CN106300330B - 一种统一潮流控制器故障态穿越方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种统一潮流控制器故障态穿越方法，包括：步骤1、将统一潮流控制器接入输电线路；步骤2、判断输电线路是否发生故障；步骤3、若输电线路发生故障，统一潮流控制器自动调整其工作状态，以保证统一潮流控制器安全运行。与现有技术相比，本发明提供的一种统一潮流控制器故障态穿越方法，能够降低交流电力系统发生故障时对统一潮流控制器的影响，最大程度的发挥统一潮流控制器在交流电力系统在故障清除后的快速动态调节作用，同时实现统一潮流控制器和交流电力系统之间安全运行的协调配合。

Description

一种统一潮流控制器故障态穿越方法

技术领域

本发明涉及一种故障态穿越方法，具体涉及一种统一潮流控制器故障态穿越方法

背景技术

统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是一种采用串并联混合结构的新型潮流控制装置，采用了电压源换流技术。串联侧相当于在线路中串联注入了一个受控电压源，电压幅值和相位可以任意调节。并联侧主要用于平衡串联侧与线路交换的有功，同时发挥动态无功补偿的功能。随着串联注入电压的相位的变化，UPFC能够实现电压调节、阻抗补偿、移相等多种功能，并能够实现对线路有功潮流和无功潮流的独立解耦控制。在电网中应用UPFC，第一，能够合理控制线路潮流，实现经济运行；第二，有助于实现无功优化，提高系统电压稳定性；第三，施以合适的控制，UPFC能够改善系统阻尼，提高功角稳定性。在既有动态电压支撑需求，又有潮流控制需求的电网中，UPFC不仅能提供相同的稳态性能，甚至能提供更好的动态性能，同时可以减少装置总容量、总投资、总占地。

系统故障往往造成UPFC内部重要设备或元件的过压或过流，同时造成装置停运，给系统带来不利的影响，因此需要合理的故障态穿越策略。故障态穿越策略需要基于深入的故障机理分析并进行优化。当系统发生故障时，装置应通过调整控制策略，将系统故障对装置的冲击控制在安全范围内，对于保障UPFC设备安全、系统稳定运行具有重要意义。在故障机理分析的基础上，提出安全可靠经济的故障态穿越策略，在实现UPFC设备安全的同时保障系统安全，是UPFC装置工程应用的主要技术难点之一。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种统一潮流控制器故障态穿越方法。

本发明的技术方案为：

一种统一潮流控制器故障态穿越方法，所述方法包括：

步骤1：将统一潮流控制器接入输电线路；

步骤2：判断所述输电线路是否发生故障；

步骤3：若输电线路发生故障，所述统一潮流控制器自动调整其工作状态，以保证统一潮流控制器安全运行。

优选的，所述步骤1中，统一潮流控制器包括：第一变压器、第二变压器、第一换流器、第二换流器、机械式旁路开关、晶闸管旁路开关和断路器；

所述第一变压器的一端通过断路器并联接入输电线路，另一端与第一换流器连接；所述第二变压器的一端串联接入输电线路，另一端与第二换流器连接；所述第一换流器和第二换流器相连；

所述机械式旁路开关并联在第二变压器的两端；所述晶闸管旁路开关连接于第二变压器器和第二换流器之间；

优选的，所述统一潮流控制器接入输电线路后正常运行时，断路器为闭合状态，晶闸管旁路开关为闭锁状态，机械式旁路开关为断开状态；

优选的，所述步骤2中，判断输电线路是否发生故障，包括：

检测所述输电线路的电流信号和电压信号，若所述电流信号大于输电线路的额定电流，以及所述电压信号小于输电线路的电压阈值时，则断定输电线路发生故障；

优选的，所述步骤3中，统一潮流控制器自动调整工作状态，包括：

步骤31：检测到输电线路的电流信号大于其额定电流后，统一潮流控制器的第二换流器工作于零电压输出模式，使得第二变压器耦合到输电线路的电压不影响输电线路；

步骤32：检测到输电线路的电压信号小于其电压阈值后，统一潮流控制器的第一换流器工作于最大无功补偿模式，向输电线路输出无功功率；

步骤33：触发统一潮流控制器的晶闸管旁路开关导通，从而将第二换流器闭锁；

步骤34：重新检测输电线路的电流信号是否大于其额定电流：

若电流信号小于额定电流，统一潮流控制器启动瞬时故障控制策略，保证统一潮流控制器安全运行；

若电流信号大于额定电流，统一潮流控制器启动永久故障控制策略，保证统一潮流控制器安全运行；

优选的，所述步骤34中统一潮流控制器启动瞬时故障控制策略，包括：

步骤3411：检测到输电线路的电流信号小于额定电流后，统一潮流控制器的第二换流器重新工作于零电压输出模式；

步骤3412：闭锁晶闸管旁路开关；

步骤3413：第二换流器由零电压输出模式切换到潮流控制模式，依据输电线路的潮流指令调整有功输出值和无功输出值；

优选的，所述步骤34中统一潮流控制器启动永久故障控制策略，包括：

步骤3421：检测到输电线路的电流信号大于额定电流后，判断输电线路的温度值是否超过晶闸管旁路开关中晶闸管的温度阈值，若超过则闭合机械式旁路开关；

步骤3422：闭锁晶闸管旁路开关；

步骤3423：第一换流器切换为零无功补偿模式，向输电线路输出的无功功率为零；

步骤3424：当第一换流器输出的无功电流满足零值输出判断条件后，闭锁第一换流器；

步骤3425：断开断路器；

步骤3426：旁路统一潮流控制器，以断开统一潮流控制器与输电线路的连接。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的一种统一潮流控制器故障态穿越方法，能够降低交流电力系统发生故障时对统一潮流控制器的影响，最大程度的发挥统一潮流控制器在交流电力系统在故障清除后的快速动态调节作用，同时实现统一潮流控制器和交流电力系统之间安全运行的协调配合。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种统一潮流控制器故障态穿越方法流程图；

图2：本发明实施例中统一潮流控制器的连接示意图；

图3：本发明实施例中统一潮流控制器的电流流通路径示意图A；

图4：本发明实施例中统一潮流控制器的电流流通路径示意图B；

图5：本发明实施例中统一潮流控制器的电流流通路径示意图C；

图6：本发明实施例中统一潮流控制器的电流流通路径示意图D；

图7：本发明实施例中蕴站-闸北220kV电力系统的统一潮流控制器工程电气主接线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种统一潮流控制器故障态穿越方法，在统一潮流控制器(unifiedpower flow controller，UPFC)运行过程中，当检测到UPFC所在输电线路或者邻近的输电线路发生故障时，通过UPFC的换流器、晶闸管旁路开关、机械式旁路开关的协调动作，降低交流电力系统故障对UPFC的冲击，最大程度发挥UPFC在交流电力系统故障消除后的快速动态调节作用，实现UPFC安全与交流电力系统安全的协调配合，支撑电力系统安全稳定运行。

图1所示的本发明统一潮流控制器故障态穿越方法的实施例，其具体步骤为：

1、对统一潮流控制器进行改造，并将其接入输电线路。

如图2所示，本实施例中改造后的统一潮流控制器，包括：第一变压器、第二变压器、第一换流器、第二换流器、机械式旁路开关、晶闸管旁路开关和断路器。

第一变压器的一端通过断路器并联接入输电线路，另一端与第一换流器连接；

第二变压器的一端串联接入输电线路，另一端与第二换流器连接；

第一换流器和第二换流器相连；

机械式旁路开关并联在第二变压器的两端；晶闸管旁路开关连接于第二变压器器和第二换流器之间。

统一潮流控制器接入输电线路后正常运行时，各器件的状态为：

断路器为闭合状态，晶闸管旁路开关为闭锁状态，机械式旁路开关为断开状态。

2、检测输电线路的电流信号和电压信号。

3、判断输电线路是否发生故障。

当电流信号大于输电线路的额定电流，电压信号小于输电线路的电压阈值时，统一潮流控制器自动调整其工作状态，以保证统一潮流控制器安全运行。其中，图3示出了输电线路未发生故障时统一潮流控制器中电流流通路径，具体为：

(1)检测到输电线路的电流信号大于其额定电流后，统一潮流控制器的第二换流器工作于零电压输出模式，此时第二换流器为零输出状态，通过第二变压器耦合到输电线路的电压可以忽略，不会对输电线路产生影响。

(2)检测到输电线路的电压信号小于其电压阈值后，统一潮流控制器的第一换流器工作于最大无功补偿模式，通过第一换流器为电力系统最大程度的提供无功功率，维持输电线路在发生故障前的水平。

(3)触发统一潮流控制器的晶闸管旁路开关导通，从而将第二换流器闭锁，图4示出了此时统一潮流控制器中电流流通路径。

(4)重新检测输电线路的电流信号是否大于其额定电流：

A、若电流信号小于额定电流，统一潮流控制器启动瞬时故障控制策略，保证统一潮流控制器安全运行。具体为：

①：检测到输电线路的电流信号小于额定电流后，统一潮流控制器的第二换流器重新工作于零电压输出模式，图5示出了此时统一潮流控制器中电流流通路径。

②：闭锁晶闸管旁路开关；

③：第二换流器由零电压输出模式切换到潮流控制模式，依据输电线路的潮流指令调整有功输出值和无功输出值，满足电力系统对潮流的调节要求，图6示出了此时统一潮流控制器中电流流通路径。

B、若电流信号大于额定电流，统一潮流控制器启动永久故障控制策略，保证统一潮流控制器安全运行。具体为：

①：检测到输电线路的电流信号大于额定电流后，判断输电线路的温度值是否超过晶闸管旁路开关中晶闸管的温度阈值，若超过则闭合机械式旁路开关；

②：闭锁晶闸管旁路开关；

③：第一换流器切换为零无功补偿模式，向输电线路输出的无功功率为零；

④：当第一换流器输出的无功电流满足零值输出判断条件后，闭锁第一换流器；本实施例中零值输出判断条件为，当无功电流小于0.1pu倍的额定无功电流后即闭锁第一换流器。

⑤：旁路统一潮流控制器，以断开统一潮流控制器与输电线路的连接，退出运行。

现以蕴站-闸北220kV电力系统为实施例，对统一潮流控制器故障态穿越方法进行具体说明。如图7所示，蕴站-闸北220kV电力系统包括闸北-蕴藻浜2205线路、2210线路和2268线路三条线路并列运行，UPFC连接在蕴站侧2268线路中。其中：

①：若断路器QF0与断路器QF12之间发生故障，则该故障属于UPFC的本体故障，通过断路器QF0和断路器QF12动作，将UPFC与2268线路断开，退出运行，同时不影响邻近的2205线路和2210线路的正常运行。

②：若断路器QF12与闸北2268线路的出线断路器之间发生故障，通过断路器QF12与闸北2268线路的出线断路器动作，将UPFC的串联接入2268线路的一侧与2268线路断开，退出运行，与2268吸纳路并联的一侧为蕴站提供电压支撑。

本实施例中，蕴站2268线路的保护装置配置在断路器QF12处，可以避免由于UPFC的接入产生的附加阻抗对2268线路保护的影响。如图7所示，蕴站-闸北220kV电力系统还包括：电压互感器TV、隔离开关QS、电流互感器TA、连接变压器TM、启动电阻R1、阀侧接地电阻R2、直流电流测量装置Id、直流电压测量装置Vd、阀组SM和桥臂电抗器Lb。

对蕴站-闸北220kV电力系统的统一潮流控制器进行故障态穿越方法的步骤为：

1、如图7所示，将UPFC接入蕴站-闸北220kV电力系统的2268线路中。

2、检测2205线路、2210线路和2268线路的电流信号和电压信号。

3、判断2205线路、2210线路和2268线路是否发生故障。

(1)假定2205线路中流过的电流大于其额定电流，电压信号小于其电压阈值，则2205线路的故障保护装置启动，保证2210线路和2268线路的正常运行。2205线路的故障期间可能造成2268线路中UPFC发生过应力，为了保证不扩大故障范围，UPFC不能退出运行，具体操作策略为：

①：触发统一潮流控制器的晶闸管旁路开关导通，从而将第二换流器闭锁。

②：重新检测2205线路的电流信号是否大于其额定电流：

若电流信号小于额定电流，即故障消除，则闭锁晶闸管旁路开关，恢复UPFC的正常运行。

若由于某种原因，2205线路的故障保护装置发生拒动，故障切除时间超过晶闸管旁路开关中晶闸管阀的最大耐受时间或者最大耐受温度，例如，在晶闸管旁路开关导通120ms后，检测到2205线路的电流信号仍然大于其额定电流，则闭合断路器QF11，将UPFC旁路退出运行。

当2205线路的故障消除后，可能发生潮流转移的情况，为了保证UPFC的保护电路不发生误动作，也应该控制晶闸管旁路开关在导通预置时间后，判断是否满足保证UPFC的保护电路不发生误动作的条件，使得最大限度保证非故障线路的正常运行。

(2)假定2268线路中的断路器QF0发生拒动，首先断路器QF0的保护电路动作，UPFC的具体操作策略为：

①：触发统一潮流控制器的晶闸管旁路开关导通，从而将第二换流器闭锁。

②：重新检测2268线路的电流信号是否大于其额定电流：

若电流信号小于额定电流，即故障消除，则闭锁晶闸管旁路开关，恢复UPFC的正常运行。

若断路器QF0保护电路的延时较长，例如，在晶闸管旁路开关导通120ms后，检测到2205线路的电流信号仍然大于其额定电流，则闭合断路器QF11，将UPFC旁路退出运行。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (2)

1.一种统一潮流控制器故障态穿越方法，所述方法包括：

步骤1：将统一潮流控制器接入输电线路；

步骤2：判断所述输电线路是否发生故障；

步骤3：若输电线路发生故障，所述统一潮流控制器自动调整其工作状态，以保证统一潮流控制器安全运行；

所述步骤1中，统一潮流控制器包括：第一变压器、第二变压器、第一换流器、第二换流器、机械式旁路开关、晶闸管旁路开关和断路器；

所述第一变压器的一端通过断路器并联接入输电线路，另一端与第一换流器连接；所述第二变压器的第一端和第二端串联接入输电线路；所述第二变压器的第三端与第二换流器相连； 所述第一换流器和第二换流器相连；

所述机械式旁路开关并联在第二变压器的第一端和第二端上；所述晶闸管旁路开关连接于第二变压器的第三端和第二换流器之间；

所述步骤2中，判断输电线路是否发生故障，包括：

检测所述输电线路的电流信号和电压信号，若所述电流信号大于输电线路的额定电流，以及所述电压信号小于输电线路的电压阈值时，则断定输电线路发生故障；

所述步骤3中，统一潮流控制器自动调整工作状态，包括：

步骤31：检测到输电线路的电流信号大于其额定电流后，统一潮流控制器的第二换流器工作于零电压输出模式，使得第二变压器耦合到输电线路的电压不影响输电线路；

步骤32：检测到输电线路的电压信号小于其电压阈值后，统一潮流控制器的第一换流器工作于最大无功补偿模式，向输电线路输出无功功率；

步骤33：触发统一潮流控制器的晶闸管旁路开关导通，从而将第二换流器闭锁；

步骤34：重新检测输电线路的电流信号是否大于其额定电流：

若电流信号小于额定电流，统一潮流控制器启动瞬时故障控制策略，保证统一潮流控制器安全运行；

若电流信号大于额定电流，统一潮流控制器启动永久故障控制策略，保证统一潮流控制器安全运行；

所述步骤34中统一潮流控制器启动瞬时故障控制策略，包括：

步骤3411：检测到输电线路的电流信号小于额定电流后，统一潮流控制器的第二换流器重新工作于零电压输出模式；

步骤3412：闭锁晶闸管旁路开关；

步骤3413：第二换流器由零电压输出模式切换到潮流控制模式，依据输电线路的潮流指令调整有功输出值和无功输出值；

所述步骤34中统一潮流控制器启动永久故障控制策略，包括：

步骤3421：检测到输电线路的电流信号大于额定电流后，判断输电线路的温度值是否超过晶闸管旁路开关中晶闸管的温度阈值，若超过则闭合机械式旁路开关；

步骤3422：闭锁晶闸管旁路开关；

步骤3423：第一换流器切换为零无功补偿模式，向输电线路输出的无功功率为零；

步骤3424：当第一换流器输出的无功电流满足零值输出判断条件后，闭锁第一换流器；

步骤3425：断开断路器；

步骤3426：旁路统一潮流控制器，以断开统一潮流控制器与输电线路的连接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统一潮流控制器接入输电线路后正常运行时，断路器为闭合状态，晶闸管旁路开关为闭锁状态，机械式旁路开关为断开状态。