具有短路限流功能的统一潮流控制器的研制.pdf

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1、浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t F l e x i b l eA CT r a n s m i s s i o nS y s t e m ( F A C T S ) w h e nu s e di nt r a d i t i o n a lp o w e rs y s t e m ，c a n i m p r o v et h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yo ft h ep o w e rs y s t e ma n de n h a n c et h es y s t e ms t a b i l i t ya n d

2、 s e c u r i t y I nF A C T Sf a m i l yt h eu n i f i e dp o w e rf l o wc o n t r o l l e rO d P F C ) C a na c h i e v et h e f l e x i b i l i t yt oo p t i m i z ec o n t r o lo ft h ep o w e rf l o wa n dv o l t a g e ( r e a c t i v ep o w e r ) ，、析廿l c o m p r e h e n s i v er e g u l a t i

3、n go ft h et r a n s m i s s i o nl i n ep a r a m e t e r s - v o l t a g e ，i m p e d e n c ea n dp h a s e a n g l e ，t h e r e f o r ee f f e c t i v e l ye n h a n c et h ep o w e rs y s t e md y n a m i cp e r f o r m a n c ea n dr u n n i n g q u a l i t y B u tU P F C m u s tb et h ef a s t

4、e s to u to fo p e r a t i o n 、舫廿lt h es y s t e mt o r e a l i z ee l e c t r i c a l i s o l a t i a o nw h e n ( n e a rt h ei n s t a l l a t i o np o i n t ) s h o r t - c i r c u i tf a u l to c c u r s ，o t h e r w i s et h es e r i e s c o n v e r t e ro fU P F Cc a ne a s i l yb eb u r n e

5、 db e c a u s eo fw i t h s t a n d i n gt h ei m p a c to ft h es y s t e m l l i g h - v o l t a g ea n ds h o r t - c i r c u i tc u r r e n ti nav e r ys h o r tt i m e T I l i si sa l s ot h em a i nl e a S o no f U P F Cr e a l i z i n gw i d e l yu s ei np o w e rs y s t e m A n o t h e rF A

6、C T Sd e v i c e - S S F C Li sc a p a b l eo f q u i c k l yl i m i t i n gt h es h o r t c i r c u i tc u r r e n t t oe n s u r et h es a f e t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m C o m b i n i n g t h e a d v a t a g e s o fU P F Ca n dS S F C L ，an e wt y p eo fF A C T S d e v i c e

7、- U P F C - S S F C Li sp r o p o s e d I ti sc o m p o s e do fU P F Ca n dS S F C Lb ys e r i e sc o u p l i n g t r a n s f o r m e r 砀ed e v i c ei se q u i v a l e n tt ot h ec o n v e n t i o n a lU P F Cd u r i n gn o r m a lo p e r a t i o no f t h ep o w e rs y s t e ma n dp l a y st h et i

8、 d eo fr e g u l a t i o np o w e rf l o wa n dv o l t a g ec o m p e n s a t i o n f u n c t i o n W h e nt h es y s t e ms h o r t - c i r c u i tf a u l to c c u r s ，i ti m m e d i a t e l yl i m i t st h ef a u l tc u r r e n tt o l e s st h a nt h es e tl e v e la sw e l la sp r o t e c tU P F

9、 Cf r o mh i g h - v o l t a g ea n ds h o r tc i r c u i ti m p a c to f t h ec u r r e n td a m a g e 1 1 1 em a i nc i r c u i tt o p o l o g ya n dc h a r a c t e r i s t i c s ，w o r kp r i n c i p l eo fU P F C S S F C Li s i n t r o d u c e di nt h ep a p e r I t sc o n t r o ls t r a t e g i

10、 e s ( i n c l u d i n gt h em o d u l ei n d e p e n d e n ta n d c o o r d i n a t i o no fc o n t r o l s t r a t e g i e s a r em o r ei n d e p t hd i s c u s s i o n I ta l s o d e v e l o p s a 3 8 0 V 3 k V Am o d e le x p e r i m e n t a lp r o t o t y p eo fU P F C - S S F C L ，i n c l u d

11、 i n gt h em a i nc i r c u i t e q u i p m e n t ( c o m p o n e t s ) p a r a m e t e r sd e s i g n , c o n t r o lp r o g r a m m i n g ，s y s t e mm o d e l i n ga n d s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lv a l i d a t i o no ft h es m a l lm o d e lp r o t o t y p e 1 1 豫r e s u l t

12、ss h o wt h a t U P F C - S S F C Li sc a p a b l eo fa d j u s t i n gt h ep o w e rf l o wd u r i n gn o r m a lo p e r a t i o na n dl i m i t i n g t h es h o r t - c i r c u i tc u r r e n ta sw e l la sp r o t e c t i n gt h ed e v i c eo fi t so w ns e c u r i t yf e a t u r e sd u r i n g t

13、h es h o r t c i r c u i tf a u l to c c u r s K e yw o r d s ：F A C T SU P F CS S F C LU P F C - S S F C Lc o n t r o ls t r a t e g y I I I 浙江大学硕士学位论文 第一章 1 1 1 2 1 3 第二章 2 1 2 2 2 4 第三章 3 1 3 2 3 3 第四章 4 1 4 2 4 3 4 4 4 4 目录 者论l 课题目的与研究意义1 F A C T S 技术的发展现状与趋势2 本文的主要研究内容7 限流式U P F C 主电路拓扑、工作原理及控制

14、策略简介9 限流式U P F C 的主电路拓扑结构及特点9 限流式U P F C 的工作原理10 2 2 1U P F C 模块的工作原理1 0 2 2 2S S F C L 模块的工作原理13 2 2 3限流式U P F C 的工作原理1 5 限流式U P F C 控制策略分析一16 2 3 1U P F C 和S S F C L 的独立控制策略1 6 2 3 2 协调控制策略1 9 本章小结2 0 3 8 0 v 3 k 、，A 限流式U P F C 小模型样机研制2 2 小模型样机运行环境简介及额定参数确定2 2 小模型样机主电路设备( 元器件) 参数设计2 3 3 2 1U P F C

15、 模块主电路设备( 元器件) 参数设计2 3 3 2 2S S F C L 模块主电路设备( 元器件) 参数设计3 4 本章小结3 5 3 8 0 V 3 k V A 限流式U P F C 小模型样机的仿真验证3 6 电力系统仿真软件P S C A D E M T D C 简介3 6 小模型样机的仿真系统建模3 6 小模型样机在不同运行状态下的仿真分析3 8 4 3 1 启动状态下的仿真分析3 8 4 3 2正常运行状态下的仿真分析4 0 4 3 3 故障限流状态下的仿真分析4 1 故障限流状态下直流侧电容电压上升问题的研究4 5 4 4 1直流侧电容电压上升的原因分析4 5 4 4 2 直流

16、侧电容电压上升值计算表达式的推导。4 7 4 4 3 仿真验证4 8 本章小结4 9 I V 浙江大学硕士学位论文 第五章3 8 0 V 3 k V A 限流式U P F C 小模型系样机的实验验证。5 0 5 1 实验系统构建5 0 5 1 1 主电路系统构建5 1 5 1 2 控制系统简介5 1 5 2 实验方案制订5 2 5 3实验结果及分析5 3 5 3 1U P F C 模块并网调潮流实验结果5 3 5 3 2S S F C L 模块故障限流实验6 1 5 3 3限流式U P F C 实验结果6 2 5 4 本章小结。6 5 第六章总结与展望6 6 6 1 总结6 6 6 2 月足皇

17、! 6 6 参考文献6 7 硕士期间发表论文及科研成果7 0 V 浙江大学硕士学位论文 1 1 课题目的与研究意义 第一章绪论 F A C T S 概念自提出至今已经发展了2 0 多年，多种拓扑和功能的F A C T S 装置不断涌 现，女g S T A T C O M 、S S S C 等，但这些装置往往只能对决定线路潮流的三个因素( 电压、 阻抗和相角) 的其中之一进行调节，调节范围和能力受到限制【1 1 ，而L G y u g y i 博士在1 9 8 6 年提出的统一潮流控制器【1 1 【4 】( U n i f i e dP o w e rF l o wC o n t r o l l

18、 e r ，简称U P F C ) 可以同时对 电压、阻抗和相角进行调节，实现对系统潮流、电压( 无功) 等的灵活优化控制，提高 系统的输送能力，是目前业界公认的综合性能最为强大的F A C T S 装置f 4 5 】但U P F C 在( 其 安装点附近) 电力系统发生短路故障时必须以最快的速度退出运行【4 6 】并与系统实现电 气隔离，否则其串联变换器等电气设备极易因承受系统高电压与短路电流的冲击而在极 短时间内烧毁，这也是目前U P F C 难以在电力系统中获得广泛应用的主要原因之一 而另一方面，随着电力系统规模越来越大，结构也日益复杂，导致电力系统短路容 量日益增加，一旦发生短路将危及

19、电气设备以及人身安全，严重时还会破坏整个系统的 正常运行，造成大面积停电【2 0 1 ，因此在电力系统中发展并应用有效的短路限流技术是 解决短路容量增大问题的关键固态限流器( S o l i d s t a t eF a u l tC u r r e n tL i m i t t e r ，简称 S S F C L ) 是应用电力电子技术发展起来的较现实的限流技术【1 8 2 0 】【2 7 1 ，在故障情况下依 靠电力电子器件的快速可靠的动作迅速将短路电流限制下来，在多种固态限流器技术中 由浙江大学有关人员经过积极探索提出的新型固态限流器技术不仅可以满足限流技术 所需具备的限流特性的要求，同

20、时还具有多种灵活的控制方式【2 7 1 ，具有广阔的电力系 统中的应用前景 基于提高系统输送能力以及运行安全性两方面的考虑，同时为了保护U P F C 免受系 统短路故障对其造成的危害，浙江大学动态模拟实验室提出一种新型F A C T S 装置 具有短路限流功能的统一潮流控制器( U n i f i e dP o w e rF l o wC o n t r o l l e rw i t hS o l i d s t a t e F a u l tC u r r e n tl i m i t i n g ，简称限流式U P F C ) ，由U P F C 和S S F C L 两个模块通过串联耦

21、合变 压器连接而成，系统正常运行时装置运行在U P F C 模式，相当于常规的U P F C 实现对系 统潮流、电压( 无功) 等的灵活优化控制；系统发生短路故障时则立即切换到故障限流 状态，S S F C L 侧的直流电感快速并入串联变压器副边，将短路电流限制到设定的水平以 内，有效保护了U P F C 免受系统高电压和短路大电流的冲击而损毁。 浙江大学硕士学位论文 综上所述研究限流式u P F C 的设计原理与方法，控制策略，并进一步开展其对电力 系统的影响的研究( 如调节系统潮流、提高输电能力与系统暂态稳定性、短路限流作用 及其对系统的影响等) 不但可以为限流式U P F C 实现在电力

22、系统中的广泛应用打下坚实 的基础，同时也为研发各种高性f 毙F A C T S 装置并在电力系统中广泛应用扫清障碍，具 有重要的理论意义和实用价值。 1 2 F A C T S 技术的发展现状与趋势 电力系统迄今为止已经发展了一百多年，随着系统规模的不断扩大，电力负荷的不 断增长，已有的传统交流输电系统在现有的运行控制方式下难以充分利用其输电能力， 也难以满足长距离大容量输送电能的需要，而增设新的输电线路因受到线路走廊短缺的 制约无法实现，另外虽然传统的电力系统可以通过在线路中并联补偿电抗或者串联补偿 电容、投入或者断开某些线路改变系统的网络结构来改变系统潮流，但是这些措施往往 是通过操作机械

23、装置开关来完成的，响应速度慢，可靠性不高【3 引，因此在确保系统安 全稳定运行的前提下寻找新的运行控制技术，挖掘已有输电网络的潜力，最大限度的提 高电网输送容量是解决上述问题的一个重要途径 针对传统电力系统的诸多不足，美国电力科学研究院( E P R I ) 的N a r a i n G H i n g o r a n i 博士和L a s z l C r y u g y i 博士在1 9 8 6 年首先提出柔性交流输电系统( F l e x i b l eA C T r a n s i m i s s i o nS y s t e m ，简称F A C T S ) 的概念1 4 】【3 3

24、1 ，它指的是“在输电网络中引入由大功 率电力电子器件构成的自动控制装置，对输电网络( 包括网络参数和线路运行参数) 实 现快速灵活的调控，同时与发电机的各种快速控制相匹配，达到优化已有交流系统线路 潮流分布和提高输电能力的目的”【3 8 】F A C T S 概念一经提出立即受到电力工业界研究者 的热捧，相比较传统的交流输电系统，F A C T S 使基本不可控的电力系统转变得更加灵 活，可控性更高，增强了电力系统运行的安全性和稳定性，提高了电力系统的输送能力 和输电效率，对未来电力系统的发展将会产生深远的影响【3 9 1 另外计算机技术、电力 电子技术( 包括大功率电力电子器件) 和现代控

25、制技术的发展和F A C T S 的发展是互相 影响、互相推动并逐渐完善的，加快了各种技术发展的同时也令F A C T S 装置的研发以 及在电力系统中的应用日益广泛【2 3 】【3 3 】，下面对F A C T S 技术的发展现状和趋势进行简要 介绍 1 、F A C T S 技术的发展现状 2 浙江大学硕士学位论文 自F A C T S 提出已经2 0 余年，在此期间各种拓扑和功能的F A C T S 装置大量出现。常 见的F A C T S 装置分为串联型、并联型和混合型三种【3 8 】，串联型F A C T S 装置包括晶闸管 控制串联补偿器( T h y r i s t o rC o

26、 n t r o l l e dS e r i e sC o m p e n s a t o r ，T C S C ) 、静止同步串联补偿 器( S t a t i cS y n c h r o n o u sS e r i e sC o m p e n s a t o r ，S S S C ) ，故障限流器( F a u l tC u r r e n tL i m i t i n g ， S S F C L ) 等，并联型F A C T S 装置包括静止无功补偿器( S t a t i cV A RC o m p e n s a t o r ，S V C ) 、 静止同步补偿器( S t a

27、 t i cS y n c h r o n o u sC o m p e n s a t o r ，S T A T C O M ) 等，混合型F A C T S 装置 如统一潮流控制器( U P F C ) 、晶闸管控制移相器( T h y r i s t o rC o n t r o l l e dP h a s eS M R m g T r a n s f o r m e r ，T C P S T ) f 3 8 1 等和本文研究的限流式U P F C 相关的几个主要F A C T S 装置的 简介如下： ( 1 ) 静止无功补偿器( S V C ) 【4 】f 3 9 】 静止无功补偿器

28、( S V C ) 可以就地提供动态无功补偿，是有效改善电力系统运行稳 定性和提高电网输送容量的F A C T S 设备之一上世纪7 0 年代末期，美国通用电气公司 和西屋公司合作完成了世界上首台静止无功补偿器自S V C 开始投入商业运行以来，3 0 多年问世界各国都不断有S V C 投入运行，并取得可观的收益目前有资料记载的绝大 多数S V C 项目，特别是1 0 0M V A R 以上的大容量项目，都是由少数大型跨国公司承接的， 如A B B 、阿尔斯通和西门子等。它主要是由一组晶闸管控制电抗器单元( T C R ，T h y r i s t o r C o n t r o l l e

29、dr e a c t o r ) 和若干组晶闸管投切电容器单元( T S C ，T h ) ，r i s t o rS w i t c h e dC a p a c i t o r ) 并联组成，起到可变电感和可变电容的作用，改变线路阻抗，从而控制潮流分配，原理 图如图1 1 所示。 ( 2 ) 静止同步补偿器( S T A T C O M ) f 4 】【4 0 1 1 9 8 0 年采用晶闸管强迫换相拓扑结构的S T A T C O M I 圭t 三菱公司研制并获得了成功， 但其电路过于复杂，无法在电力系统中广泛应用，遂无法开展进一步的深入研究随着 新型电力电子器件的不断涌现，近年来S T

30、 A T C O M 的拓扑逐渐采用全控型电力电子器件 ( 如I G B T 、G T O 等) ，响应速度快、无需负载电容、电抗，控制也更加快速、灵活，无 功功率的调节范围更宽，能够实现瞬时无功补偿、阻尼系统振荡、增强系统的暂态稳定 等。为提高效率和减小谐波，S T A T C O M 般采用多电平拓扑结构，如三电平、五电平 等，采用I G B T 构成的三电平S T A T C O M 原理结构如图1 2 同样是调节无功功率，S T A T C O M 相比S V C 功能更为强大，在各国电力工业界收到 广泛重视，目前已有多台大容量S T A T C O M 投入运行1 9 8 6 年西屋

31、公司和美国电科院合 作在纽约州O r a n g e & R o c k l a n dU t i l i t i e sI I l c 公司的电网上实验验证通过了一台 浙江大学硕士学位论文 1 M V A R 的S T A T C O M 装置，之后的1 9 9 5 年是两家公司又合作在美国田纳西电力局的 S u l l i v a n 电站建造了一台容量1 0 0 M V A R 的S T A T C O M ，使该电站免去了建造一条新的输 电线路同时达到了扩充输电能力的目的，也实现了S T A T C O M 具有的电压调控以及阻尼 系统振荡的功能。1 9 9 8 年美国电科院和美国电力

32、公司合作在位于肯塔基州的I N E Z 电站 建设了容量1 6 0 M V A R 的S T A T C O M 并投入试运行我国在S T A T C O M 的研究和应用方 面也取得了一定成绩，1 9 9 9 年河南省电力局和清华大学合作研制了一台1 2 0 M V A R 的 S T A T C O M 并投入运行至今 高匪 交藐 系统 戳 图1 1S V C 原理结构示意图图1 2 三电平S T A T C O M 原理结构示意图 ( 3 ) 晶闸管控制串联补偿器( T C S C ) 1 4 1 1 3 9 晶闸管控制串联补偿器( T C S C ) 于1 9 8 6 年由t l l

33、a y a n l i l 等提出，主要由电容器及- 9 其并联并受晶闸管控制的电抗器组成，通过控制晶闸管的开通相位改变电抗器的值，从 而部分抵消串联电容来实现串联补偿电容值的连续调节，因此由于半可控晶闸管的引 入，T C S C 可以控制为合适的电容或电抗，快速连续的调节所补偿输电线路的等值阻抗， 在一定范围内起到调节线路输送潮流的作用其原理结构图如图1 3 所示 母 线 1 母 线 2 圈1 3T C $ C 屎理结果示意圈 1 9 9 2 年美国西部电管局建立了世界上第一台T C S C ，包含等效阻抗1 5 f 2 ，4 0 t “ 2 和5 5 Q 的三个串联电容器，其中容量为4 5

34、 M v A 的1 5 f 2 串联电容是晶闸管控制的，安装在长 4 浙江大学硕士学位论文 度3 0 0 k i n ，电压等级2 3 0 V ，传输容量3 0 0 M W 的传输线上，提高了输电线补偿度，并且 抑制了系统中可能出现的次同步振荡。我国在1 9 9 7 年完成了第一项T C S C S - 程，于2 0 0 3 年又完成了国内第一个5 0 0 k V 可控串联电容补偿装置一南方电网平果串补站，为“西电 东送”增加了3 0 0 M W 的输电容量。 ( 4 ) 静止同步串联补偿器( S S S C ) 1 4 1 2 1 】 1 9 8 9 年G y u g y i 提出基于变换器

35、进行并联和串联补偿的概念时给出了s s s c 的概念， 它利用电压源变换器作为基本构成元件，除了可以实现有功和无功补偿外还可以控制线 路传输角，调节线路潮流，其原理结构图如图1 4 所示它是基于同步电压源的原理， 通过向系统注入一个幅值和相角均可控的电压和系统进行无功交换；如果直流侧不是电 容而是储能装置的话还可以和系统交换有功功率，起到调节线路潮流的作用S S S C 对 外可以认为等效为一个可变阻抗，但它与T C R 、T S C 不同之处在于它的调节范围更宽， 可以双向传输有功和无功功率，但是后两者只能交换无功功率 虽然S S S C 具有诸多优点，但其在电力系统中应用时需要有效可靠的

36、控制，仍面临 着一些实际的问题，S S S C 和S T A T C O M 共同构成了U P F C ，目前实用的S S S C 也见于1 9 9 8 年美国电力公司在东肯塔基州的I N E Z 电站的一台1 6 0 M V A R 的U P F C 装置上 B u s l U I 图1 4S S S C 原理结构示意图 ( 5 ) 统一潮流控制器( U P F C ) 【l 】【4 】【2 l 】 U P F C 是美国西屋公司的L G y u g y i 博士在1 9 9 1 年提出的，是目前公认的综合性能最 为强大的新型F A C T S 装置，其原理结构图见图1 5 所示它主要由全控

37、型变换器，串联 交换器、直流母线、并联变压器和串联变压器构成，可以看出U P F C 相当于一个 S T A T C O M 和S S S C 通过直流母线连接构成并联变换器( S T A T C O M ) 部分主要用来维 浙江大学硕士学位论文 持直流母线电压的稳定，并且同时可以和系统进行无功功率交换；串联变换器( S S S C ) 部分通过串联变压器向系统注入一个幅值和相角均可调的电压，和系统进行有功和无功 交换，从而改变了线路传输的潮流，需要指出的是S T A T C O M 和S S S C 可以独立的与系统 交换无功功率，但s s s c - 与系统交换的有功则需要S T A T

38、C O M 从系统侧吸收( 或发出) 并 通过直流母线传输给S S S C 。 脑l U 图1 5I I P F C 原理结构示意圈 世界上第一台投入系统运行的U P F C 是1 9 9 8 年美国电力公司建造的，运行于肯塔基 州I N E Z 变电站，容量1 6 0 M V A R 。我国在U P F C 方面的研究目前还处于实验状态，未 投入实际电网运行华中科技大学已研究出一台7 5 k V A 的小型U P F C 实验系统，并进行 了试验 ( 6 ) 故障限流器( S S F C L ) i s 】1 1 9 】1 2 0 1 1 2 7 l 电力系统规模不断扩大使得短路容量也随之增

39、大，给电力系统安全稳定的运行带来 了极大的隐患，需要才去切实有效的限流措施，将故障电流限制在合理范围内，故障限 流器应运而生，包括超导限流器、磁饱和限流器等，美国电力科学院于九十年代经过对 现有限流技术详细调研后认为采用电力电子器件构成的固态限流器性价比更低，可靠性 更高，可以带来极大的经济效益和社会效益，目前固态限流器包括G T O 开关型限流器、 谐振式限流器、可变阻抗式限流器等1 9 9 5 年美国西屋公司和美国电科院合作研制了一 台1 3 8 k V ，6 7 5 A 的短路限流器，安装在P S E & G 变电站，投入运行；日本东北电力公司 和日立公司研制了分布式短路限流器( D C

40、 L D ) 的试验装置并进行了试验我国在限流 器方面起步较晚，但也取得了一定成果，华中科技大学研究了基于串联补偿作用的限流 器并进行了试验；浙江大学有关人员经积极探索后提出了一种桥式限流器，并进行了实 6 浙江大学硕士学位论文 验研究工作，也与国家相关部门合作积极开发工业试验样机。应用于三相系统的变压器 耦合三相桥式限流器原理结构图如图1 6 所示。电力系统正常时耦合变压器二次侧短路， S S F C L 不会对系统运行产生影响；发生短路故障时直流限流电感快速切入变压器副边， 等效于在变压器原边即线路中插入一个限流电感，从而将短路电流限制在一定水平 一1 图1 6S S F C L 原理结构

41、示意图 2 、F A C T S 技术的发展趋势 分布式电源是我国今后电源发展的重要方向之一，而随之带来的问题便是如何优化 控制分布式电源的配电系统潮流及限制短路电流，提高系统可控性和运行品质( 稳定性、 安全性、经济性及电能质量等) 是发展分布式电源必须考虑的关键技术问题。而F A C T S 装置自其提出以来，随着计算机技术、电力电子技术、现代控制技术的快速迅猛的发展 也逐渐完善并应用于实际电网，是国内外业界公认的可有效提高输配电系统性能的先进 装置阿【3 3 1 保证电网安全稳定运行的前提下如何将F A C T S 装置更可靠的运行于实际电 力系统，以及在发挥单个F A C T S 装置

42、最大功能的前提下如何使多个F A C T S 装置之间协 调运行是需要进一步深化研究的课题，限流式U P F C 装置就是一个典型的多个F A C T S 装 置协调运行的例子，这也是今后研究的热点 1 3 本文的主要研究内容 以电力电子器件为核心组成部分的F A C T S 自概念提出以来发展出了众多类型的 F A C T S 装置【4 7 1 ，并部分已经应用在传统的电力系统里，提高了电力系统控制的可控性 和灵活性，同时也改善了系统运行的稳定性，增强了系统输送电能的能力。本课题提出 的具有短路限流功能的统一潮流控制器( 简称限流式U P F C ) 是一种新型的F A C T S 装 浙江

43、大学硕士学位论文 置，国内外尚无研究报导，一旦研制成功，其成果不但可应用于含分布式电源的配电系 统，进一步可发展到输电系统，实现潮流的优化控制，提高配网可控性和运行品质，而 且可为研发各种高性能的F A C T S 装置并在电力系统中应用扫清障碍。 由于距离限流式U P F C 概念的提出时间不久，目前对其的研究工作仅处于原理验 证阶段，主要考察其在系统正常运行时是否具有潮流调节功能，在系统发生短路故障时 是否可以限制住短路电流。 本文依托于国家高级研究发展计划( 8 6 3 计划) 课题项目一具有短路限流功能的 分布式电网潮流控制器研制”，制作了一台3 8 0 V 3 k V A 的限流式U

44、 P F C 小模型样机并成 功完成了实验验证，主要工作包括： ( 1 ) 介绍了限流式U P F C 的拓扑结构，在阐述限流式U P F C 包含的两个模块一潮流 控制模块( U P F C ) 和限流器模块( S S F C L ) 的工作原理的基础上分析了限流式U P F C 的工作原理并结合其工作特点探讨了它的控制策略，主要包括U P F C 模块和S S F C L 模 块的独立控制策略以及限流式U P F C 在启动、正常运行、故障限流三种工作状态下的 协调控制策略，其中针对故障限流状态提出了两种控制策略并分析了两者优缺点。 ( 2 ) 确定了限流式U P F C 小模型样机主电路

45、设备( 元器件) 的参数，为装置部件的 选型和制作提供了理论依据。 ( 3 ) 利用电力系统仿真软件P S C A D E M T D C 对限流式U P F C 的工作原理、以及提 出的装置在启动、正常运行、故障限流三种工作状态下的控制策略等进行了分析验证， 并对限流式U P F C 故障限流工作状态中采取第一种控制策略造成的直流侧电容电压上 升的现象进行了详细分析 ( 4 ) 设计、制作限流式U P F C 小容量模型样机，介绍了小模型主电路和控制系统的 构成，利用仿真分析结果确定了小模型实验方案，完成了对装置主电路拓扑、工作原理、 控制策略、控制系统等的验证并对实验结果进行了分析，为1

46、0 k V 1 M V A 限流式U P F C 大样机的研制打下了坚实的基础 浙江大学硕士学位论文 第二章限流式U P F C 主电路拓扑、工作原理及控制策略简介 具有短路限流功能的统一潮流控制器( U n i f i e dP o w e rF l o wC o n t r o l l e rw i t hF a u l t C u r r e n tl i m i t i n g ，简称限流式U P F C ) 是由浙江大学动模实验室提出的一种新型F A C T S 装置，在系统正常运行时可以发挥常规U P F C 调节潮流的功能，系统发生短路故障时 发挥S S F C L 故障限流的功能，将