行条件，UPFC设备合环运行条件可与现有相一致。一般地，UPFC设备合环运行条件，主要包括两条中压输电线路的电压状态是否满足合环要求，电压状态包括电压幅值以及电压相位。
对收到的两个输电线路电压信息，协控系统确定两个中压输电线路是否满足UPFC设备合环运行条件，具体地，当不满足UPFC设备合环运行条件时，可配置UPFC设备向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件。当满足UPFC设备合环运行条件时，则配置UPFC设备合环运行，此后，可利用合环运行的UPFC设备进行潮流控制。具体实施时，UPFC设备向配电环网内注入补偿电压矢量的方式，以及补偿电压矢量的大小，均可采用现有常用的技术手段确定，具体以能满足利用UPFC设备进行合环运行，并达到潮流控制的需求为准。
本发明的一种实施例中，所述联络线开关组件包括第一隔离开关BK3、第二隔离开关BK4以及合环开关BK1，其中，
第一隔离开关BK3的第一端与一中压输电线路以及备用联络线的第一端适配连接，第一隔离开关BK3的第二端与UPFC设备内并联侧变压器T2的原边、UPFC设备内串联侧变压器T1原边线圈的一端适配连接；
第二隔离开关BK4的第一端与UPFC设备内串联侧变压器T1原边线圈的另一端连接；
第二隔离开关BK4的第二端与备用联络线的第二端以及合环开关BK1的第一端连接，合环开关BK1的第二端与另一中压输电线路适配连接；
在UPFC设备内，并联侧变压器T2的副边线圈通过设备内旁路断路器BK2与所述UPFC设备内的AC-AC换流器适配连接，
所述AC-AC换流器通过低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边线圈适配连接。
图2中示出了联络线开关组件的一种实施例，图中，联络线开关组件包括第一隔离开关BK3、第二隔离开关BK4以及合环开关BK1，第一隔离开关BK3、第二隔离开关BK4以及合环开关BK1可采用现有常用的开关形式，如可采用高压断路器或其他隔离开关的形式，所选用的开关形式可根据需要选择，以能满足对联络线的连接状态控制以及与UPFC设备的工作需求为准。
对图2中的实施例，将图中左侧的中压输电线路称之为第一中压输电线路，则图中右侧的中压输电线路形成第二中压输电线路。第一隔离开关BK3的第一端与第一中压输电线路适配连接，并与备用联络线的第一端连接，图中，DPMU1与第一中压输电线路以及第一隔离开关BK3的第一端适配连接；第一隔离开关BK3的第二端与UPFC设备内的并联侧变压器T2的原边、串联侧变压器T1的原先线圈的一端连接，一般地，串联侧变压器1、并联侧变压器T2均可采用现有常用的三相变压器形式。
进一步地，串联侧变压器T1原边线圈的另一端与第二隔离开关BK4的第一端连接，第二隔离开关BK4的第二端与备用联络线的第二端以及合环开关BK1的第一端连接，DPMU1装配于合环开关BK1的第二端与第二中压输电线路之间。
对于UPFC设备，除上述的串联侧变压器T1以及并联侧变压器T2外，图中还示出了在UPFC设备内包括AC-AC换流器、设备内旁路断路器BK2以及低压晶闸管TBS。
图2中示出了AC-AC换流器的一种实施例中，图中，所述AC-AC换流器包括并联侧换流器VS1、串联侧换流器VS2以及直流侧电容C1，其中，
并联侧换流器VS1通过直流侧电容C1与串联侧换流器VS2适配连接；
并联侧换流器VS1与设备内旁路断路器BK2适配连接，串联侧换流器VS2通过低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边线圈适配连接；
在所述UPFC设备内，还包括用于获取并联侧换流VS1器功率的并联侧功率采集装置DT1以及用于获取串联侧换流器VS2功率的串联侧功率采集装置DT2，并联侧功率采集装置DT1、串联侧功率采集装置DT2与功率模块控制器连接；
功率模块控制器与协控系统连接。
具体地，并联侧换流器VS1、串联侧换流器VS2可采用现有常用的形式，图2中，基于串联侧换流器VS2、低压晶闸管TBS以及串联侧变压器T1形成UPFC设备的串联侧；同时，基于并联侧换流器V1、设备内旁路断路器BK2以及并联侧变压器T2即可形成UPFC设备的并联侧。
并联侧功率采集装置DT1、串联侧功率采集装置DT2分别用于采集并联侧的电压、电流、串联侧的电压、电流，根据所采集的电压与电流，即功率模块控制器可计算得到并联侧功率以及串联侧功率。根据所计算得到的并联侧功率、串联侧功率，功率模块控制器可对AC-AC换流器的工作状态监控，以在监控后，可确定UPFC设备内是否出现AC-AC换流器的故障，也即UPFC设备的故障包括AC-AC换流器故障。具体实施时，根据计算得到的并联侧功率、串联侧功率判定AC-AC换流器的故障状态的方式以及过程可与现有相一致，具体判定方式此处不再举例说明。
本发明的一种实施例中，当存在UPFC设备故障且所述UPFC设备故障为AC-AC换流器故障，此时，协控系统配置UPFC设备停运的方法包括：
将低压晶闸管TBS导通闭合，并在低压晶闸管TBS导通闭合后，将合环开关BK1断开。
具体地，在UPFC设备内，低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边之间还设置有低压旁路开关LVB，其中，低压旁路开关LVB在图2中未示出，也即未示出低压旁路开关LVB与低压晶闸管与串联侧变压器T1副边线圈之间的连接状态。
UPFC设备正常运行时，低压晶闸管TBS处于断开状态，UPFC设备发生故障时，低压晶闸管TBS导通，将串联变压器T1旁路。为了保证低压晶闸管TBS的设备安全，低压旁路开关LVB或备用联络线开关BK5合闸后，应封锁低压晶闸管TBS的触发脉冲，以将低压晶闸管TBS关断。低压旁路开关LVB提供的冗余度，与低压晶闸管TBS共同配合，保证UPFC设备的串联侧能够安全地与中压输电线路的隔离。
上述说明书中，UPFC设备发生的故障为AC-AC换流器故障时，协控系统首先控制低压晶闸管TBS导通闭合，在确定低压晶闸管TBS导通闭合后，将合环开关BK1断开，当合环开关BK1断开后，本技术领域人员可知，此时，UPFC设备退出合环运行状态，也即实现将UPFC设备停运。
此外，所述环网状态检测装置还包括与并联侧变压器T2副边线圈适配连接的环网电压采集器CT，其中，
所述环网电压采集器CT与协控系统电连接，以将所采集的环网电压传输至协控系统。图2中，BK5即为设置在备用联络线上的备用联络线开关单元，备用联络线开关单元可采用高压旁路断路器。通过环网电压采集器CT可采集环网电压，基于环网电压采集器CT所采集的环网电压状态，可判断环网母线是否有电压。
具体实施时，当合环开关BK1断开后，协控系统控制备用联络线开关BK5闭合，当检测到备用联络线开关BK5已闭合，闭合低压旁路开关LVB，此时，可接触UPFC设备的环路运行状态。
由于UPFC设备的串联侧变压器串联在联络线中，当配电环网存在任一条中压输电线路故障时，故障电流必然会经过UPFC设备的串联侧变压器，也即中压输电线路的故障会影响到UPFC设备的AC-AC换流器，危及到UPFC设备的安全，此时，由图1可知，协控系统控制立即旁路UPFC设备的串联侧，实现对UPFC设备内串联侧换流器VS2保护，并且将UPFC设备的串联侧与中压输电线路隔离；此外，还需基于中压输电线路故障的类型以及UPFC设备的运行状态，对UFPC设备执行故障保护，下面对UPFC执行故障保护的方式进行具体说明。
本发明的一种实施例中，当配电环网存在中压输电线路故障且旁路UPFC设备的串联侧后，对UPFC设备执行故障保护时，包括：
当中压输电线路故障为可重启故障区域类型，且UPFC设备具备重启条件时，则协控系统配置UPFC设备重启；
当中压输电线路故障为不可重启故障区域类型，且UPFC设备的并联侧具备继续运行的能力和条件时，则协控系统配置UPFC设备切换至STATCOM运行状态；
当中压输电线路故障为不可重启故障区域类型，且UPFC设备的并联侧不具备继续运行的能力和条件时，则协控系统配置UPFC设备退出运行，并通过备用联络线开关单元启用备用联络线。
可以理解的是，中压输电线路故障一般可为可重启故障或不可重启故障，当为重启故障时，则可通过重启恢复中压输电线路的工作状态，当为不可重启故障时，则无法案通过重启恢复中压输电线路的正常工作，可重启故障、不可重启故障的状态可与现有相一致。
具体地，可重启故障，一般也称为瞬时性故障，不可重启故障，一般也称为永久性故障。瞬时性故障是一种仅短暂影响电气设备的电气性能，且可在短时间内自行恢复的故障，这类故障由继电保护动作断开电源后，故障点的电弧能够自行熄灭、绝缘强度重新恢复，此时，若重合闸装置动作或人为重新合上线路断路器，就能恢复正常供电。永久性故障是一种影响设备运行，不采取措施就不能恢复设备正常运行的故障。这类故障重合闸置动作会再次跳开断路器，人为重新合上线路断路器一般不成功。
UPFC设备具备重启条件，具体是指UPFC设备未发生故障，也即UPFC设备当前处于正常工作状态；当中压输电线路为可重启故障区域类型，则当中压输电线路从故障中恢复后，则协控系统需要配置UPFC设备重启，以便进行UPFC设备进行潮流控制。协控系统可采用本技术领域常用的技术手段判断UPFC设备的状态，下面会对判断UPFC设备工作状态的方式进行举例说明。
由上述说明可知，当UPFC设备不具备继续运行的能力和条件，即是UPFC设备处于故障状态，且UPFC设备的并联侧、串联侧均无法工作，此时，协控系统需要配置UPFC设备退出，并启用备用联络线，启用备用联络线的情况可参考上述说明。此外，配置UPFC设备切换至STATCOM运行状态，具体是指配置UPFC设备的并联侧工作，此时，第一隔离开关BK3、设备内旁路断路器BK2均处于闭合状态，并联侧变压器T2以及并联侧换流器VS1处于工作状态。
本发明的一种实施例中，协控系统监测配电环网的运行状态时，识别中压输电线路故障的方法包括差流保护方法以及后备过流方法，其中，
基于差流保护方法识别配电环网的中压输电线路故障时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态、差动保护投入使能以及差动电流ΔIt大于差动保护阈值，其中，差动电流ΔIt＝ΔIt1-ΔIt2，ΔIt1为配电环网内两条中压输电线路当前的差流值，ΔIt2为配电环网内两条中压输电线路两个周波前的差流值；
基于后备过流方法识别配电环网的中压输电线路故障时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态、后备过流保护投入使能以及最大相电流Imax大于相电流阈值。
具体地，识别或监控中压输电线路时，可采用差流保护方法或后备过流方法，当然，还可以采用其他方式识别中压输电线路是否存在故障。当采用差流保护方法时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态，同时，在协控系统内差动保护投入使能，且差动电流ΔIt大于差动保护阈值，也即必须满足识别条件时，才能确认中压输电线路存在故障。具体地，UPFC设备处于启用工作状态，也即通过联络线开关组件将UPFC设备接入两侧的中压输电线路；差动保护投入使能，具体是指在协控系统内，配置/启用了差流保护方法，投入使能的方法以及过程可与现有相一致。配电环网内两条中压输电线路当前的差流值ΔIt1，可采用现有常用的技术手段测量得到；同理，可采用现有常用的技术手段测量获取两个周波前的差流值ΔIt2。
与差流保护方法类似，采用后备过流方法时，也存在识别条件，其中，UPFC设备处于启用工作状态、后备过流保护投入使能的具体情况，可参考上述差流保护方法的说明。但与差流保护方法不同的是，后备过流方法中，需要识别最大相电流Imax与相电流阈值之间的关系，当最大相电流Imax大于相电流阈值时，则会触发后备过流，也即识别中压输电线路存在后备过流的故障。具体地，相电流阈值的大小，可按三段式电流保护当中的躲过本段线路末端最大短路电流的工况设置，相电流阈值的大小还可以根据其他情况设置，以能满足后备过流保护的需求为准，此处不再一一举例说明。
实施差流保护方法时，包括：计算DPMU1、DPMU2之间的差电流。在UPFC设备投入模式，此时，备用联络线开关单元断开、第一隔离开关BK3、第二隔离开关BK4以及合环开关BK1均闭合，正常运行时，DPMU1测点电流和DPMU2测点电流存在相角差，此相角差为UPFC设备调节产生，随着两条中压输电线路的电源和负荷情况变化，相角差在非短路故障时不会发生突变。可基于相角差会计算差电流。
若保护范围内发生短路，则两条中压输电线路的电流均流向短路点，两侧电流相角差接近180度。且短路电流比正常运行电流显著增大，会产生较大的差电流。针对正常运行和区内短路情况下保护装置计算差电流的差异，可实施差动保护。具体实施时，差动保护阈值，可设置为最大负荷电流的2倍以上，这样在正常运行时，无论两条中压输电线路两侧相角差是多少，都不会引起保护误动。
由上述说明可知，后备过流保护时，主要所依据的电流不同。在正常运行时，后备过流保护作为后备保护，在区外发生未及时切除的故障，或差流保护方法异常情况下再启用，具有一定延时动作性。
本发明的一种实施例中，在配电环网内，协控配置UPFC设备合环运行前以及UPFC设备重启时，均需先将UPFC设备配置处于待运行状态，其中，
将UPFC设备配置处于待运行状态时，包括：
先将第一隔离开关BK3闭合，并在第一隔离开关BK3闭合后，将设备内旁路断路器BK2闭合；
设备内旁路断路器BK2闭合后，将第二隔离开关BK4闭合。
由图1可知，UPFC设备进入合环运行状态前，一般需要先配置UPFC设备处于待运行状态，具体地，待运行状态时，需要通过配置备用联络线开关单元、备用联络线开关组件的工作状态实现。
本发明的一种实施例中，对处于待运行状态的UPFC设备，重启以及合环运行时，包括：
断开备用联络线开关单元，
协控系统确定AC-AC换流器的补偿电压信息，并启动AC-AC换流器；
AC-AC换流器启动工作后，协控系统控制低压晶闸管TBS闭合，并断开低压旁路开关LVB；
当确定低压旁路开关LVB断开后，将低压晶闸管TBS断开，以利用AC-AC换流器逆变输出；
采样两条中压输电线路的输电线路电压信息，并对所述两条中压输电线路的输电线路电压信息进行比较，以对UPFC设备合环运行条件进行判断，其中，
当输电线路间电压状态不满足UPFC设备合环运行条件时，则协控系统配置AC-AC换流器向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件；
输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件时，协控系统将合环开关BK1闭合，以配置UPFC设备合环运行，并基于合环运行的UPFC设备进行潮流控制。
具体地，合环前UPFC处于待运行状态，此时，备用联络线开关BK5处于闭合状态，也即备用联络线被启用。当断开备用联络线开关单元时，即是将备用联络线开关BK5打开。
由上述说明可知，基于DMPU1、DPMU2可确定两条中压输电线路的输电线路电压信息，基于两个输电线路电压信息可确定AC-AC换流器的补偿电压信息，其中，AC-AC换流器的补偿电压信息，即为上述提到的补偿电压矢量，具体确定补偿电压矢量的方式以及过程可均与现有相一致。此后，启动AC-AC换流器。
启动AC-AC换流器后，协控系统需先控制低压晶闸管TBS闭合，并断开低压旁路开关LVB；当确定低压旁路开关LVB断开后，将低压晶闸管TBS断开，以利用AC-AC换流器逆变输出。此后，协控系统进行UPFC设备的重启以及合环运行的判断过程，具体判断方式以及过程可参考上述说明，此处不再赘述。
针对图2示出的配电环网，图3中示出了对应的仿真示意图，图3中，UPFC模块与图2中的UPFC设备对应，CB3与上述的第一隔离开关BK3对应，CB4与上述的第二隔离开关BK4对应，CB7对应上述的备用联络线开关单元。为了便于仿真，对图2中的两条中压输电线路也进行了等效，图3中左侧等效于第一中压输电线路，也即形成第一中压输电等效线路，此时，右侧即形成第二中压输电等效线路。
第一中压输电等效线路中，包括110KV电源1、变压器1、开关CB1以及开关CB6；第二中压输电等效线路中，包括110KV电源2、变压器2、开关CB2以及开关CB5，其中，第一中压输电等效线路为台区1供电，第二中压输电等效线路为台区2供电。在仿真时，台区2发生故障时，联络线路有功功率的变化情况如图4所示，联络线路无功功率的变化情况如图5所示，台区2发生三相接地短路故障时第一中压输电等效线路母线电压的变化情况如图6所示，区2发生三相接地短路故障时第二中压输电等效线路的母线电压的变化情况如图7所示。在台区2发生最严重的三相接地短路故障时，仿真时开关的状态如图3所示。图3中，开关CB5和开关CB6对应联络线上的合环开关的作用。
以图3所示50Hz的电力系统中，在1.5s后的1个周波，即1.52s时，台区2负荷前端出现了三相短路故障；4个周波即1.58s时，UPFC模块的低压晶闸管TBS将UPFC设备的串联侧旁路，以保护UPFC设备，具体地，周波即为工频周期，本发明中的周波均表示相同的含义，均可参考此处说明。
仿真的初始状态下，开关CB1、开关CB2、开关CB3、开关CB4、开关CB5和开关CB6的初始状态均为闭合，开关CB7的初始状态为断开。通过对仿真的参数设置，可有：1.6s时，模拟继电保护设备发生故障之后的4个周波的故障检测和开断时间，开关CB2和开关CB5断开，以保护第二中压输电等效线路；开关CB3和开关CB4断开，以退出UPFC设备，并且将配电网流经UPFC设备的供电线路解环。此后，开关CB1和开关CB6不动作，开关CB7闭合，故障切除后可以保证台区1的负荷正常供电，并且通过开关CB7所在的UPFC设备的旁路联络线上实现台区2的负荷转供。
在第二中压输电等效线路发生三相接地短路故障后，UPFC设备被旁路，如图4、图5所示，前1.5s的时间内UPFC设备正常运行，UPFC设备发挥线路潮流控制和电压稳定的功能。1.52s时，第二中压输电等效线路末端、台区2负荷前端发生三相接地短路故障，联络线上的有功功率激增，流向接地短路点。1.58s时UPFC设备的串联高压旁路断路器将其旁路，UPFC设备退出运行，因此，UPFC设备的潮流控制目标Pref、Qref均为0。1.6s时，两条线路的断路器断开，1个周波内，即在1.62s时联络线上的潮流减小为0，完全隔离故障。
如图6、图7所示，第一中压输电等效线路、第二中压输电等效线路末端母线电压在故障期间，由于是接地短路故障，并且合环运行，因此，电压下降至几乎为0，第二中压输电等效线路发生故障，第一中压输电等效线路未发生故障，通过断路器的动作快速切除故障后，第二中压输电等效线路切断110KV电源2的供电，等待检修；第一中压输电等效线路的末端负荷电压恢复至正常水平附近，台区2负荷转供给110KV电源1，两个台区的负荷得以正常工作。且正常工作后，母线1电压波动小于20kV电压等级允许的电压偏移，满足供电质量要求。
由上述说明可知，在中压配电系统经联络线合环运行时，投运UPFC设备实现配电环网的潮流控制和接入点的母线电压控制，提升了电能质量，有利于实现配电网的柔性运行，相比于新建配电线路，更加具有工程经济性。
在配电环网正常运行时，DPMU始终跟踪检测两侧中压输电线路的电压差，并通过UPFC设备的串联侧变压器T1向配电环网中注入补偿电压矢量，从而改变两侧中压输电线路的电源电压幅值相位差，从而改变线路中流动的有功和无功功率，实现潮流控制。在此基础上，进行合环操作时，两侧中压输电线路的变电站的功率按照阻抗匹配原理自然分配，不会因环流造成合环失败，同样解除合环运行时，协控系统将实现负荷自动转供，不会因解除合环运行而引起部分负荷失电。
在中压输电线路合环运行故障或UPFC设备自身故障时，可以快速切除故障，保护UPFC设备本体和中压输电线路，并且通过备用的联络线实现负荷转供，最大限度地减少短路故障带来的不利影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是，所述配电环网故障保护方法包括：
对具有UPFC的配电环网，所述配电环网包括两条中压输电线路以及布设于所述两条中压输电线路之间的UPFC设备，其中，
所述UPFC设备装配在用于连接两条中压输电线路的联络线上，且两条中压输电线路间还通过至少一条备用联络线进行备用连接；
在所述联络线上设置用于调控联络线连接状态的联络线开关组件；
在备用联络线上设置用于调控所述备用联络线连接状态的备用联络线开关单元；
联络线开关组件、备用联络线开关单元均与协控系统电连接；
协控系统监测配电环网的运行状态，当监测配电环网发生故障时，协控系统对UPFC设备和/或中压输电线路进行故障保护，其中，配电环网发生的故障，至少包括UPFC设备故障和/或中压输电线路故障；
当配电环网存在UPFC设备故障时，协控系统将UPFC设备停运，并通过联络线开关组件配置UPFC设备退出运行，且通过备用联络线开关单元启用备用联络线，以通过备用联络线进行负荷转供；
当配电环网存在任一条中压输电线路故障时，协控系统控制立即旁路UPFC设备的串联侧，并基于中压输电线路故障的类型以及UPFC设备的运行状态，对UPFC设备执行故障保护，其中，
对UPFC设备执行配电系统故障保护时，至少配置UPFC设备重启、将UPFC设备切换至STATCOM运行状态或通过备用联络线开关单元启用备用联络线。
2.根据权利要求1所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是，当配电环网存在中压输电线路故障且旁路UPFC设备的串联侧后，对UPFC设备执行故障保护时，包括：
当中压输电线路故障为可重启故障区域类型，且UPFC设备具备重启条件时，则协控系统配置UPFC设备重启；
当中压输电线路故障为不可重启故障区域类型，且UPFC设备的并联侧具备继续运行的能力和条件时，则协控系统配置UPFC设备切换至STATCOM运行状态；
当中压输电线路故障为不可重启故障区域类型，且UPFC设备的并联侧不具备继续运行的能力和条件时，则协控系统配置UPFC设备退出运行，并通过备用联络线开关单元启用备用联络线。
3.根据权利要求1所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是，协控系统还与环网状态检测装置连接，以通过环网状态检测装置检测配电环网的合环运行状态，其中，
所述环网状态检测装置至少包括第一同步电压相量测量单元以及第二同步电压相量测量单元，其中，
通过第一同步电压相量测量单元获取一中压输电线路的输电线路电压信息，并将所获取的输电线路电压信息传输至协控系统；
通过第二同步电压相量测量单元获取另一中压输电线路的输电线路电压信息，并将所获取的输电线路电压信息传输至协控系统；
基于所接收的两个输电线路电压信息，协控系统确定输电线路间电压状态；
当输电线路间电压状态不满足UPFC设备合环运行条件时，则协控系统配置UPFC设备向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件；
输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件时，协控系统配置UPFC设备合环运行，并基于合环运行的UPFC设备进行潮流控制。
4.根据权利要求3所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是：所述联络线开关组件包括第一隔离开关BK3、第二隔离开关BK4以及合环开关BK1，其中，
第一隔离开关BK3的第一端与一中压输电线路以及备用联络线的第一端适配连接，第一隔离开关BK3的第二端与UPFC设备内并联侧变压器T2的原边、UPFC设备内串联侧变压器T1原边线圈的一端适配连接；
第二隔离开关BK4的第一端与UPFC设备内串联侧变压器T1原边线圈的另一端连接；
第二隔离开关BK4的第二端与备用联络线的第二端以及合环开关BK1的第一端连接，合环开关BK1的第二端与另一中压输电线路适配连接；
在UPFC设备内，并联侧变压器T2的副边线圈通过设备内旁路断路器BK2与所述UPFC设备内的AC-AC换流器适配连接，
所述AC-AC换流器通过低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边线圈适配连接。
5.根据权利要求4所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是：所述AC-AC换流器包括并联侧换流器VS1、串联侧换流器VS2以及直流侧电容C1，其中，
并联侧换流器VS1通过直流侧电容C1与串联侧换流器VS2适配连接；
并联侧换流器VS1与设备内旁路断路器BK2适配连接，串联侧换流器VS2通过低压晶闸管TBS与串联侧变压器T1的副边线圈适配连接；
在所述UPFC设备内，还包括用于获取并联侧换流VS1器功率的并联侧功率采集装置DT1以及用于获取串联侧换流器VS2功率的串联侧功率采集装置DT2，并联侧功率采集装置DT1、串联侧功率采集装置DT2与功率模块控制器连接；
功率模块控制器与协控系统连接。
6.根据权利要求4所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是：所述环网状态检测装置还包括与并联侧变压器T2副边线圈适配连接的环网电压采集器CT，其中，
所述环网电压采集器CT与协控系统电连接，以将所采集的环网电压传输至协控系统。
7.根据权利要求4所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是：所述UPFC设备故障包括AC-AC换流器故障，其中，
当存在UPFC设备故障且所述UPFC设备故障为AC-AC换流器故障，此时，协控系统配置UPFC设备停运的方法包括：
将低压晶闸管TBS导通闭合，并在低压晶闸管TBS导通闭合后，将合环开关BK1断开。
8.根据权利要求4所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是：在配电环网内，协控配置UPFC设备合环运行前以及UPFC设备重启时，均需先将UPFC设备配置处于待运行状态，其中，
将UPFC设备配置处于待运行状态时，包括：
先将第一隔离开关BK3闭合，并在第一隔离开关BK3闭合后，将设备内旁路断路器BK2闭合；
设备内旁路断路器BK2闭合后，将第二隔离开关BK4闭合。
9.根据权利要求8所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是，对处于待运行状态的UPFC设备，重启以及合环运行时，包括：
断开备用联络线开关单元，
协控系统确定AC-AC换流器的补偿电压信息，并启动AC-AC换流器；
AC-AC换流器启动工作后，协控系统控制低压晶闸管TBS闭合，并断开低压旁路开关LVB；
当确定低压旁路开关LVB断开后，将低压晶闸管TBS断开，以利用AC-AC换流器逆变输出；
采样两条中压输电线路的输电线路电压信息，并对所述两条中压输电线路的输电线路电压信息进行比较，以对UPFC设备合环运行条件进行判断，其中，
当输电线路间电压状态不满足UPFC设备合环运行条件时，则协控系统配置AC-AC换流器向配电环网注入补偿电压矢量，以基于注入的补偿电压矢量，直至使得输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件；
输电线路间电压状态满足UPFC设备合环运行条件时，协控系统将合环开关BK1闭合，以配置UPFC设备合环运行，并基于合环运行的UPFC设备进行潮流控制。
10.根据权利要求1至9任一项所述的具有UPFC的配电环网故障保护方法，其特征是：协控系统监测配电环网的运行状态时，识别中压输电线路故障的方法包括差流保护方法以及后备过流方法，其中，
基于差流保护方法识别配电环网的中压输电线路故障时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态、差动保护投入使能以及差动电流ΔIt大于差动保护阈值，其中，差动电流ΔIt＝ΔIt1-ΔIt2，ΔIt1为配电环网内两条中压输电线路当前的差流值，ΔIt2为配电环网内两条中压输电线路两个周波前的差流值；
基于后备过流方法识别配电环网的中压输电线路故障时，识别条件包括UPFC设备处于启用工作状态、后备过流保护投入使能以及最大相电流Imax大于相电流阈值。
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