一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置及方法，其保護裝置包括：分別并聯在耦合變壓器副邊的避雷器和電流互感器；避雷器與快速旁路開關并聯，快速旁路開關經第一開關與電壓換流器并聯。本發明專利技術提供的技術方案用修改故障電流保護定值的方法來適應不同規劃時期的電網線路故障保護需求，避免了對其他設備選型需相互配合并考慮線路工況及故障類型的情況。

Protection device and method for distributed series coupled power flow controller

The invention provides a device and method for protecting distributed series coupled flow controller, the protection device comprises: respectively in parallel arrester and current transformer coupled to the secondary side of the transformer; lightning arrester and fast parallel bypass switch, fast bypass switch through the first switch and the voltage converter in parallel. The technical scheme of the invention provides a method for modifying the fault current protection setting value to adapt to different planning period of power line fault protection requirements, to avoid other equipment selection is matched with considering line conditions and fault types of the.

【技術實現步驟摘要】
一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置及方法
本專利技術涉及交流輸電系統
，具體涉及一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置及方法。
技術介紹
分布式潮流控制器(DPFC)是一種利用分布式的小型化單相子單元對電網潮流進行控制的控制器，具有體積小、重量輕、成本低廉等特點；大量分布式子單元保障了設備的冗余性，進而提升了裝置的可靠性；同時，DPFC裝置可采用分布式的方式安裝在輸電線路上，其有效解決了變電站場地緊張等問題，同時可以大幅提高電網運行的穩定性、經濟性和可靠性。在交流輸電系發生故障時，線路中會流經較大的故障電流，對于串聯在線路中的分布式潮流控制器及其二次側所連接的設備造成過流和過壓的情況。在無任何潮流控制裝置的系統中，電網潮流主要根據系統輸電線路等阻抗函數自然分布，較之于高阻抗輸電線路，低阻抗輸電線路將承擔更大的系統潮流。但這種自然形成的、不受控制的潮流分布通常上不是系統運行所希望的潮流分布，還可能會給系統的運行帶來輸送能力不足、傳輸損耗大、電壓越限，甚至破壞系統穩定等一系列問題。此外，根據國家能源戰略和電力規劃措施的實行，當跨區域、大容量特高壓直流輸電中的直流功率分層接入電網后，引起的潮流控制與靈活消納問題，以及大規模新能源集中接入后，對電網運行及潮流柔性控制的影響，使得電力系統對潮流控制、輸電能力和穩定程度提出了更高的要求。因此，需要提供一種技術方案來滿足現有技術的需要。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術提供一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置及其保護方法。其保護裝置包括：分別并聯在耦合變壓器副邊的避雷器和電流互感器；避雷器與快速旁路開關并聯，快速旁路開關經第一開關與電壓換流器并聯。電流互感器包括：電流取能電路和電流采樣電路；電流取能電路和電流采樣電路經控制單元分別與快速旁路開關、第一開關及電壓換流器相連。避雷器并聯在耦合變壓器副邊的二次側出口處?？焖倥月烽_關包括：一對反并聯的晶閘管及與反并聯的晶閘管并聯的第二開關。電壓源換流器中的IGBT模塊采用H橋連接方式；H橋的橋臂設有可關斷器件IGBT及與可關斷器件IGBT并聯的二極管；IGBT模塊與電容并聯。耦合變壓器的鐵芯呈圓筒狀。耦合變壓器的原邊為輸電線路，所述原邊繞組與各副邊繞組間采用獨立的鐵芯結構，其采用硅鋼片壓制而成。避雷器為金屬氧化物避雷器。控制單元包括無線通信模塊。其保護方法包括步驟：1)電壓換流器檢測到故障電流后，關斷電壓源換流器中的可關斷器件IGBT；2)控制單元采樣故障電流后，斷開第一開關，判斷故障類型，導通快速旁路開關中反并聯的晶閘管；3)故障電流對電壓換流器中的電容充電；4)故障電流完成從避雷器向反并聯的晶閘管轉移后，閉合第二旁路開關；5)第二開關載流至故障結束。與最接近的現有技術相比，本專利技術提供的技術方案具有以下有益效果：1、本專利技術通過一對反并聯的晶閘管和機械開關組成的旁路開關BPS，使故障電流全部由旁路開關承載，并根據實際線路工況選定的金屬氧化物避雷器MOV和帶有內置過流保護的IGBT驅動模塊，從而避免了旁路開關在旁路后意外誤動斷開，MOV因短路時間過長而超過其能量承載能力而損壞后，故障電流不得不經二極管給電容充電而造成電容、VSC電路電壓過高而產生損毀的情況。2、本專利技術通過協調優化動作順序和完備的設備檢測手段，實現了正常運行工況下器件故障所導致的設備故障監視保護，避免對線路正常運行產生其他負面影響，有效對故障情況下線路進行了設備保護。3、本專利技術通過修改故障電流保護定值，以適應不同規劃時期的電網線路故障保護需求，避免了其他設備選型需相互配合并考慮線路工況及故障類型的情況。附圖說明圖1為本專利技術的主電路圖；圖2為本專利技術中耦合變壓器的結構圖；圖中:1-鐵芯1,2-鐵芯2,3-輸電線路。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術提出了一種用于分布式潮流控制器(DPFC)的保護裝置，旨在對線路存在故障電流的情況下，通過保護設備的配合動作為設備提供全方位的保護措施。本專利技術涉及的分布式串聯耦合潮流控制器保護裝置，包括：分別并聯在耦合變壓器副邊的避雷器和電流互感器；避雷器與快速旁路開關并聯，快速旁路開關經第一開關與電壓換流器并聯。本專利技術還涉及的分布式串聯耦合潮流控制器保護方法，包括如下步驟：1)電壓換流器檢測到故障電流后，關斷電壓源換流器中的可關斷器件IGBT；2)控制單元采樣故障電流后，斷開第一開關，判斷故障類型，導通快速旁路開關中反并聯的晶閘管；3)故障電流對所述電壓換流器中的電容充電；4)故障電流完成從避雷器向所述反并聯的晶閘管轉移后，閉合第二旁路開關；5)第二開關載流至故障結束。具體的，如圖1所示的分布式潮流控制器主要由耦合變壓器、機械開關K1(上文方法中的第一開關)、晶閘管開關K2(上文方法中的第二開關)、包括全橋IGBT整流模塊的電壓換流器VSC(后文電壓換流器簡稱為VSC)、包括取能電路和采樣電路的電流互感器、金屬氧化物避雷器MOV(后文避雷器簡稱為MOV)及包括無線通信模塊的控制單元等組成。其利用耦合變壓器二次側的電壓源換流器VSC電路來調節與線路電流垂直的無功電壓，通過對無功電壓大小和相位(超前或滯后于線路電流相位)的調節，來控制系統的潮流。如圖2所示的耦合變壓器結構，其鐵芯為圓筒狀，由多層硅鋼片壓制而成，將耦合變壓器穿套在架空輸電線或線路轉角耐張塔的跳線上，緊密的卡合在一起，并用螺栓緊固，形成閉合磁路。耦合變壓器為多繞組變壓器，變壓器原邊為一匝，即輸電線路；變壓器副邊為多匝多繞組結構，副邊主繞組將電壓、電流調整為與電壓源換流器相適應的數值，各副邊繞組與原邊繞組間采用獨立的鐵芯，各副邊繞組對應的是鐵芯2，原邊繞組對應的是鐵芯1。各繞組之間互不影響。變壓器的副邊出口依次并聯金屬氧化物避雷器、快速旁路開關BPS(包含一對反并聯的晶閘管和機械開關)以及電壓源換流器VSC。電壓源換流器VSC功率器件采用可關斷器件IGBT，H橋連接方式及兩電平輸出PWM整流交流方波。取能電路采用與耦合變壓器獨立的電流互感器作為供電方式之一，除此之外還可采用直流電壓的取能方式，在換流器工作穩定后，可以實現建立直流支撐電壓。分布式潮流控制器的保護裝置，耦合變壓器鐵芯通過螺栓等附件卡合緊固在輸電線路上，多匝纏繞的二次側繞組出口接所有保護和控制裝置，連接順序及設計理念依次如下：正常工作情況下的模式切換：①從正常工作狀態切換為旁路電抗模式：同時發出TBS旁路晶閘管的開通觸發脈沖信號和晶閘管開關K2的閉合信號。由于晶閘管動作速度快，先導通，隨后開關K閉合，待控制器檢測到K閉合之后再閉鎖晶閘管觸發脈沖，完成電流從VSC部分向BPS轉移。②當需要切換至開路模式，需先切換至旁路電抗模式，使BPS先導通，然后發出機械開關K1斷開信號指令。這種情況下，機械開關K1選型不需要選擇額定開斷能力很大的型號。故障情況下的保護設備及其作用：當線路發生短路故障時，故障電流經耦合變壓器感應到二次側繞組。若分布式潮流控制器處于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置包括：分別并聯在耦合變壓器副邊的避雷器和電流互感器；所述避雷器與快速旁路開關并聯，所述快速旁路開關經第一開關與電壓換流器并聯。

【技術特征摘要】
1.一種分布式串聯耦合潮流控制器的保護裝置，其特征在于，所述保護裝置包括：分別并聯在耦合變壓器副邊的避雷器和電流互感器；所述避雷器與快速旁路開關并聯，所述快速旁路開關經第一開關與電壓換流器并聯。2.如權利要求1所述的保護裝置，其特征在于，所述電流互感器包括：電流取能電路和電流采樣電路；所述電流取能電路和所述電流采樣電路經控制單元分別與所述快速旁路開關、所述第一開關及所述電壓換流器相連。3.如權利要求2所述的保護裝置，其特征在于，所述避雷器并聯在所述耦合變壓器副邊的二次側出口處。4.如權利要求3所述的保護裝置，其特征在于，所述快速旁路開關包括：一對反并聯的晶閘管及與所述反并聯的晶閘管并聯的第二開關。5.如權利要求3所述的保護裝置，其特征在于，所述電壓源換流器中的IGBT模塊采用H橋連接方式；所述H橋的橋臂設有可關斷器件IGBT及與所述可關斷器件...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蓋振宇，李蘭芳，劉紅恩，
申請(專利權)人：中電普瑞科技有限公司，南京南瑞集團公司，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：北京,11