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基于耗散 电阻的实现UPFC故障渡越的新方法

阅读：947发布：2024-02-24

专利汇可以提供基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，该方法主要通过在UPFC内部两侧MMC换流器之间的直流线路中间并联Tdc和耗散电阻Rsh，实现本体外部故障时，通过耗散吸收来自线路的不平衡功率，降低并联侧MMC的桥臂电流及直流线路极间电压，从而实现故障后不闭锁并联侧MMC及稳定直流线路正负极间电压的目的，此时UPFC转入STATCOM模式，输出无功功率维持并联变压器接入点的母线电压。附件电路的组成形式简单，仅由一个IGBT及一个耗散电阻构成，当直流电压高于设定的门槛值时，触发IGBT，投入耗散电阻，吸收不平衡功率。因此，该方法可以在不给系统额外增加复杂硬件电路的前提下实现本体外部故障时UPFC快速、有效的故障渡越。研究成果可作为本体外部故障时UPFC故障渡越策略的有益补充。，下面是基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，其特征在于：所述方法仅需要在UPFC两侧MMC之间的直流线路间并联Tdc和耗散电阻Rsh，通过耗散电阻吸收来自线路的不平衡功率，降低并联侧MMC的桥臂电流及直流侧电压，从而实现故障后不闭锁并联侧MMC及稳定直流线路正负极间电压的目的；该方法可以在不给系统额外增加复杂硬件电路的前提下实现本体外部故障时UPFC快速、有效的故障渡越。
2.一种基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）求取耗散电阻Rsh的阻值；
（2）监测直流线路正负极间电压udc；
（3）设置直流电压的门槛值Udcset；
（4）将直流电压的实际值udc与门槛值进行比较，当udc>Udcset，触发Tdc，投入耗散电阻Rsh。
3.根据权利要求2中所述的基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，其特征在于：
步骤（1）中Rsh的求解方法如下：
式中：ΔPmax为最大不平衡功率。
4.根据权利要求2中所述的基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，其特征在于：
步骤（3）中Udcset的取值为正常运行时直流电压标么值的1.1倍。
5.根据权利要求2中所述的基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，其特征在于：
步骤（4）Tdc的触发导通方案为：
当直流电压udc超过设定的门槛值后，两者的偏差经过PI环节与频率为f的三角波比较，所产生的脉宽调制波即为Tdc的触发脉冲；其中，PI环节的上限值设定为1，即与三角波的幅值相同，下限值设定为0，保证系统正常运行或者udc降低到Udcset以下时，Tdc不触发导通。

说明书全文

基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法

技术领域

[0001] 本发明属于UPFC保护配置领域，具体涉及一种基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法。

背景技术

[0002] UPFC是串并联混合型灵活交流输电系统（Flexible AC transmission system，FACTS）装置，为实现对交流线路的实时控制和动态补偿而提出，作为控制电网状态的有效手段，只需要改变其控制规律，就能分别或同时实现并补，串补，移相，调压等功能。目前国内外工程应用的换流器拓扑结构主要有三种，即两电平换流器，二极管钳位三电平换流器和MMC（Modular Multilevel Converter，MMC），基于MMC结构的换流器由于模块化程度高、谐波含量少、故障处理能力强、更适应于高电压大容量输电而得到广泛关注。

[0003] 目前国内外对于UPFC故障渡越策略研究的文献相对较少，大多集中在对本体内部故障的故障特性研究及保护配置上，且一般不论UPFC本体内部还是外部故障后，都采用直接合闸UPFC的旁路开关，退出UPFC。崔福博等（崔福博，郭剑波，荆平，等. MMC-UPFC接地设计及其站内故障特性分析[J].中国电机工程学报，2014,34（0）：1-9.）讨论了MMC-UPFC不同接地方式下阀侧交流母线单相接地的故障特性，主要关注接地方式对故障特性的影响，提出接地方式的改进建议，并未涉及本体外部故障的故障特性及故障渡越策略；裘鹏等（裘鹏，章姝俊，黄晓明，等.MMC-HVDC系统中阀侧交流母线故障保护策略研究[J].电力系统保护与控制，2014,42（19）：150-154.）给出MMC-HVDC阀侧交流母线单相接地故障的具体主后备保护配置，未对研究本体外部故障时的故障特性及故障渡越策略；Chen Xiaofang等（Chen Xiaofang, Zhao Chengyong, Cao chengang. Research on the fault characteristics of HVDC based on modular multilevel converter[C]/ IEEE Electrical Power and Energy Conference. 2011:91-96.）分析了MMC-HVDC交流侧几类典型故障的故障特性，设计了改进的控制系统抑制不对称故障下的负序电流及有功功率波形波动，对故障渡越方案的设计具有一定的借鉴意义，但是通过控制系统实现故障渡越难度较大，不易实现；董旭等（董旭，董旭，张峻榤，王枫，等.风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术[J].电力系统自动化，2016，40（18）：48-55.）通过设计DCCB和耗散电阻，提出了一种MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越方案，具有一定的借鉴意义。

[0004] 因此，有必要寻找跟加快速、简单的方法实现本体外部故障时UPFC的故障渡越，通过耗散电阻实现UPFC的故障渡越，简单易行，工程应用中容易实现。因此本发明的研究成果可为现有的实际工程中的UPFC的故障渡越策略提供参考。

发明内容

[0005] 为了实现本体外部故障时UPFC的故障渡越，本发明提出了一种基于耗散电阻的UPFC故障渡越方法，当直流电压高于设定的门槛值时，触发IGBT，投入耗散电阻，吸收不平衡功率。因此，该方法可以在不给系统额外增加复杂硬件电路的前提下实现本体外部故障时UPFC快速、有效的故障渡越。研究成果可作为实际工程中本体外部故障时UPFC故障渡越策略的有益补充。该方法的分析过程如下。

[0006] （1）中间直流环节的数学模型：UPFC与线路交换的有功功率，要通过直流环节在UPFC的串联侧换流器和并联侧换流器间流动，UPFC中间直流环节的动态功率平衡方程式为：
式中：ps为并联侧换流器吸收的有功功率；pl为串联侧换流器输出的有功功率；ploss表示换流器及变压器损耗。

[0007] （2）并联侧换流器的控制策略：由功率/电压外环和电流内环组成的并联侧换流器双环解耦控制框图如附图6；图中：
*
qs 为电网向并联侧换流器提供无功功率的参考值；qs为电网向并联侧换流器提供的无功功率的实际值；i*shd、i*shq为并联侧换流器交流侧三相输入电流的d、q轴分量的参考值；ishd、ishq为并联侧换流器交流侧三相输入电流的d、q轴分量的实际值；u*shd、u*shq为并联侧换流器交流侧三相输入电压的d、q轴分量的参考值；ushd、ushq为并联侧换流器交流侧三相输入电压*
的d、q轴分量的实际值；udc为直流侧电压的参考值；udc为直流侧电压的实际值；U1为并联器接入点的电网电压；ωs为工频角频率；Rsh和Lsh分别为并联侧换流器进线的等效电阻和电感。

[0008] （3）串联侧换流器的控制策略：由功率外环和电流内环组成的并联侧换流器双环解耦控制框图如附图7；图中：p*1、q*1为串联侧换流器向线路输出的有功、无功功率的参考值；p1、q1为串联侧换流器向线路输出的有功、无功功率的实际；i*sed、i*seq为串联侧换流器交流侧三相输出电流的d、q轴分量的参考值；ised、iseq为串联侧换流器交流侧三相输出电流的d、q轴分量的实际值；u*sed、u*seq为串联侧换流器交流侧三相输出电压的d、q轴分量的参考值；used、useq为串联侧换流器交流侧三相输出电压的d、q轴分量的实际值；u12q、u12d为串联变压器三相输出电压的d、q轴分量；ωs为工频角频率；Rse和Lse分别为并联侧换流器进线的等效电阻和电感。

[0009] （4）对本体外部故障后UPFC的故障特性进行分析:1）串变右侧线路某点发生单相或者相间接地故障后故障后，大电压加在串联变压器网侧绕组上，且串变网侧绕组承受过流，此时线路上的有功功率较没有故障的时候大大增大，即串联侧换流器控制框图中的q1远远大于参考值q*1，由于串联侧换流器采用的是定功率控制，因此串联侧MMC从线路吸收多余的有功功率，本发明将该部分有功功率称为不平衡功率，造成式（1）中pdc升高，直流电容被充电，直流线路电压升高；
2）故障后，大电压直接加在串变网侧绕组两端，串变网侧绕组严重过流，耦合至阀侧后，阀侧过流，从而造成串联侧MMC上下桥臂过流；
3）串联侧MMC从线路吸收的不平衡功率，通过直流线路，传递到并联侧MMC，造成并联侧MMC桥臂过流。

[0010] 根据上述分析，一种基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：求取耗散电阻Rsh的阻值；
步骤2：监测直流线路正负极间电压udc；
步骤3：设置直流电压的门槛值Udcset；
步骤4：将直流电压的实际值udc与门槛值进行比较，当udc>Udcset，触发Tdc，投入耗散电阻Rsh。

附图说明

[0011] 图1为仿真模型示意图。

[0012] 图2为故障后没有投入耗散电阻时的并联侧MMC桥臂电流。

[0013] 图3为故障后没有投入耗散电阻时的直流极间电压。

[0014] 图4为故障后投入耗散电阻时的并联侧MMC桥臂电流。

[0015] 图5为故障后投入耗散电阻时的直流极间电压。

[0016] 图6为功率/电压外环、电流内环并联侧换流器双环解耦控制框图。

[0017] 图7功率外环、电流内环并联侧换流器双环解耦控制框图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

[0019] 为了更清晰的表明UPFC本体外部故障后，耗散电阻稳定直流侧电压及抑制并联变压器侧MMC桥臂过流的作用，如图1-4所示，本发明分别给出了故障后耗散电阻没有投入和投入两种情况下的并联侧MMC桥臂电流和直流极间电压。一种基于耗散电阻的实现UPFC故障渡越的新方法，该方法可以在不给系统额外增加复杂硬件电路的前提下实现本体外部故障时UPFC快速、有效的故障渡越，其特征在于，该方案的具体过程如下。

[0020] （1）求取耗散电阻中的耗散电阻Rsh的阻值；步骤（1）中Rsh的求解方法如下：；
式中：ΔPmax为最大不平衡功率。

[0021] （2）监测直流线路正负极间电压udc。

[0022] （3）设置直流电压的门槛值Udcset；其中Udcset的取值为正常运行时直流电压标么值的1.1倍。

[0023] （4）将直流电压的实际值udc与门槛值进行比较，当udc>Udcset，触发Tdc，投入耗散电阻Rsh。

[0024] 当直流电压udc超过设定的门槛值后，两者的偏差经过PI环节与频率为f的三角波比较，所产生的脉宽调制波即为Tdc的触发脉冲。其中，PI环节的上限值设定为1，即与三角波的幅值相同，下限值设定为0，保证系统正常运行或者udc降低到Udcset以下时，Tdc不触发导通。

[0025] 下面进一步通过一具体实施例介绍本发明公开技术方案。

[0026] 图1中交流线路的电压等级为500kV，直流线路的电压等级为180kV，线路单位长度的电阻为0.00016Ω/m，单位长度的电抗为0.00368 Ω/m，耗散电阻中的耗散电阻Rsh=30 Ω。令图1中距串联变压器T2右侧15km处在t=3s时发生AB相间故障，从图2、图3可以看出在未投入耗散电阻的情况下，并联侧MMC桥臂严重过流，达到阀控保护的动作值（本发明中阀控保护的动作值为2000A），且故障后直流电压迅速升高；从图4、图5可以看出投入耗散电阻后(故障后0.1ms投入)，并联侧MMC桥臂电流下降到阀控保护的动作值以下，且此时直流电压稳定在了其额定值附近。

[0027] 仿真结果可以看出，本发明提出由的基于耗散电阻的UPFC故障渡越策略，该方法可以在不给系统额外增加复杂硬件电路的前提下实现本体外部故障时UPFC快速、有效的故障渡越。

[0028] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方案，但本发明的适用范围不仅局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的适用范围之内。因此，本发明的适用范围应该以权利要求的适用范围为准。

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