專利名稱：具有短路限流功能的綜合潮流控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及潮流控制器，屬于電力系統(tǒng)的輸配電設(shè)備。
技術(shù)背景潮流控制器，又稱UPFC (Unified Power Flow Controller),以三相為例，其典型原理結(jié)構(gòu)見圖1。UPFC包括三相可控整流器、三相逆變器和耦合變壓器T。逆變器的輸出經(jīng) 耦合變壓器T串接在輸電系統(tǒng)中。逆變器可以輸出一個幅值和相位可調(diào)的電勢， 因而UPFC能動態(tài)調(diào)節(jié)輸電系統(tǒng)的潮流分布，使系統(tǒng)各部分潮流達(dá)到合理分配， 提高系統(tǒng)的輸電能力，改善系統(tǒng)的運行狀態(tài)。它還可以靈活地調(diào)節(jié)補(bǔ)償線路中 的無功功率，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定裕度。因此被認(rèn)為是現(xiàn)代輸電系統(tǒng)中很有 應(yīng)用前景的FACTS裝置之一。但由于UPFC串接在輸電系統(tǒng)中，當(dāng)UPFC的負(fù)載側(cè)發(fā)生短路時，巨大的短 路電流也將流經(jīng)UPFC，這對于由過載能力相對較低的電力電子元件組成的裝置 來說是致命的。如果沒有有效的短路限流措施，UPFC中的逆變器必將被損壞。 例如當(dāng)短路發(fā)生時，全部(或絕大部分)系統(tǒng)電壓將加在耦合變壓器上，如這 時逆變器的開關(guān)元件St正處于開通狀態(tài)，而這時的系統(tǒng)電壓正好使"fc>"。，則 zv經(jīng)A和&短接，這相當(dāng)于變壓器的A、 B兩相在副邊短接，巨大的短路電流 也必流經(jīng)A和S;而使其燒損。短路時的其它工況也可使巨大的短路電流流經(jīng)濾 波電容而產(chǎn)生高壓或流經(jīng)可控整流器致使電容或整流器元件損壞。由于這一問 題的存在，嚴(yán)重影響了這一技術(shù)性能優(yōu)良的調(diào)控裝置在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用， 因此發(fā)展一種具有短路限流功能的UPFC無疑具有極大的應(yīng)用價值。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有短路限流功能的綜合潮流控制器。為達(dá)上述目的，本實用新型有以下兩種技術(shù)解決方案 方案1對于三相輸電系統(tǒng)，本實用新型的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，包 括三相可控整流器、三相逆變器和三相耦合變壓器，其特征是三相耦合變壓器 的副邊中性點解開串接一個三相橋式限流器，三相橋式限流器由整流管構(gòu)成的 三相整流橋和跨接在三相整流橋輸出端的續(xù)流管與限流電感的并聯(lián)電路組成， 其中，續(xù)流管的陰極接三相整流橋的正電壓端，續(xù)流管的陽極接三相整流橋的 負(fù)電壓端。
方案2對于三相分相運行的輸電系統(tǒng)，本實用新型的具有短路限流功能的綜合潮流 控制器，包括單相可控整流器、單相逆變器和單相耦合變壓器，其特征是單相 耦合變壓器的副邊串接一個單相橋式限流器，單相橋式限流器由整流管構(gòu)成的 單相整流橋和跨接在單相整流橋輸出端的限流電感組成。本實用新型的有益效果在于具有短路限流功能的綜合潮流控制器(UPFC)在正常狀態(tài)下運行于常規(guī) UPFC模式，因此具有常規(guī)UPFC的全部功能； 一旦系統(tǒng)發(fā)生短路，則立即自動 進(jìn)入短路故障限流(FCL)模式，抑制短路電流，既能保證裝置自身免受短路電 流的危害，同時又能有效限制系統(tǒng)短路電流，大大減輕短路故障給系統(tǒng)造成的fe害o
圖1是潮流控制器的原理結(jié)構(gòu)圖；圖2是用于三相輸電系統(tǒng)的具有短路限流功能的綜合潮流控制器電路圖； 圖3是一種三相橋式限流器示意圖； 圖4是另一種三相橋式限流器示意圖；圖5是用于三相分相運行的輸電系統(tǒng)的具有短路限流功能的綜合潮流控制 器電路圖；圖6是另一種單相橋式限流器示意圖。
具體實施方式
參照圖2，用于三相輸電系統(tǒng)的具有短路限流功能的綜合潮流控制器包括三 相可控整流器、三相逆變器和三相耦合變壓器T，其特征是三相耦合變壓器的副 邊中性點解開串接一個三相橋式限流器，三相橋式限流器由整流管Tl-T6構(gòu)成 的三相整流橋和跨接在三相整流橋輸出端的續(xù)流管與限流電感Ld的并聯(lián)電路組 成，圖例中，續(xù)流管由相串聯(lián)的兩組T7和T8組成，續(xù)流管T7的陰極接三相整 流橋的正電壓端，續(xù)流管T8的陽極接三相整流橋的負(fù)電壓端。續(xù)流管T7和T8也可如圖3所示，合成為一組管子T7。根據(jù)需要，為了快速切斷短路電流，跨接在三相整流橋輸出端的電路也可以 如圖4所示，為在續(xù)流管T7與限流電感Ld的并聯(lián)電路上串聯(lián)開關(guān)元件SW的 電路。開關(guān)元件SW可以是電子開關(guān)元件，如GTO， IGBT， IGCT等，或者也 可以采用機(jī)械開關(guān)。三相橋式限流器中的整流管和續(xù)流管可以采用功率二極管或晶閘管，也可以 采用門極可關(guān)斷的電力電子元件，如GTO， IGBT， IGCT等。
工作原理如下正常運行時，三相橋式限流器中的Tl-T8處于全觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)。由于整流 橋的能量傳輸是單方向的，即由三相輸入端向直流側(cè)傳輸。在經(jīng)短暫的啟動暫 態(tài)后，限流電感Ld中的電流達(dá)負(fù)載電流的峰值后即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運行。在穩(wěn)態(tài)運行時，由T續(xù)流管T7、 T8的續(xù)流作用，整流橋的直流側(cè)相當(dāng)于被短接，也就相當(dāng) 于整流橋三相輸入端被短接。比較圖1和圖2可見這時(在穩(wěn)態(tài)運行時)兩者 的運行特性完全相同。但當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載側(cè)發(fā)生短路時，整流橋直流側(cè)的電流將隨 系統(tǒng)短路電流的增加而增加。當(dāng)直流側(cè)電流企圖大于限流電感的電流時，續(xù)流 貨T7、 T8即被反壓截斷，限流電感Ld瞬即串入回路限制短路電流的上升。由 圖2可見不論UPFC處于何種工作狀態(tài)，流經(jīng)其逆變器的短路電流必將流經(jīng)耦 合變壓器T的副邊，而變壓器T的副邊又與三相橋式限流器串聯(lián)，因此這一短 路電流一定受到該限流器的抑制。由于限流電感在系統(tǒng)的繼電保護(hù)做出反應(yīng)之 前(即在短路發(fā)生瞬刻)自動串入系統(tǒng)限制短路電流，只要設(shè)計限流電感值足 夠穴，就可把短路電流值限制到期望值以下。因此它不僅能有效保護(hù)UPFC本 身免遭短路電流的損壞，而且還能將系統(tǒng)短路電流限制到所需的期望值。用于三相分相運行輸電系統(tǒng)的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，如圖5 所不，包括單相可控整流器、單相逆變器和單相耦合變壓器T，其特征是單相耦 合變壓器的副邊串接一個單相橋式限流器，單相橋式限流器由整流管Tl-T4構(gòu) 成的單相整流橋和gM在單相整流橋輸出端的限流電感Ld組成。為了快速切斷短路電流，跨接在單相整流橋輸出端的電路也可以如圖6所 示，是限流電感Ld并聯(lián)續(xù)流管T7再串聯(lián)開關(guān)元件SW的電路。開關(guān)元件SW 口J以是電子開關(guān)元件，如GTO， IGBT， IGCT等，或者也可以采用機(jī)械開關(guān)。單相橋式限流器中的整流管Tl-T4可以采用功率二極管、晶閘管或門極可 關(guān)斷的電力電子元件。所說的續(xù)流管T7也可以是功率二極管、晶閘管或門極可 關(guān)斷的電力電子元件。工作原理如下由圖5可見正常工作時，單相橋式限流器中的Tl-T4處于全觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)。 由于整流橋的能量只能由輸入端向直流側(cè)傳輸。在經(jīng)短暫的啟動暫態(tài)后，限流 電感Ld中的電流達(dá)負(fù)載電流峰值后即進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運行。在穩(wěn)態(tài)運行時，由于整流 橋各橋臂管的續(xù)流作用整流橋直流側(cè)相當(dāng)于被短接，也即相當(dāng)于單向整流橋輸 入端被短接。這時UPFC的功能與常規(guī)UPFC的功能無異。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相短 路其短路電流企圖大于限流電感電流時，起續(xù)流作用的橋臂管被系統(tǒng)電壓截斷， 限流電感瞬即自動插入系統(tǒng)將短路電流限制到預(yù)設(shè)的期望值以下。
權(quán)利要求1.具有短路限流功能的綜合潮流控制器，包括三相可控整流器、三相逆變器和三相耦合變壓器，其特征是三相耦合變壓器的副邊中性點解開串接一個三相橋式限流器，三相橋式限流器由整流管(T1-T6)構(gòu)成的三相整流橋和跨接在三相整流橋輸出端的續(xù)流管(T7)與限流電感(Ld)的并聯(lián)電路組成，其中，續(xù)流管的陰極接三相整流橋的正電壓端，續(xù)流管的陽極接三相整流橋的負(fù)電壓端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，其特征在于 二相橋式限流器中的整流管(Tl-T6)和續(xù)流管(T7)是功率二極管、晶閘管或門 極可關(guān)斷的電力電子元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，其特征是在 續(xù)流管(T7)與限流電感(Ld)的并聯(lián)電路上串聯(lián)開關(guān)元件(SW)，再跨接在三相整 流橋的輸出端。
4. 具有短路限流功能的綜合潮流控制器，包括單相可控整流器、單相逆變器 和單相耦合變壓器，其特征是單相耦合變壓器的副邊串接一個單相橋式限流器， 單相橋式限流器由整流管(Tl-T4)構(gòu)成的單相整流橋和跨接在單相整流橋輸出 端的限流電感(Ld)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所說的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，其特征在于 單相橋式限流器中的整流管(Tl-T4)是功率二極管、晶閘管或門極可關(guān)斷的電 力電子元件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所說的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，其特征是跨 接在單相整流橋輸出端的電路是限流電感(Ld)并聯(lián)續(xù)流管(T7)再串聯(lián)開關(guān)元件(SW)的電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所說的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，其特征在于 續(xù)流管(T7)是功率二極管、晶閘管或門極可關(guān)斷的電力電子元件。
專利摘要本實用新型公開的具有短路限流功能的綜合潮流控制器，包括可控整流器、逆變器和耦合變壓器，對于三相輸電系統(tǒng)，采用將耦合變壓器的副邊中性點解開串接一個三相橋式限流器，在三相整流橋的輸出端跨接由續(xù)流管與限流電感的并聯(lián)電路。對于三相分相運行的輸電系統(tǒng)，采用在單相耦合變壓器的副邊串接一個單相橋式限流器，在單相整流橋的輸出端并聯(lián)接限流電感。本實用新型的具有短路限流功能的綜合潮流控制器在正常狀態(tài)下運行于常規(guī)模式，一旦系統(tǒng)發(fā)生短路，則立即自動進(jìn)入短路故障限流模式，抑制短路電流，既能保證裝置自身免受短路電流的危害，同時又能有效限制系統(tǒng)短路電流，大大減輕短路故障給系統(tǒng)造成的損害。
文檔編號H02J3/00GK201051670SQ20072010832
公開日2008年4月23日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者吳兆麟, 呂征宇, 楊貴玉, 江道灼 申請人:浙江大學(xué)