一种限流式UPFC保护系统的制作方法

本发明涉及一种限流式UPFC保护系统，属于电网保护领域。

背景技术：

统一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC）是目前综合功能最为强大的FACTS装置。但截至目前世界范围内真正投入工业化运行的UPFC极少，其在工业化应用的道路上还存在着诸多问题。例如，其必须有应对系统短路故障电流和系统高电压冲击的能力以保证自身不受损害。浙江大学的学者在UPFC的基础上提出一种限流式UPFC，能够应对短路故障和电压冲击，并成功试制10kV样机。但在高压系统中，限流式UPFC还存在如下问题：1）限流式UPFC启动过程中直流电容充电带来的进线过电流问题；2）短路电流对逆变桥的冲击和对直流电容引起的充电过电压问题等。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种限流式UPFC保护系统，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种限流式UPFC保护系统。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种限流式UPFC保护系统，包括UPFC，所述UPFC进线端依次通过进线缓冲滤波电路、并联变压器与三相电路相连，所述UPFC出线端依次通过出线缓冲滤波电路、串联变压器与限流器相连；所述进线缓冲滤波电路和并联变压器之间串联有进线过流保护电路，所述出线缓冲滤波电路和串联变压器之间并联有输出过压保护电路，所述串联变压器直接接入三相电路。

作为优选，所述进线过流保护电路包括主开关、充电电阻板、充电开关和时间继电器，所述主开关串接在进线主路中，充电电阻板和充电开关、时间继电器串接后并联在主开关的两端，所述充电电阻板包括充电电阻和继电器，所述电电阻和进线缓冲滤波电路的滤波电感串联，可以防止充电电流过大和直流电容的过充。

作为优选，所述进线过流保护电路进一步包括一级变压器和二级变压器，三相电压经过一级变压器降压到220V为主开关失压线圈加电，再经过二级变压器降压并整流后为时间继电器和常规继电器提供直流电源，充电开关安装在二级变压器和充电电阻板之间，用于控制充电电阻板是否充电。

作为优选，所述输出过压保护电路包括过压检测控制器、所述过压检测控制器的输出侧并联有晶闸管和整流桥。

作为优选，所述过压检测控制器包括数个相互连接的电阻、电容、二极管、稳压二极管和三极管。过压检测控制器可以为晶闸管提供稳定的触发电流直至限流器电路动作。

作为优选，所述进线缓冲滤波电路包括串接在进线主路上的数个滤波电感。

作为优选，所述出线缓冲滤波电路包括串接在出线主路上的数个滤波电感。

作为优选，所述限流器电路包括相互并联的整流桥、续流管和限流电感，所述整流桥由晶闸管组成。

限流式UPFC保护系统工作原理：限流式UPFC装置启动时，电流从三相电路送电端通过并联变压器、进线过流保护电路、进线缓冲滤波电路给UPFC中的直流电容充电，该过程称为不控整流充电，持续时间由进线过流保护电路中的时间继电器设定，该过程结束后，进线过流保护电路中的主开关闭合，进线过流保护电路被短路，UPFC正常工作，输出过压保护电路和限流器不起作用；当三相电路受电端靠近UPFC装置处发生短路故障时，输出过压保护电路中过压检测控制器检测到故障并触发晶闸管导通，使得进线缓冲滤波电路出线端被三相短接，UPFC得到保护，同时限流器通过串联变压器向三相系统无延时插入限流电感L_dc,限制系统短路电流的幅值和上升速度。

与现有技术相比，本发明所述的限流式UPFC保护系统具有如下优点：

1、通过进线过流保护电路和输出过压保护电路，可以保护限流式UPFC免受过压过流危害，并且保护自动动作，没有时延；

2、通过对充电电阻、滤波电感、二极管和晶闸管进行适当的参数选取，限流式UPFC保护系统可适用于不同电压等级，尤其是高压限流式UPFC的保护；

3、由于正常工况下，进线过流保护在直流电容不控整流充电结束后被短接，输出过压保护电路不动作，限流器续流管导通使得限流电感被短接，因此本保护系统对限流式UPFC的常规运行几乎没有影响；

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的限流式UPFC保护系统原理图；

图2为本实施例的进线过流保护电路原理图；

图3为本实施例的过电压保护动作后的电路简化图；

图4为本实施例的过压检测控制器内部电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种限流式UPFC保护系统，包括UPFC 1，所述UPFC 1进线端依次通过进线缓冲滤波电路2、并联变压器3与三相电路送电端相连，所述UPFC 1出线端依次通过出线缓冲滤波电路4、串联变压器5副边与限流器8相连；所述进线缓冲滤波电路2和并联变压器3之间串联有进线过流保护电路6，所述出线缓冲滤波电路4和串联变压器5副边之间并联有输出过压保护电路7，所述串联变压器5源边直接串联接入三相电路受电端。

如图2所示，在本实施例中，所述进线过流保护电路6包括主开关Q1、充电电阻板61、充电开关K和时间继电器Jt，所述主开关Q1串接在进线主路中，充电电阻板61和充电开关K、时间继电器Jt串接后并联在主开关Q1的两端。所述充电电阻板61包括充电电阻R和常规继电器J1-J3，所述充电电阻R和进线缓冲滤波电路2的滤波电感串联，可以防止充电电流过大和UPFC内部直流电容的过充。所述充电电阻R采用大功率充电电阻，具体参数根据不同电压等级的系统进行相应的调整。

所述进线过流保护电路6还包括一级变压器T0和二级变压器T1，三相电压经过一级变压器T0降压为220V为主开关失压线圈加电，然后再经过二级变压器T1降压并整流后为时间继电器和常规继电器提供直流电源，充电开关K安装在二级变压器T1和充电电阻板61之间，用于控制充电电阻板61是否充电。

进线过流保护电路6工作过程为：

1）进线通电前，将充电开关K打到闭合；

2）进线通电后，一级变压器T0输出电压有效，主开关Q1失压线圈加电，二级变压器T1输出电压有效，时间继电器Jt开始计时，充电电阻板61中的常规继电器线圈J1、J2、J3回路通电吸合开关，三块充电电阻板61对主电路UPFC1中的直流电容C充电；

3）充电时间根据RC常数调节时间继电器Jt；

4）当时间继电器Jt延时结束后，主开关Q1自动储能、自动合闸；

5）当进线分断后，进线电压消失，主开关Q1失压线圈掉电，主开关Q1跳闸分断，亦可用于紧急情况分闸。

本实施例所述的进线过流保护电路6为自启动进线过流保护电路，采用电电阻R和滤波电感L串联，以防止充电电流过大和直流电容的过充。在完成充电后，自动控制主开关Q1合闸，短接充电电阻R。

在本实施例中，所述输出过压保护电路7包括过压检测控制器71，所述压检测控制器71的输出侧并联有晶闸管TH7和整流桥，所述整流桥由二极管DM1~DM6组成。在系统发生短路故障出现过电压后，过压检测控制器71触发旁路晶闸管TH7，依靠输出缓冲电感的过渡，确保主电路UPFC1中的IGBT逆变桥不会过电流，同时将高压短路冲击电流（系统发生短路故障，会有很大的短路电流通过串联变压器耦合到UPFC的IGBT逆变桥）转移至旁路晶闸管TH7，并逐渐衰减至零。过电压保护动作后的电路模型如图3所示，在a3、c3之间出现电压超出保护柜设定的检测电压时，晶闸管TH7被触发导通，Ldc电流经DM1→TH7→DM2返回，形成回路。

如图4所示，所述过压检测控制器71包括数个相互连接的电阻、电容、二极管、稳压二极管和三极管。其主要思路是利用短路过程中逐渐升高的D点电压通过第六电阻R₆、第五电阻R₅分压来控制C点的电位，以降低可控精密电压源T_s的电位(B点电位)，使第一三极管T_k1导通，从而通过第二稳压二极管Z₂、第三电阻R₃、第一电阻R₁分压控制晶闸管TH7导通，达到三相短接的目的。同时，由于晶闸管TH7的导通，第三电容C₃电压会通过第七电阻R₇-晶闸管TH7-第三电容C₃回路放电逐渐降低，造成B点电压的上升，引起第一三极管T_k1不稳定，图4中其他的辅助电路正解决了这一问题：1）第三电容C₃采用储能大电容，为电路在晶闸管TH7开通后提供短暂的电压支撑，使D点的电压维持在一定电压值之上。2）第一三极管T_k1导通同时，第二三极管T_k2也被导通，C点电压通过R₆和R₄||R₅分压产生，使得C点的分压比变高，在D点电压下降的同时短暂维持C点电压，保证A、B两点的电压差能维持第一三极管T_k1持续导通，为晶闸管TH7提供稳定的触发电流直至限流器模块动作，断开系统二次侧。通过过压检测控制器71，可以使输出过压保护电路7能在一定时间（与过压检测控制器71元件的参数选型有关）内维持晶闸管TH7可靠的导通，从而保证在限流器电路将短路故障切除之前（20ms内），UPFC1中的直流侧电容和IGBT换流器能得到较好的保护。

限流式UPFC保护系统工作原理：限流式UPFC装置启动时，电流从三相电路送电端通过并联变压器3、进线过流保护电路6、进线缓冲滤波电路2给UPFC1中的直流电容充电，该过程称为不控整流充电，持续时间由进线过流保护电路6中的时间继电器设定，该过程结束后，进线过流保护电路6中的主开关Q1闭合，进线过流保护电路6被短路，UPFC1正常工作，输出过压保护电路7和限流器8不起作用；当三相电路受电端靠近装置处发生短路故障时，输出过压保护电路7中过压检测控制器检测到故障并触发TH7导通，使得进线缓冲滤波电路2出线端被三相短接，UPFC 1得到保护，同时限流器8通过串联变压器5向三相系统无延时插入限流电感L_dc,限制系统短路电流的幅值和上升速度。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。