CN201051670Y - 具有短路限流功能的综合潮流控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的具有短路限流功能的综合潮流控制器，包括可控整流器、逆变器和耦合变压器，对于三相输电系统，采用将耦合变压器的副边中性点解开串接一个三相桥式限流器，在三相整流桥的输出端跨接由续流管与限流电感的并联电路。对于三相分相运行的输电系统，采用在单相耦合变压器的副边串接一个单相桥式限流器，在单相整流桥的输出端并联接限流电感。本实用新型的具有短路限流功能的综合潮流控制器在正常状态下运行于常规模式，一旦系统发生短路，则立即自动进入短路故障限流模式，抑制短路电流，既能保证装置自身免受短路电流的危害，同时又能有效限制系统短路电流，大大减轻短路故障给系统造成的损害。

Description

具有短路限流功能的综合潮流控制器

技术领域

本实用新型涉及潮流控制器，属于电力系统的输配电设备。

背景技术

潮流控制器，又称UPFC(Unified Power Flow Controller)，以三相为例，其典型原理结构见图1。

UPFC包括三相可控整流器、三相逆变器和耦合变压器T。逆变器的输出经耦合变压器T串接在输电系统中。逆变器可以输出一个幅值和相位可调的电势，因而UPFC能动态调节输电系统的潮流分布，使系统各部分潮流达到合理分配，提高系统的输电能力，改善系统的运行状态。它还可以灵活地调节补偿线路中的无功功率，提高系统的效率和稳定裕度。因此被认为是现代输电系统中很有应用前景的FACTS装置之一。

但由于UPFC串接在输电系统中，当UPFC的负载侧发生短路时，巨大的短路电流也将流经UPFC，这对于由过载能力相对较低的电力电子元件组成的装置来说是致命的。如果没有有效的短路限流措施，UPFC中的逆变器必将被损坏。例如当短路发生时，全部(或绝大部分)系统电压将加在耦合变压器上，如这时逆变器的开关元件S₁正处于开通状态，而这时的系统电压正好使u_b＞u_a，则u_ab经D₃和S₁短接，这相当于变压器的A、B两相在副边短接，巨大的短路电流也必流经D₃和S₁而使其烧损。短路时的其它工况也可使巨大的短路电流流经滤波电容而产生高压或流经可控整流器致使电容或整流器元件损坏。由于这一问题的存在，严重影响了这一技术性能优良的调控装置在电力系统中的推广应用，因此发展一种具有短路限流功能的UPFC无疑具有极大的应用价值。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有短路限流功能的综合潮流控制器。

为达上述目的，本实用新型有以下两种技术解决方案：

方案1

对于三相输电系统，本实用新型的具有短路限流功能的综合潮流控制器，包括三相可控整流器、三相逆变器和三相耦合变压器，其特征是三相耦合变压器的副边中性点解开串接一个三相桥式限流器，三相桥式限流器由整流管构成的三相整流桥和跨接在三相整流桥输出端的续流管与限流电感的并联电路组成，其中，续流管的阴极接三相整流桥的正电压端，续流管的阳极接三相整流桥的负电压端。

方案2

对于三相分相运行的输电系统，本实用新型的具有短路限流功能的综合潮流控制器，包括单相可控整流器、单相逆变器和单相耦合变压器，其特征是单相耦合变压器的副边串接一个单相桥式限流器，单相桥式限流器由整流管构成的单相整流桥和跨接在单相整流桥输出端的限流电感组成。

本实用新型的有益效果在于：

具有短路限流功能的综合潮流控制器(UPFC)在正常状态下运行于常规UPFC模式，因此具有常规UPFC的全部功能；一旦系统发生短路，则立即自动进入短路故障限流(FCL)模式，抑制短路电流，既能保证装置自身免受短路电流的危害，同时又能有效限制系统短路电流，大大减轻短路故障给系统造成的损害。

附图说明

图1是潮流控制器的原理结构图；

图2是用于三相输电系统的具有短路限流功能的综合潮流控制器电路图；

图3是一种三相桥式限流器示意图；

图4是另一种三相桥式限流器示意图；

图5是用于三相分相运行的输电系统的具有短路限流功能的综合潮流控制器电路图；

图6是另一种单相桥式限流器示意图。

具体实施方式

参照图2，用于三相输电系统的具有短路限流功能的综合潮流控制器包括三相可控整流器、三相逆变器和三相耦合变压器T，其特征是三相耦合变压器的副边中性点解开串接一个三相桥式限流器，三相桥式限流器由整流管T1-T6构成的三相整流桥和跨接在三相整流桥输出端的续流管与限流电感Ld的并联电路组成，图例中，续流管由相串联的两组T7和T8组成，续流管T7的阴极接三相整流桥的正电压端，续流管T8的阳极接三相整流桥的负电压端。

续流管T7和T8也可如图3所示，合成为一组管子T7。

根据需要，为了快速切断短路电流，跨接在三相整流桥输出端的电路也可以如图4所示，为在续流管T7与限流电感Ld的并联电路上串联开关元件SW的电路。开关元件SW可以是电子开关元件，如GTO，IGBT，IGCT等，或者也可以采用机械开关。

三相桥式限流器中的整流管和续流管可以采用功率二极管或晶闸管，也可以采用门极可关断的电力电子元件，如GTO，IGBT，IGCT等。

工作原理如下：

正常运行时，三相桥式限流器中的T1-T8处于全触发导通状态。由于整流桥的能量传输是单方向的，即由三相输入端向直流侧传输。在经短暂的启动暂态后，限流电感Ld中的电流达负载电流的峰值后即进入稳态运行。在稳态运行时，由于续流管T7、T8的续流作用，整流桥的直流侧相当于被短接，也就相当于整流桥三相输入端被短接。比较图1和图2可见这时(在稳态运行时)两者的运行特性完全相同。但当系统负载侧发生短路时，整流桥直流侧的电流将随系统短路电流的增加而增加。当直流侧电流企图大于限流电感的电流时，续流管T7、T8即被反压截断，限流电感Ld瞬即串入回路限制短路电流的上升。由图2可见不论UPFC处于何种工作状态，流经其逆变器的短路电流必将流经耦合变压器T的副边，而变压器T的副边又与三相桥式限流器串联，因此这一短路电流一定受到该限流器的抑制。由于限流电感在系统的继电保护做出反应之前(即在短路发生瞬刻)自动串入系统限制短路电流，只要设计限流电感值足够大，就可把短路电流值限制到期望值以下。因此它不仅能有效保护UPFC本身免遭短路电流的损坏，而且还能将系统短路电流限制到所需的期望值。

用于三相分相运行输电系统的具有短路限流功能的综合潮流控制器，如图5所示，包括单相可控整流器、单相逆变器和单相耦合变压器T，其特征是单相耦合变压器的副边串接一个单相桥式限流器，单相桥式限流器由整流管T1-T4构成的单相整流桥和跨接在单相整流桥输出端的限流电感Ld组成。

为了快速切断短路电流，跨接在单相整流桥输出端的电路也可以如图6所示，是限流电感Ld并联续流管T7再串联开关元件SW的电路。开关元件SW可以是电子开关元件，如GTO，IGBT，IGCT等，或者也可以采用机械开关。

单相桥式限流器中的整流管T1-T4可以采用功率二极管、晶闸管或门极可关断的电力电子元件。所说的续流管T7也可以是功率二极管、晶闸管或门极可关断的电力电子元件。

工作原理如下：

由图5可见正常工作时，单相桥式限流器中的T1-T4处于全触发导通状态。由于整流桥的能量只能由输入端向直流侧传输。在经短暂的启动暂态后，限流电感Ld中的电流达负载电流峰值后即进入稳态运行。在稳态运行时，由于整流桥各桥臂管的续流作用整流桥直流侧相当于被短接，也即相当于单向整流桥输入端被短接。这时UPFC的功能与常规UPFC的功能无异。当系统发生单相短路其短路电流企图大于限流电感电流时，起续流作用的桥臂管被系统电压截断，限流电感瞬即自动插入系统将短路电流限制到预设的期望值以下。

Claims (7)

1.具有短路限流功能的综合潮流控制器，包括三相可控整流器、三相逆变器和三相耦合变压器，其特征是三相耦合变压器的副边中性点解开串接一个三相桥式限流器，三相桥式限流器由整流管(T1-T6)构成的三相整流桥和跨接在三相整流桥输出端的续流管(T7)与限流电感(Ld)的并联电路组成，其中，续流管的阴极接三相整流桥的正电压端，续流管的阳极接三相整流桥的负电压端。

2.根据权利要求1所说的具有短路限流功能的综合潮流控制器，其特征在于三相桥式限流器中的整流管(T1-T6)和续流管(T7)是功率二极管、晶闸管或门极可关断的电力电子元件。

3.根据权利要求1所说的具有短路限流功能的综合潮流控制器，其特征是在续流管(T7)与限流电感(Ld)的并联电路上串联开关元件(SW)，再跨接在三相整流桥的输出端。

4.具有短路限流功能的综合潮流控制器，包括单相可控整流器、单相逆变器和单相耦合变压器，其特征是单相耦合变压器的副边串接一个单相桥式限流器，单相桥式限流器由整流管(T1-T4)构成的单相整流桥和跨接在单相整流桥输出端的限流电感(Ld)组成。

5.根据权利要求4所说的具有短路限流功能的综合潮流控制器，其特征在于单相桥式限流器中的整流管(T1-T4)是功率二极管、晶闸管或门极可关断的电力电子元件。

6.根据权利要求4所说的具有短路限流功能的综合潮流控制器，其特征是跨接在单相整流桥输出端的电路是限流电感(Ld)并联续流管(T7)再串联开关元件(SW)的电路。

7.根据权利要求6所说的具有短路限流功能的综合潮流控制器，其特征在于续流管(T7)是功率二极管、晶闸管或门极可关断的电力电子元件。

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