限流式UPFC中UPFC模块与限流器模块的交互影响分析.pdf

第４１卷第８期２０１３年４月ｌ６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｏ１．４１ＮＯ．８Ａｐｒ．１６，２０１３限流式ＵＰＦＯ中ＵＰＦＯ模块与限流器模块的交互影响分析刘讶朋，江道灼，莫育杰（浙江大学电气工程学院，浙江杭州１３１００２７）摘要：统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）在电力系统发生故障时，其串联变换器易承受系统高电压与大电流的冲击而损坏。为了解决该问题，提出了一种采用饱和变压器耦合新型固态限流器的限流式ＵＰＦＣ拓扑。此拓扑由ＵＰＦＣ模块与限流器模块通过串联饱和变压器连接而成，正常运行时，ＵＰＦＣ模块实现常规优化控制功能并可动态补偿固态限流器所引起的压降；故障情况时，—ＳＳＦＣＬ模块呈现高阻抗状态限制系统及流入ＵＰＦＣ串联侧变换器的短路电流。该拓扑中串联饱和变压器的应用降低了ＳＳＦＣＬ侧整流桥的电压等级与容量，并将系统短路电流限制到设定值范围内，保证继电保护动作后可靠跳开故障回路断路器。最后通过１ＯＯＶ／３ｋＶＡ小样机试验证明此新型ＵＰＦＣ拓扑的正确性和可靠性。关键词：统一潮流控制器；ＳＳＦＣＬ；限流式ＵＰＦＣ；饱和型耦合变压器；有限元Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｕｎｉｆｉｅｄｐｏｗｅｒｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｍｏｄｕｌｅａｎｄｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｅｒｍｏｄｕｌｅ——ＬＩＵＹａｐｅｎｇ，ＪＩＡＮＧＤａｏｚｈｕｏ，ＭＯＹｕ￣ｉｅ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈ￣ｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ．ｔｈｅｓｅｒｉｅｓｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｆｕｎｉｆｉｅｄｐｏｗｅｒｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆＵＰＦＣ）ｍａｙｂｅｄａｍａｇｅｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｂｅａｒｉｎｇｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅａｎｄｌａｒｇｅｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍａｎｏｖｅｌｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＵＰＦＣｗｉｔｈｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃｏｕｐｌｉｎｇｎｏｖｅｌＳＳＦＣＬｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓａｔｕｒａｔｅｄｃｏｕｐｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．Ｉｎｔｈｅｎｏｒｍａｌｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｅ，ＵＰＦＣｍｏｄｕｌｅ—ｃｏｎｔｒｏｌｓｐｏｗｅｒｆ—ｌｏｗａｎｄｖｏｌｔａｇｅａｓｗｅｌｌａｓｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｓｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｄｒｏｐｃａｕｓｅｄｂｙｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｅｒ．Ｉｎｔｈｅ—ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｓｔａｔｅ，ｔｈｅｌａ—ｒｇｅ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅＳＳＦＣＬｐｒｏｔｅｃｔｓＵＰＦＣａｇａｉｎｓｔｓｙｓｔｅｍｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅａｎｄｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔ．ＷｉｔｈｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｔｕｒａｔｅｄｃｏｕｐｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎＳＳＦＣＬｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅｌｏｗｅｒｅｄＳＳＦＣＬｖｏｌｕｍｅｃｏｓｔｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ，ｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅｔｈｅｓｈｏｒｔ－－ｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｉｓｌｉｍｉｔｅｄｔｏｔｈｅｓｅｗｉｎｇｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒｅｌａｙｓｗｈｉｃｈｇｕａｒａｎｔｅｅｓｔｈｅｓｈｏｒｔ－－ｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒｔｒｉｐｐｅｄ・・ｏｆｆｒｅｌｉａｂｌｙ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ１００Ｖ／３ｋＶＡｐｒｏｔｏｔｙｐｅｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＣＯｎｔｒｏｌｏｆＵＰＦＣ．ＦＣＬ．—ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈｔｅｃｈＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍｏｆＣｈｉｎａ（８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）（Ｎｏ．２００８ＡＡ０５ｚ２１３）．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＰＦＣ；ＳＳＦＣＬ；ＵＰＦＣＦＣＬ；ｓａｔｕｒａｔｅｄｃｏｕｐｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＦＥＡ中图分类号：ＴＭ７６文献标识码：Ａ———文章编号：１６７４３４１５（２０１３）０８００３６０７０引言具有短路限流功能的统一潮流控制器（ＵｎｉｆｉｅｄＰｏｗｅｒＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈＦａｕｌｔＣｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｉｎｇ，限流式ＵＰＦＣ）是由浙江大学提出的一种新型ＦＡＣＴＳ装置，由统一潮流控制器（ＵＰＦＣ）模块ＩｌＪ与固态限流器（ＳＳＦＣＬ）模块通过饱和型串联变压器耦合而构成。电网正常运行时，限流器模块等效于短接，因此限流式ＵＰＦＣ可等效为常规ＵＰＦＣ，实现对系统潮流、电压（无功）等的灵活优化控制；当（其基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２００８ＡＡ０５Ｚ２１３）安装处附近）电网发生短路故障时，ＳＳＦＣＬ模块立即动作并呈现高阻抗，快速将系统短路电流及流入ＵＰＦＣ串联侧变流器的故障电流限制到设定水平以内，在确保故障回路断路器可靠跳闸的同时，还能保证ＵＰＦＣ免受电网故障高压、大电流的冲击。目前关于ＵＰＦＣ如何限制短路电流的理论研究—较少，其中文献［２３］探讨了ＵＰＦＣ应对短路电流的方法，通过短路时控制串入耦合变压器漏抗与限流电抗来限制短路电流，但未述及限流时如何解决控制系统动作的延时造成的暂态短路大电流极易损坏ＵＰＦＣ串联侧变流器开关器件的问题；文献［４酮述了限流式ＵＰＦＣ的控制策略，并仿真对比了常规ＵＰＦＣ与限流式ＵＰＦＣ在电网发生故障情况下可能刘讶朋，等限流式ＵＰＦＣ中ＵＰＦＣ模块与限流器模块的交互影响分析一３７．承受的短路电流水平，结果表明限流式ＵＰＦＣ具有良好的抗短路电流冲击性能，但因其串联耦合变压器采用常规变压器，在ＳＳＦＣＬ模块动作（即串联耦合变副边桥路闭锁退出运行）后，串联耦合变副边等效于开路，亦即是利用串联耦合变的不饱和励磁电抗实现限流，故而短路电流很小，极易导致继电保护装置因无法正确识别故障而拒动。本文应用场路耦合的三维有限元方法，以所研制的１０ｋＶ电压等级限流式ＵＰＦＣ为例，对其在正常情况与故障情况下ＵＰＦＣ模块与ＳＳＦＣＬ模块间的交互影响问题进行了建模仿真研究，并通过小样机对仿真结果的正确性进行了试验验证。１限流式ＵＰＦＣ工作原理分析限流式ＵＰＦＣ主电路拓扑见图１，其中ＵＰＦＣ模块由并、串联耦合变压器及两个共用直流侧电容的电压源变换器组成，ＳＳＦＣＬ模块采用三相桥式饱和变压器耦合新型固态限流器Ｊ。由图可知，串联耦合变压器（饱和型）为ＵＰＦＣ模块与ＳＳＦＣＬ模块所共享，其原边绕组串联接入电网主回路，副边一端与ＵＰＦＣ模块中的串联侧变换器交流端相连接，另一端（即常规ＵＰＦＣ串联耦合变副边绕组的共点端）接ＳＳＦＣＬ模块的整流桥交流输入端。一………………一Ｊ图１限流式ＵＰＦＣ拓扑图Ｆｉｇ．１ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＵＰＦＣ・ＦＣＬＵＰＦＣ模块等同于常规ＵＰＦＣ，并联变换器用于调节有功功率平衡，维持直流电容两端电压的稳定，同时提供无功功率补偿，控制并联侧系统接入点电压；串联变换器通过控制串入电网主回路的等效电压源：的幅值与相位，实现电网潮流与电压的平衡调节ｌ。ＳＳＦＣＬ模块在电网从正常运行到发生短路故障过程中将经历三种工作状态：正常运行态、过渡限流态（ＳＳＦＣＬ桥路未退出运行）与稳态限流态（ＳＳＦＣＬ桥路退出运行）。三种工作状态下呈现不同的等效电抗值，正常运行时由于直流电抗和续流管的作用，ＳＳＦＣＬ等效电抗大小仅为耦合变漏抗之和；当系统发生短路故障后，直流电抗瞬间插入故障回路同耦合变一同抑制短路电流上升率，ＳＳＦＣＬ等效阻抗值由直流电抗与耦合变共同决定；短路故障后，控制系统经过一定的故障反应时间，全控桥退出运行，耦合变压器副边断开，原边单独串入系统进行限流，ＳＳＦＣＬ等效阻抗由耦合变决定。ＳＳＦＣＬ在三种工作状态下的等效电路及其等效电抗ｃＬ的计算公式分别见图２与公式（１）～公式（３）【８］，其中、分别为耦合变压器原边漏抗、等效到原边的副边漏抗，ｏ、１、２分别为三种状态下对应的等效到原边的励磁电抗，ｄ为ＳＳＦＣＬ模块中的限流电抗等效到耦合变压器原边的电抗值【９】。（ａ］正常运行态（ｂ）过渡限流态【ｃ）稳态流态图２ＳＳＦＣＬ在三种工作状态下的等效对电路Ｆｉｇ．２ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｍｐｅｄａｎｃｅｏｆｔｈｅＳＳＦＣＬ。＝＋＋（１）以ｍＯ十Ａ２ＸＦＣＬ１Ｘ１－ｔ。Ｘｍｌ（Ｘ２了＂￣ＸＬｄ）（２）ＸＦｃｌＩ２＝Ｘ１＋ｍ２（３）１．１正常运行状态电网正常运行时，ＳＳＦＣＬ模块工作于全开通状“”态，其交流侧输入端处于等电位状态（忽略三相桥管压降），因此限流式ＵＰＦＣ可等效为常规ＵＰＦＣ，实现对电网电压与功率的灵活控制；此时ＳＳＦＣＬ模块对电网的等效电抗如图３ｆａ）所示，等效电抗值ｃＬ见公式（１）。由于正常运行时串联变压器铁芯不饱和，其励磁电抗ｏ值远大于原、副边漏抗，因此ＳＳＦＣＬ模块串入到电网主回路的等效电抗实际上就约等于耦合变压器的漏抗（等效到原边），—即ＸＦｃＬｏ，该值一般很小，且其所产生的电压损耗可通过调节ＵＰＦＣ串联侧变换器的输出电压进行补偿。１．２短路限流状态短路限流状态可根据ＳＳＦＣＬ模块的工况进一“”“”步分为过渡限流态与稳态限流态。１．２．１过渡限流态当限流式ＵＰＦＣ安装点附近电网发生短路故障时，全部或大部分系统电源电压突然施加到变压器的原边绕组并耦合到副边绕组，导致限流器模块直流侧电压突然增大，迫使续流管因承受反向电压而关断，其ＳＳＦＣＬ模块中的直流电抗将经串联耦合变压器立即（无延时）自动串入电网主回路限制初始短路电流；同时装置控制系统在检测、确认出故障．３８．电力系统保护与控制后快速封锁ＳＳＦＣＬ模块和ＵＰＦＣ模块变换器触发脉冲，此时ＳＳＦＣＬ模块中的续流管因承受反压而立即关断［１，但其晶闸管构成的三相整流桥上、下桥臂可能仍各有一个处于导通状态，并在最大延时约半个周波后才会关闭，在此期间（包括发生短路到封锁桥路触发脉冲的那段时间）ＳＳＦＣＬ模块处于过渡限流状态（等效电路如图２（ｂ）），耦合到串联变压器副边的全部（或大部分）系统线电压将经ＳＳＦＣＬ模块等效限流电抗和由与串联侧变换器ＩＧＢＴ管（已关断）反并联二极管构成的整流桥向ＵＰＦＣ直流侧并联电容充电，并导致ＵＰＦＣ直流侧电压升高。假设短路前ＳＳＦＣＬ的Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５导通，由于短路后电网电压全部（或大部分）降落在串联变压器原边，并耦合到副边绕组（相当于电压源）加在ＳＳＦＣＬ桥路上，迫使续流管Ｔ７、Ｔ８承受反压而关断，直流电感自动串入副边回路，且此时＞Ｕｂ＞０，＜０，Ｔ４，Ｔ５导通，而Ｔ３管被迫截止。此时在串联耦合变压器副边形成了由副边等效电压源、直流侧电容、等效限流电抗ｃＩ构成的ＬＣ回路，等效电路图如图３所示，图中Ｕ代表耦合到串联变压器副边的等效系统电源，等效限流电抗ＸＦｃＩ】则如式（２）所示。由图３可得。＝。ｃ＝／ｄ（）（４）ｆｄＩ仁。＝。ｄ。＝。图３过渡限流过程等效电路—Ｆｉｇ．３Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｉｎｇ可用式（４）分析过渡限流期问等效系统电源对ＵＰＦＣ模块直流侧电压的影响等情况。值得注意的是，电网发生短路故障后，限流式ＵＰＦＣ中的串联变压器磁路（原边绕组）将承受全部或大部分系统电压与短路电流而进入深饱和状态，其励磁电抗相较于非饱和态也急剧降低，使得感应到其副边的系统电压与短路电流也大幅减小，相当于改善了限流式ＵＰＦＣ在电网故障情况下的运行条件，有利于降低其绝缘等级与短路电流设计水平。另一方面，虽然过渡限流期间串联变压器励磁电抗值大为减小（即１＜＜Ａｒｍ０），但因直流电抗￡ｄ的作用（串入限流），ＳＳＦＣＬ模块由正常运行时的低阻抗状态变’为高阻抗状态，即ＸＦｃＬｌ＞ＸＦｃＬ０从而能够有效限制系统短路电流。１．２．２稳态限流态ＳＳＦＣＬ模块在其三相整流桥彻底关断退出运行后即进入稳态限流工作状态，该限流态下限流式ＵＰＦＣ的串联耦合变压器副边等效于开路，ＳＳＦＣＬ模块的等效电路如图２（ｃ），对外等效限流电抗ｃＬ２最大（￣ＦＣＬ２＞ＸｖＣＬ１＞ＸｖＣＬＯ），计算公式见式（３）。因为进入稳态限流态后，虽然串联耦合变压器的励磁电抗会因其磁路饱和程度的加深而进一步减小（即Ｘｍ２＜Ｘｍ１），但该饱和励磁电抗将全部串入电网主回路限制短路电流并最终将电网短路电流限制到设定值范围内。２ＵＰＦＯ与ＳＳＦＯＬ模块交互影响仿真分析分析限流式ＵＰＦＣ中ＵＰＦＣ模块与ＳＳＦＣＬ模块交互影响的仿真系统模型见图４，参数见表１。其中ＳＳＦＣＬ模块中的耦合变压器模型采用场路耦合的三维有限元法建立。表１１０ｋＶ／１ＭＶＡ限流式ＵＰＦＣ各部分参数列表—Ｔａｂｌｅ１Ｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｉ０ｋＶ／ＩＭＶＡＵＰＦＣＦＣＬ２．１正常运行态下的交互影晌由２．１分析可知，系统正常运行时，串联耦合变压器原边存在很小的等效漏抗压降，且该漏抗压降将随着流过耦合变原边主回路电流的变化而变化，如负载改变或ＳＳＦＣＬ模块中限流电感充磁时。ＵＰＦＣ模块能够通过调节其串联变换器的输出电压，对上述等效漏抗压降进行动态补偿，从而有效刘讶朋，等限流式ＵＰＦＣ中ＵＰＦＣ模块与限流器模块的交互影响分析．３９．减小（甚至消除）等效漏抗压降并抑制其受负载变化等引起的电流波动的影响。串联耦合变压器图４限流式ＵＰＦＣ仿真拓扑图Ｆｉｇ．４ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＵＰＦＣ－ＦＣＬ图５与图６分别为ＳＳＦＣＬ模块单独运行（相当于图４中串联耦合变副边与ＵＰＦＣ模块串联侧变换器交流侧连接的三相绕组端短接，ＵＰＦＣ模块除串联耦合变外全部退出）及ＵＰＦＣ模块与ＳＳＦＣＬ模块同时（即限流式ＵＰＦＣ）运行情况下，串联耦合变压器原边等效漏抗压降的仿真波形。６００４００２００＞０－２Ｏ００－３５０４００４５０．５００．５５图５ＳＳＦＣＬ单独运行时。原边压降Ｆｉｇ．５ＶｏｌｔａｇｅｄｒｏｐｏｆＴｓｅｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇｗｉｔｈＦＣＬｏｎｌｙ３Ｏ０２００１０００１００－２００—３００图６限流器ＵＰＦＣ运行时。原边压降Ｆｉｇ．６ＶｏｌｔａｇｅｄｒｏｐｏｆＴｓｅｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇｗｉｔｈＵＰＦＣ－ＦＣＬ图５仿真时假设在０．４５Ｓ时负载突然减小５０％，由图可知随着负载的改变等效漏抗压降也从原来的约２００Ｖ跃升到约５４０Ｖ并最后稳定在约３００Ｖ。图６仿真时假设ＵＰＦＣ模块在ＳＳＦＣＬ模块投入稳定运行Ｏ－３Ｓ后启动工作并对漏抗压降进行适当补偿，在０．４５Ｓ时负载突然减小５０％；由图可知在ＵＰＦＣ模块的补偿控制下，漏抗压降减小到约１００Ｖ，而且突减５０％负载时，漏抗压降只跃升到约３００Ｖ，之后仍然稳定在约１００Ｖ。比较图５、图６仿真结果可知，ＵＰＦＣ模块不但能够有效补偿串联耦合变压器原边的等效漏抗压降，而且对负载变化等引起的漏抗压降波动具有明显的抑制作用。２．２短路限流态下的交互影响图７为系统安装常规ＵＰＦＣ（相当于图４中串联耦合变采用常规变压器，且其连接ＳＳＦＣＬ模块整流桥交流侧的副边三相绕组端短接；ＳＳＦＣＬ模块除耦合变外全部退出），且在其安装点附近（负载侧）发生短路故障时，流过ＵＰＦＣ串联变原边绕组的系统短路电流仿真结果。由图可见初期短路电流峰值超过了１５０ｋＡ，即使稳态短路电流峰值也高达１００ｋＡ，如此高的短路电流耦合到串联变副边后，势必对ＵＰＦＣ的串联变换器造成巨大冲击。可见当电网发生短路故障时，常规ＵＰＦＣ必须迅速退出运行，否则极易被损毁，这也正是其难以在电力系统中获得推广应用的主要原因。图７ＵＰＦＣ单独运行时的故障电流Ｆｉｇ．７ＳｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｉｓｏｌａｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＵＰＦＣ图８（ａ）、图８（ｂ）为系统安装限流式ＵＰＦＣ情况下，电网相同位置发生同类短路故障时的仿真结果。由图８（ａ）可以看出，故障发生后ＳＳＦＣＬ模块立即动作进入过渡限流态，其等效阻抗也立即突变为高阻抗（该阶段主要是直流限流电感的作用）自动串入主回路限制短路电流，此时限流电感上的电压由稳态时的接近于０Ｖ骤升到最高约７ｋＶ峰值，流过的电流厶（亦即经ＵＰＦＣ模块串联侧变换器流入直流侧的电容充电电流ｉｃ）也快速上升至约４ｋＡ；之后ＳＳＦＣＬ模块三相整流桥关断退出，由正跳变到最大约一４０ｋＶ，然后在重新触发导通的续流管Ｔ７．８的作用下快速衰减到０，Ｉｄ也从７ｋＡ衰减至０【７］，ＳＳＦＣＬ模块结束过渡限流态并进入稳态限流态。图．．４０．．电力系统保护与控制８（ｂ）为电网发生短路后串联耦合变原、副边电流的仿真结果，由图可见，短路故障后，在ＳＳＦＣＬ模块的限流作用下，流过其原边的最大与稳态短路电流峰值分别仅为约３０ｋＡ和１６ｋＡ，与安装常规ＵＰＦＣ时的短路电流相比大为减小了；从图中还可看出，由于串联耦合变为饱和型的，故障后很快进入深饱和状态，因此其副边短路电流进一步减小了。图８ｆｃ）为电网发生短路故障前后串联耦合变原、副边电压仿真波形，由图可知故障前其原、副边电压均接近于零，说明ＳＳＦＣＬ模块基本不影响ＵＰＦＣ模块正常功能的发挥；故障发生、ＳＳＦＣＬ模块动作后，其原边峰值电压立即跃升至稳态约８ｋＶ（即系统等效电源电压）并使耦合变磁路进入深饱和状态，因此使副边电压波形产生了畸变，且明显降低了幅值。４．０３５３．０１５１．ＯＯ．５０Ｏ３０２０１００１０２０Ｕｄ一Ｌ一ｆ．１ｄ一Ｉ一，一，一～，，一３。２．０５２．Ｉ（（ａ１限流电感电流与电压１＼＼／、九ｎ＼¨『＼／＼／＼＼／＼¨¨¨＼ｆ＼ｆ＼』＼＼———厂下广弋］１弋１Ｔ＼／＼／＼ｆ＼ＶＶ＼。。２．Ｏ５２．１（ｄｏ）原副边电流，＼，～过渡限流态ｆｃ）原剐边电压图８短路限流态下限流式ＵＰＦＣ波形图——Ｆｉｇ．８ＵＰＦＣＦＣＬｇｒａｐｈｉｎｓｈＯｎｃｉｒｃｕｉｔｓｔａｔｅ短路限流态下的仿真结果表明，限流式ＵＰＦＣ中的ＳＳＦＣＬ模块能够在电网发生短路故障瞬间立即启动，并快速将短路电流限制在设定值范围内；饱和型串联耦合变压器在短路限流期间运行于深饱和状态，有效降低了其副边在故障期间的感应电压、电流，因此有利于降低限流式ＵＰＦＣ中功率半导体器件等的绝缘电压与额定电流耐量的设计水平，进而降低整个装置的体积与成本。３限流式ＵＰＦＣ的小样机试验验证搭建了１００Ｖ／３ｋＶＡ限流式ＵＰＦＣ小样机试验系统平台，试验样机见附录。对正常运行态下ＵＰＦＣ模块动态补偿串联耦合变压器等效漏抗压降的效果，以及短路限流态下ＳＳＦＣＬ模块的限流作用等进行了试验验证。限流式ＵＰＦＣ小样机参数如表２所示，其系统拓扑见图４，试验结果见图９、图１０。其中图９（ａ１为ＵＰＦＣ模块补偿前后的串联耦合变原边等效漏抗压降试验波形，图９（ｂ）为ＵＰＦＣ模块补偿作用下负载突减５０％时的串联耦合变原边等效漏抗压降试验波形；图ｌＯ（ａ）、图１０（ｂ）分别为负载侧发生三相短路时，在ＳＳＦＣＬ模块限流作用下的系统短路电流及串联耦合变原、副边电压试验波形。其中图９、图１０的横坐标均为时间轴。图９、图ｌ０试验波形的变化规律分别与图５和图８（ｂ）、图８（ｃ）相一致，验证了前面理论与仿真分析的正确性。表２３８０Ｖ／３ｋＶＡ限流式ＵＰＦＣ各部分参数列表—Ｔａｂｌｅ２Ｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ３８０Ｖ／３ｋＶＡＵＰＦＣＦＣＬ（ａ）ＵＰＦＣ模块对耦合变乐器漏抗压降补偿时变压器原边电且ｉｒ２Ｖ／ｄｉｖ）（ｂ）阻抗变化时变压器原边电压（１Ｖ／ｄｉｖ）图９正常情况下试验波形Ｆｉｇ．９Ｔｒｉａｌｇｒａｐｈｉｎｎｏｒｍａｌｓｔａｔｅ刘玢朋，等限流式ＵＰＦＣ中ＵＰＦＣ模块与限流器模块的交互影响分析．４１．●ｆ，ｆ、＼，、ｋｑｍ，，‘＿、＼一、＼７ｌ－１、、』ｌ№∞＜１０ｎ｛月２０．０ｎ““圳ｌｆｌ，１Ｂ（ａ）三相短路故障电流（３Ａ／ｄｉｖ）４结论（ｂ）副边开路限流时原副边电压（５０￣／ｄｉｖ）图１０故障情况下试验波形Ｆｉｇ．１０Ｔｒｉａｌｇｒａｐｈｉｎｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｓｔａｔｅ本文针对限流式ＵＰＦＣ中ＳＳＦＣＬ模块与ＵＰＦＣ模块在正常运行态与短路限流态的交互影响进行了仿真研究，并搭建１００Ｗ３ｋＶＡ限流式ＵＰＦＣ小模型试验平台进行了试验验证，得出以下结论：１）正常运行状态下ＵＰＦＣ模块不但能够有效补偿串联耦合变压器原边的等效漏抗压降，且对负载变化等引起的漏抗压降波动具有明显的抑制作用。２）短路限流态下ＳＳＦＣＬ模块可迅速抑制系统短路电流及经串联变耦合到副边流入ＵＰＦＣ模块串联变换器的短路电流，从而有效保护系统与ＵＰＦＣ模块免受短路大电流的冲击，提高系统运行可靠性。３）饱和型串联耦合变压器在系统发生短路故障时，耦合到其副边的系统故障电压与短路电流将因耦合变进入深饱和而大为降低，因此限流式ＵＰＦＣ采用饱和型串联耦合变压器后，可有效降低其内部元器件的绝缘等级与短路电流耐量设计水平，进而降低整个装置的体积与成本。附录图Ｉ耦合变压器Ｆｉｇ．ＩＣｏｕｐｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ图ＩＩ限流式ＵＰＦＣ样机—Ｆｉｇ．ＩＩＵＰＦＣＦＣＬｐｒｏｔｏｔｙｐｅ参考文献［１］王韶，刘光时，邹青林．计及ＵＰＦＣ的电力系统多目标无功优化［Ｊ１．电力系统保护与控制，２０１２，４Ｏ（８）：９５．１００．—ＷＡＮＧＳｈａｏ，ＬＩＵＧｕａｎｇｓｈｉ，ＺＯＵＱｉｎｇ一１ｉｎ．Ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＵＰＦＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４Ｏ（８）：９５－１００．［２］ＴａｋｅｓｈｉｔａＭ，ＳｕｇｉｈａｒａＨ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｉｎｇｏｆＵＰＦＣｆｏｒｐｏｗｅｒｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｉｎｌｏｏｐｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥ／ＰＥＳＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄ—ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｎｆｅｆｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，Ｏｃｔｏｂｅｒ６１０，２００２，Ｙｏｋｏｈａｍａ，Ｊａｐａｎ：２０３２－２０３６．［３］ＨｏｊｏＭ，ＦｕｊｉｍｕｒａＯｈｎｉｓｈｉＬｅｔａ１．ＡｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｏｄｅｏｆｖｏｌｔａｇｅＳＯＵｒＣｅｉｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ［Ｃ】／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ４１ｓｔＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ６－８，２００６．—Ｎｅｗｃａｓｔｌｅ－ｕｐｏｎ・Ｔｙｎｅ。ＵＫ：５９８６０２．［４］阎博，江道灼，吴兆麟，等．具有短路限流功能的统一潮流控制器设计［Ｊ］．电力系统自动化，２０１２，３６（４）：６９．７３．—ＹＡＮＢｏ，ＪＩＡＮＧＤａｏｚｈｕｏ，ＷＵＺｈａｏｌｉｎ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｕｎｉｆｉｅｄｐｏｗｅｒｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｉｎｇ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１２，—３６（４）：６９７３．［５］金鑫，江道灼．并联补偿电容对限流器运行影响的仿真研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（４）：５４－５７．—Ｊ１ＮＸｉｎ，ＪＩＡＮＧＤａｏｚｈｕｏ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｅｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｏｒｏｎｔｈｅｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｅｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３７（４）：５４５７．［６］吴兆麟，吕征宇，江道灼．电力电子型短路故障限流器：中国，ｚＬ２００４２００２２５８２．５【ＰＪ．．４２一电力系统保护与控制［７］［８］ＷＵＺｈａｏ－ｌｉｎ，ＬｔｉＺｈｅｎｇ－ｙｕ，ＪＩＡＮＧＤａｏ－ｚｈｕｏ．Ｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｙｐｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｅｒ：Ｃｈｉｎａ，ＺＬ２００４２００２２５８２．５［Ｐ］．史媛，江道灼，周月斌．统一潮流控制器同步锁相技术研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４Ｏ（７）：３７．４２．—ＳＨＩＹｕａｎ，ＪＩＡＮＧＤａｏ－ｚｈｕｏ，ＺＨＯＵＹｕｅｂｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｈａｓｅｌｏｃｋｅｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｉｎｕｎｉｆｉｅｄｐｏｗｅｒｆｌｏｗｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（７）：３７・４２．王栋．新型固态限流器系统中耦合变压器的研究［Ｄ】．杭州：浙江大学，２００７．ＷＡＮＧＤｏｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｔｈｅｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｍｒｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｈａｎｇｚｈｏｕ：Ｚｈ￣ｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００７．［９］蔡永华，江道灼，吴兆麟．新型固态限流器控制系统的研制［Ｊ］．电力系统自动化，２００４，２８（７）：６２．６６．—ＣＡＩＹｏｎｇ－ｈｕａ，ＪＩＡＮＧＤａｏ－ｚｈｕｏ，ＷＵＺｈａｏｌｉｎ．Ｓｔｕｄｙ—ｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｌｉｍｉｔｅｒ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００４，２８（７）：６２－６６．收稿日期：２０１２－０６－１４；—修回日期：２０１２－０９１８作者简介：刘砑朋（１９８８一），女，硕士研究生，研究方向为ＦＡＣＴＳ装置在电力系统中的应用；Ｅ．ｍａｉｌ：ｓｈｅｒｒｙ＠．．ｑｉ１６３ｃｏｍ江道灼（１９６０－），男，教授，长期从事交直流电力系统运行与控制、电力电子及ＦＡＣＴＳ装置的研究工作：莫育杰（１９８２一），男，博士，主要从事柔性交流输电和特种变压器优化设计方面的研究。