基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的统一潮流控制器(unified power flowcontroller,UPFC)是适应高压大容量输电的高度可控型灵活交流输电系统装置,其交流侧结构特点突出,故障影响不容忽视,对保护要求高。为此介绍了基于MMC的UPFC整体结构及工作原理,分析了交流侧几种典型故障的故障特性,考虑阀控制的影响。结合MMC-UPFC示范工程,指出变压器阀侧短引线单相接地故障过流程度低,差动保护可能灵敏度不足,并且,串联侧变压器网侧绕组直接串接在交流系统中,传统差动保护仅利用一端电流无法可靠反应绕组两侧的故障。针对上述问题,提出阀侧短引线差动保护采用两段式比率制动特性,以及利用网侧绕组等效电流并增加绕组差动的辅助判据构成改进的串联变压器差动保护,并且保证交流侧保护配置与阀控制保护协调配合。结合RTDS实时数字仿真结果,验证了保护方案的可行性。
统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)应用到电力系统中,具有调节线路潮流、维持母线电压、提高暂态稳定性等多种控制目标,然而这些控制目标的实现并不完全统一,若UPFC采用单一目标的控制策略,则不能满足电力系统多种运行工况的要求。为此,分析了UPFC各控制目标的实现原理和控制方法,阐述了它们之间的关系及存在矛盾的原因,在此基础上提出了UPFC多目标协调控制策略,采用模糊逻辑设计了附加控制器,能够根据系统运行工况自适应调整附加信号的大小,从而实现多目标之间的协调控制。该策略使得电力系统稳态运行时电压和线路潮流严格跟踪参考值,而电力系统发生暂态扰动后,在维持系统电压和线路潮流在允许范围内的同时能够最大限度提高系统的暂态稳定极限,增加系统阻尼,并快速抑制系统振荡。基于PSCAD/EMTDC四机两区域系统的仿真结果验证了理论分析的正确性及协调控制策略的有效性。
根据UPFC系统中串联耦合变压器的功能,分析了其特殊的工作方式和特点,并给出了220 k V输电线路中串联耦合变压器的一种壳式结构方案。根据串联耦合变压器铁芯和绕组的空间几何结构,采用电路与磁路的对偶原理,将磁路模型转化为电路模型。考虑到硅钢片的非线性饱和特性,采用复数磁导率计及涡流效应,以非线性电感和电阻来等效硅钢片,分析了频率和磁导率对硅钢片等效参数的影响。基于磁路法提取漏感参数,建立了串联耦合变压器的仿真电路模型。在低压物理样机上进行空载合闸和三相不对称直流偏磁的试验与仿真计算,测量结果与计算结果基本吻合,表明了所建模型适用于串联耦合变压器暂态模拟与不对称直流偏磁特性的分析。
