传统基于电压源换流器(voltage source controller,VSC)的统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低,同时在运行过程中也有遭受短路故障的可能性和风险,特别是在大容量高电压的场合下,极易造成器件的损坏。将模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)引入UPFC中,同时改进MMC的控制策略以适应所提拓扑的要求,同时由于MMC的引入,短路故障的风险进一步加大,因此在M M C-UPFC的基础上设计了限流模块,该限流模块能在系统短路故障下有效地抑制短路电流,且该限流器在正常工作情况下并不会给线路增加负担。整个UPFC的拓扑具有模块化程度高、谐波小、容量扩展、短路快速限流等特点,该文所设计的拓扑增加了系统的可靠性、安全性和经济性。
针对限流式统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)运行过程中极易发生的进线过流和输出过压等问题,分析了出现过流、过压的产生机理,并为限流式UPFC实验样机设计了一套详细的保护电路。该保护电路在限流式UPFC启动时,自动插入充电电阻防止过电流,不控充电结束后自动切除;在短路故障等引起的直流电容过电压时,无延时地将逆变桥出口短接,隔离故障电压和电流,而由限流器承担。PSCAD对比仿真结果表明,保护电路的设计能解决限流式UPFC的进线过流和输出过压问题。将所设计的保护电路应用于10 k V限流式UPFC样机,实验结果表明,该保护电路能保障限流式UPFC的设备安全,与仿真结果相符。
