交流系統(tǒng)故障時(shí)統(tǒng)一潮流控制器處理策略

潘 磊, 李 斌, 楊 光，董云龍, 黃如海, 邱德鋒， 孔祥平

(1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；2. 國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019；3. 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103)

交流系統(tǒng)故障時(shí)統(tǒng)一潮流控制器處理策略

潘 磊1, 李 斌2, 楊 光2，董云龍1, 黃如海1, 邱德鋒1， 孔祥平3

(1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；2. 國網(wǎng)江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京 210019；3. 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103)

統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)作為功能全面的電力電子設(shè)備，需具備較高的故障穿越能力。在交流線路發(fā)生故障時(shí)，UPFC的串、并聯(lián)換流器均會(huì)承受故障的沖擊，且對(duì)于線路的瞬時(shí)性故障，需要UPFC在線路故障清除后繼續(xù)運(yùn)行。從UPFC的結(jié)構(gòu)和故障特性著手進(jìn)行分析，提出了UPFC在交流系統(tǒng)故障時(shí)的處理策略，使其具備系統(tǒng)故障時(shí)的故障穿越能力；UPFC并聯(lián)側(cè)通過控制策略的優(yōu)化能在故障期間持續(xù)運(yùn)行，串聯(lián)側(cè)通過控制保護(hù)策略與線路保護(hù)和重合閘邏輯的配合，能快速退出及重新啟動(dòng)。該策略經(jīng)過了人工短路試驗(yàn)的驗(yàn)證，并在南京UPFC示范工程運(yùn)行過程中通過了系統(tǒng)實(shí)際故障的考驗(yàn)，該策略的合理性得到了驗(yàn)證。

統(tǒng)一潮流控制器; 交流系統(tǒng)故障; 故障穿越; 故障重啟

0 引言

統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)為迄今最全面的柔性交流輸電系統(tǒng)(flexible AC transmission system,FACTS)設(shè)備，可以通過快速無功吞吐，動(dòng)態(tài)支撐接入點(diǎn)的電壓，提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；可以獨(dú)立地控制線路的有功功率和無功功率，提高線路的輸送能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)潮流的優(yōu)化調(diào)節(jié);還可以通過對(duì)線路功率的快速調(diào)節(jié)，改善系統(tǒng)阻尼，提高功角穩(wěn)定性[1，2]。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，UPFC必須具備良好的故障穿越能力。

UPFC的并聯(lián)側(cè)和串聯(lián)側(cè)以不同的方式接入交流系統(tǒng)，在交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，UPFC兩側(cè)的設(shè)備均會(huì)受到故障影響，且表現(xiàn)出不同的故障特性，需要結(jié)合UPFC的結(jié)構(gòu)及故障特性對(duì)UPFC的串、并聯(lián)側(cè)做不同的處理。UPFC的并聯(lián)側(cè)接入交流系統(tǒng)的方式與柔性直流輸電系統(tǒng)相同，其故障處理策略可以參考柔性直流輸電系統(tǒng)，如文獻(xiàn)[3]所述。但由于UPFC的并聯(lián)側(cè)與串聯(lián)側(cè)為背靠背連接，且串聯(lián)側(cè)同時(shí)也受到系統(tǒng)故障的沖擊，因此并聯(lián)側(cè)故障特性與柔性直流輸電系統(tǒng)不同，需要進(jìn)一步評(píng)估目前柔性直流輸電系統(tǒng)的交流系統(tǒng)故障處理策略在UPFC系統(tǒng)的適用性。UPFC串聯(lián)側(cè)接入系統(tǒng)的方式較為特殊，目前國內(nèi)外對(duì)UPFC串聯(lián)側(cè)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)控制研究較多，國內(nèi)關(guān)于UPFC串聯(lián)側(cè)在交流系統(tǒng)故障時(shí)的應(yīng)對(duì)策略研究主要是在UPFC作為故障限流器的應(yīng)用方面。

文獻(xiàn)[4—7]提出了利用UPFC串聯(lián)側(cè)的阻抗控制功能，在交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，緊急增加注入線路的電壓及等效阻抗，抑制交流系統(tǒng)短路電流的方案。該方法存在直流電壓失穩(wěn)的問題，由于故障電流較大，在串聯(lián)側(cè)持續(xù)注入電壓時(shí)，UPFC串聯(lián)側(cè)與線路交換的有功功率會(huì)超過UPFC的額定直流功率，造成UPFC并聯(lián)側(cè)換流器的直流電壓控制失控，從而導(dǎo)致UPFC直流電壓失穩(wěn)而跳閘。

文獻(xiàn)[8]提出了線路故障時(shí)UPFC串聯(lián)側(cè)換流器零電壓輸出的策略。僅通過串聯(lián)變壓器的漏抗限制故障電流，由于故障時(shí)串聯(lián)側(cè)換流器輸出電壓為零，與交流線路沒有有功功率的交換，因此不存在直流電壓失穩(wěn)問題。但由于串聯(lián)變壓器的漏抗相對(duì)于系統(tǒng)阻抗較小(串聯(lián)變壓器的額定電壓小，額定電流和額定容量較大)，因此對(duì)系統(tǒng)短路電流的抑制作用有限，在安裝UPFC的線路或者附近交流線路發(fā)生故障時(shí)短路電流依然會(huì)很大。

文獻(xiàn)[9—11]對(duì)UPFC的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將UPFC與固態(tài)限流器結(jié)合。在線路故障時(shí)，迅速控制使UPFC的串聯(lián)側(cè)換流器與串聯(lián)變壓器斷開連接，串聯(lián)變壓器二次側(cè)開路，串聯(lián)變壓器勵(lì)磁繞組直接串入線路，串聯(lián)變壓器迅速飽和，并最終以飽和空心電抗抑制系統(tǒng)故障電流。這種結(jié)構(gòu)和處理策略的主要作用是抑制系統(tǒng)故障電流，但UPFC設(shè)備在故障時(shí)已退出運(yùn)行，沒有實(shí)現(xiàn)故障穿越。

文中針對(duì)UPFC近端故障時(shí)故障電流難以抑制的特點(diǎn)，在故障時(shí)通過快速保護(hù)功能和快速旁路開關(guān)迅速將UPFC串聯(lián)側(cè)換流器與系統(tǒng)隔離，而并聯(lián)側(cè)通過控制策略抑制故障電流，從而在故障期保持運(yùn)行；同時(shí)配合線路保護(hù)和線路重合閘邏輯，在線路故障清除后將UPFC串聯(lián)側(cè)重新啟動(dòng)投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)UPFC在近端故障時(shí)的故障穿越和重啟。

1 統(tǒng)一潮流控制器的基本原理及運(yùn)行特性

UPFC的基本結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)背靠背的換流器、并聯(lián)變壓器、串聯(lián)變壓器、并聯(lián)側(cè)部分接入和退出交流系統(tǒng)的交流斷路器以及串聯(lián)側(cè)接入和退出交流系統(tǒng)的機(jī)械旁路開關(guān)。并聯(lián)側(cè)換流器經(jīng)過并聯(lián)變壓器接入交流母線，控制換流器與交流系統(tǒng)交換的無功功率或交流線路電壓，同時(shí)控制直流系統(tǒng)電壓保持穩(wěn)定；串聯(lián)側(cè)換流器輸出可控電壓，經(jīng)串聯(lián)變壓器串入交流線路，改變線路端電壓，從而控制系統(tǒng)潮流。

UPFC的穩(wěn)態(tài)模型可用一個(gè)串聯(lián)在線路中的可控電壓源和一個(gè)并聯(lián)在置入節(jié)點(diǎn)的可控電流源等效。其中，并聯(lián)的可控電流源與靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)類似，控制換流器與并聯(lián)系統(tǒng)交換的功率；串聯(lián)側(cè)換流器注入角度可在0～360°旋轉(zhuǎn)的同步電壓，改變線路首端電壓的幅值和相角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的端電壓控制、阻抗控制、移相控制和線路功率控制等多種控制方式[12-15]。

2 UPFC故障時(shí)的保護(hù)措施

電壓源換流器是UPFC的核心設(shè)備，屬于電力電子設(shè)備，其故障電壓和電流的耐受能力相比傳統(tǒng)的電力設(shè)備較差。在串聯(lián)換流器接入的交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，線路短路電流會(huì)經(jīng)過串聯(lián)變壓器耦合至換流器，如引言所述，通過UPFC的控制來抑制短路電流的作用不大，因此必須迅速采取措施保護(hù)串聯(lián)側(cè)換流器，同時(shí)將UPFC串聯(lián)側(cè)與交流線路隔離，減小對(duì)交流系統(tǒng)保護(hù)的影響。由于常規(guī)機(jī)械開關(guān)的合閘速度較慢，因此目前最可靠的方式是在串聯(lián)變壓器高壓側(cè)或者低壓側(cè)繞組兩端配置一組快速的電力電子開關(guān)——晶閘管旁路開關(guān)(TBS)，同時(shí)在串聯(lián)變壓器兩側(cè)各配置一組快速機(jī)械旁路開關(guān)。

由于TBS在正常運(yùn)行時(shí)為斷開狀態(tài)，只在故障時(shí)導(dǎo)通旁路，因此為了減小UPFC系統(tǒng)的損耗、節(jié)約占地和投資，TBS設(shè)備一般不配備冷卻裝置。TBS在故障期間導(dǎo)通旁路時(shí)只能依靠自冷方式進(jìn)行冷卻，導(dǎo)通時(shí)間短(幾十到幾百毫秒)，在機(jī)械旁路開關(guān)合閘后必須及時(shí)將TBS支路關(guān)斷，以保護(hù)TBS設(shè)備的安全。為了保證UPFC設(shè)備在區(qū)內(nèi)故障或者區(qū)外交流系統(tǒng)故障時(shí)均能可靠地與交流系統(tǒng)隔離，避免因高壓側(cè)的旁路開關(guān)(HVB)合閘失靈后跳開線路開關(guān)而影響系統(tǒng)的安全可靠性，在串聯(lián)串聯(lián)變壓器的低壓側(cè)也配置一組快速機(jī)械旁路開關(guān)(LVB)，保護(hù)動(dòng)作后兩個(gè)機(jī)械開關(guān)同時(shí)動(dòng)作，互為冗余。UPFC的基本配置如圖1所示。

圖1 單回線路UPFC結(jié)構(gòu)及基本配置Fig.1 The basic structure and configuration of UPFC

通過TBS、HVB和LVB 3個(gè)開關(guān)的配合，在UPFC區(qū)內(nèi)故障或者區(qū)外交流系統(tǒng)故障時(shí)，均可以使UPFC串聯(lián)側(cè)快速、可靠地與交流系統(tǒng)隔離。 故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)迅速動(dòng)作觸發(fā)TBS導(dǎo)通，同時(shí)發(fā)送HVB和LVB合閘命令。TBS快速導(dǎo)通串聯(lián)側(cè)換流器旁路，隔離換流器和交流線路，避免交流系統(tǒng)故障和閥區(qū)故障相互影響。在LVB或HVB任意一個(gè)合閘后，閉鎖TBS的觸發(fā)脈沖使其退出運(yùn)行。

文獻(xiàn)[16]以南京UPFC工程為例，介紹了UPFC典型的保護(hù)功能配置，并設(shè)計(jì)了故障仿真試驗(yàn)，進(jìn)行了保護(hù)功能的驗(yàn)證。文中對(duì)該保護(hù)功能配置進(jìn)行補(bǔ)充說明，當(dāng)UPFC線路或者相鄰線路發(fā)生接地等嚴(yán)重故障時(shí)，為了保證換流器能快速隔離，UPFC工程還配備了快速過流保護(hù)功能/裝置。以南京UPFC工程為例，快速過流保護(hù)功能的動(dòng)作定值為1.5 p.u.，動(dòng)作時(shí)間為150 μs。

綜上所述，UPFC工程采用三重旁路開關(guān)和完善的保護(hù)配置，可以保證UPFC串聯(lián)側(cè)換流器在故障時(shí)安全可靠地退出，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

3 UPFC在線路故障時(shí)的處理策略

對(duì)于UPFC設(shè)備而言，安裝UPFC的線路故障或者其鄰近線路發(fā)生故障都稱為區(qū)外故障，但由于UPFC的串、并聯(lián)換流器均與線路的耦合關(guān)系較強(qiáng)，因此均會(huì)受到線路故障的影響。如上節(jié)所述，當(dāng)線路發(fā)生嚴(yán)重故障，耦合至UPFC換流閥的故障電流達(dá)到了保護(hù)定值時(shí)，與故障線路相對(duì)應(yīng)的串聯(lián)側(cè)換流器必需迅速閉鎖和隔離。對(duì)于線路的瞬時(shí)性故障，線路保護(hù)可能會(huì)重合閘成功，線路恢復(fù)正常運(yùn)行，而這種情況下如果故障線路對(duì)應(yīng)的串聯(lián)側(cè)換流器或者所有的換流器永久性退出，會(huì)降低UPFC的利用率，影響系統(tǒng)的可靠性。因此要針對(duì)線路瞬時(shí)故障以及鄰近線路的故障，對(duì)UPFC的故障處理策略進(jìn)行優(yōu)化，從而提高系統(tǒng)整體的可靠性。最簡單有效的方法為：UPFC系統(tǒng)在線路故障清除，線路恢復(fù)正常運(yùn)行后，快速重新啟動(dòng)。

文中給出了UPFC線路故障重啟的詳細(xì)處理策略，該策略已在南京工程中應(yīng)用并得到了驗(yàn)證，故障發(fā)生后的具體流程如下。

(1) 正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)各電氣量及開關(guān)量狀態(tài)，判斷是否發(fā)生故障；

(2) 若發(fā)生故障，則UPFC保護(hù)迅速動(dòng)作，通過三重旁路開關(guān)的保護(hù)配合退出相關(guān)換流器；

(3) 進(jìn)一步判斷故障類型，若判斷為UPFC區(qū)內(nèi)本體設(shè)備故障，則永久性停運(yùn)已閉鎖的換流器；若為UPFC區(qū)外交流線路故障，則允許重新啟動(dòng)已閉鎖的換流器，執(zhí)行下一步；

(4) 經(jīng)過一定時(shí)間的延遲(延遲時(shí)間大于線路重合閘時(shí)間)，判斷線路故障是否清除以及線路是否恢復(fù)運(yùn)行。若線路未恢復(fù)正常運(yùn)行，則永久性停運(yùn)已閉鎖的換流器；若線路運(yùn)行狀態(tài)正常，則將退出的換流器重新投入運(yùn)行，進(jìn)入下一步；

(5) 首先分開需要重啟的換流器對(duì)應(yīng)的LVB，之后依次解鎖換流器和分開HVB，完成對(duì)應(yīng)換流器的重新啟動(dòng)，啟動(dòng)過程參照文獻(xiàn)[1]。UPFC故障重啟邏輯流程如圖2所示。

圖2 UPFC故障重啟邏輯流程Fig.2 The restart logic flowchart of UPFC

上述故障重啟的兩個(gè)重要難點(diǎn)在于：(1) 并聯(lián)側(cè)換流器不停運(yùn)；(2) 準(zhǔn)確區(qū)分區(qū)外交流線路故障和區(qū)內(nèi)設(shè)備故障。

對(duì)于第一個(gè)難點(diǎn)，在故障發(fā)生后，可優(yōu)化UPFC控制保護(hù)策略，保持并聯(lián)側(cè)換流器持續(xù)運(yùn)行。通過負(fù)序電壓疊加的控制方法，消除交流線路發(fā)生不平衡故障時(shí)流過換流器電流的負(fù)序成分；采用換流器輸出電流參考值限制的方法，控制流過換流器對(duì)稱分量的電流，使其不超過額定值，從而降低并聯(lián)側(cè)換流器流過的故障電流，保證其能持續(xù)運(yùn)行不停運(yùn)，提高UPFC并聯(lián)側(cè)換流器的故障穿越能力。

對(duì)于第二個(gè)難點(diǎn)，根據(jù)UPFC的故障運(yùn)行和保護(hù)動(dòng)作特點(diǎn)作如下分析。

(1) 發(fā)生交流系統(tǒng)遠(yuǎn)端故障或者高阻故障且故障電流在UPFC設(shè)備承受范圍之內(nèi)時(shí)，UPFC可持續(xù)運(yùn)行。

(2) 交流系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障且故障電流超過UPFC設(shè)備承受能力時(shí)，UPFC的快速過流保護(hù)動(dòng)作，其動(dòng)作時(shí)間加上TBS導(dǎo)通時(shí)間小于2 ms。在TBS導(dǎo)通，UPFC串聯(lián)側(cè)換流器與線路隔離后，UPFC其他保護(hù)將不再動(dòng)作。而對(duì)于UPFC本體設(shè)備的故障，配置了多種保護(hù)功能[16]，UPFC設(shè)備的每個(gè)區(qū)域都配置有差動(dòng)保護(hù)且保護(hù)范圍相互交叉，同時(shí)UPFC本體設(shè)備配置有直流電壓異常、換流器電壓異常等保護(hù)功能。UPFC本體故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致直流電壓或者輸出電壓異常，因此故障時(shí)往往多個(gè)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，而不會(huì)只有過流保護(hù)動(dòng)作。

(3) 串聯(lián)變壓器故障后，UPFC對(duì)應(yīng)的換流器不能再重新投入運(yùn)行，因此將該故障作為區(qū)內(nèi)故障。

(4) UPFC接入線路的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)也可作為UPFC區(qū)外故障的判據(jù)，發(fā)生線路故障時(shí)，線路保護(hù)裝置發(fā)送動(dòng)作信號(hào)給UPFC保護(hù)裝置，后者執(zhí)行“跟跳”。

經(jīng)上述分析，可以將“僅過流保護(hù)動(dòng)作或接收到線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào)”且“相應(yīng)串聯(lián)變壓器保護(hù)不動(dòng)作”作為UPFC區(qū)外故障的判據(jù)，滿足條件則允許UPFC串聯(lián)側(cè)換流器在臨時(shí)退出運(yùn)行后重新啟動(dòng)。

為了提高判斷UPFC發(fā)生區(qū)外故障(即發(fā)生交流系統(tǒng)故障)的準(zhǔn)確性，可以引入線路電壓狀態(tài)作為輔助判據(jù)。在交流系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致UPFC保護(hù)動(dòng)作時(shí)，UPFC接入線路的電壓會(huì)出現(xiàn)異常，其異常特性表現(xiàn)在電壓的不同序分量上(正序電壓較低，或零序電壓較大，或負(fù)序電壓較大)。

此外，UPFC串聯(lián)側(cè)換流器在退出后重新投入運(yùn)行前，還必須準(zhǔn)確判斷故障是否被切除以及線路是否恢復(fù)正常運(yùn)行，此時(shí)可通過線路電壓正常(正序、零序和負(fù)序電壓均在正常范圍內(nèi))和線路的開關(guān)位置為合位進(jìn)行判斷。

綜上所述，UPFC在交流線路故障后進(jìn)行重啟的條件為：(1) UPFC接收到線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào)或者UPFC的保護(hù)僅有過流保護(hù)動(dòng)作且其所對(duì)應(yīng)線路的電壓異常(正序電壓較低、或零序電壓較大、或負(fù)序電壓較大)；(2) 相應(yīng)串聯(lián)變壓器保護(hù)不動(dòng)作；(3) 換流器退出一段時(shí)間后(大于線路保護(hù)重合閘時(shí)間)，該退出換流器所對(duì)應(yīng)的線路電壓的正序、零序和負(fù)序分量均在正常范圍內(nèi)，且線路兩側(cè)開關(guān)位置均為合位；(4) 并聯(lián)側(cè)換流器正常運(yùn)行。

當(dāng)上述4個(gè)條件均滿足時(shí)，UPFC的串聯(lián)側(cè)會(huì)在故障消除后重新投入運(yùn)行。

4 南京UPFC示范工程線路故障分析

南京UPFC示范工程的串聯(lián)側(cè)換流器兩側(cè)均配備快速機(jī)械旁路開關(guān)、閥側(cè)配備TBS，南京UPFC工程的線路故障處理按第3節(jié)所述邏輯執(zhí)行。

南京UPFC工程在投運(yùn)初期進(jìn)行了人工接地短路試驗(yàn)，在安裝UPFC線路時(shí)發(fā)生了瞬時(shí)故障，文獻(xiàn)[17]對(duì)UPFC的動(dòng)作特性進(jìn)行了詳細(xì)分析：發(fā)生故障后，UPFC保護(hù)首先動(dòng)作，觸發(fā)TBS在1.8 ms快速閉合，將換流器與故障交流系統(tǒng)隔離，避免換流器持續(xù)受到故障沖擊；兩個(gè)機(jī)械旁路開關(guān)隨之閉合，進(jìn)一步將串聯(lián)變壓器與故障交流系統(tǒng)隔離，避免TBS因長期導(dǎo)通而損壞；線路兩側(cè)故障相的開關(guān)在線路保護(hù)動(dòng)作后33 ms左右跳開，并在930 ms左右重合閘；6.6 s左右，故障線路對(duì)應(yīng)的UPFC換流器重新投入運(yùn)行，其動(dòng)作結(jié)果與第3節(jié)的方案一致。

2016年8月2日，南京西環(huán)網(wǎng)華能南京電廠至?xí)郧f站的其中一回線路(安裝UPFC的雙回線路的相鄰線路)發(fā)生故障，故障點(diǎn)離UPFC站較近，耦合至UPFC串聯(lián)側(cè)換流器的故障電流非常大，UPFC的快速過流保護(hù)功能使雙回線路對(duì)應(yīng)的兩個(gè)串聯(lián)側(cè)換流器在故障時(shí)均快速退出運(yùn)行。故障時(shí)(14：22：01)線路電壓(u)、線路電流(i)、串聯(lián)側(cè)換流器閥側(cè)電流(i串換)和串聯(lián)側(cè)換流器閥側(cè)電壓(u串換)的故障錄波波形如圖3所示?？梢钥闯?，在故障發(fā)生后4.8 ms左右達(dá)到UPFC的過流保護(hù)定值，5.4 ms左右TBS導(dǎo)通，56 ms左右故障線路跳開，同時(shí)安裝UPFC線路的電壓和電流恢復(fù)正常。

圖3 故障時(shí)UPFC串聯(lián)側(cè)相關(guān)波形Fig.3 The waveforms of UPFC series part during line-fault

并聯(lián)側(cè)換流器采用第3節(jié)所述的優(yōu)化控制策略，在故障時(shí)限制流過并聯(lián)側(cè)換流器的電流，保證其能持續(xù)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)故障穿越。故障時(shí)線路電壓(u)、并聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)電流(i并變)、并聯(lián)側(cè)換流器閥側(cè)電流(i并換)和并聯(lián)側(cè)換流器閥側(cè)電壓(u并換)的故障錄波波形如圖4所示。從上述波形可以看出，并聯(lián)側(cè)換流器在故障期間的電流得到了抑制，換流器持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了故障穿越。

圖4 故障時(shí)UPFC并聯(lián)側(cè)相關(guān)波形Fig.4 The waveforms of UPFC parallel part during line-fault

由于是相鄰線路故障，安裝UPFC的線路及相應(yīng)的串聯(lián)變壓器均沒有動(dòng)作，僅UPFC串聯(lián)側(cè)換流器的過流保護(hù)動(dòng)作，從圖3可以看出故障時(shí)線路電壓異常較明顯，因此，允許UPFC的串聯(lián)側(cè)換流器在退出運(yùn)行后重新啟動(dòng)運(yùn)行。

圖5 故障5 s后UPFC串聯(lián)側(cè)重啟時(shí)相關(guān)波形Fig.5 The waveforms of UPFC series part during restart

在串聯(lián)側(cè)換流器退出運(yùn)行后，經(jīng)過設(shè)定的時(shí)間5 s，UPFC控保系統(tǒng)判斷出線路電壓和電流正常，重新將串聯(lián)側(cè)換流器投入運(yùn)行。故障后5 s(14：22：06)的故障錄波波形如圖5所示，從波形可以看出串聯(lián)側(cè)換流器在5 s后開始重新啟動(dòng)。

圖6描述了2016年8月2日華京—曉莊線路故障前后西環(huán)網(wǎng)的潮流變化?？梢钥闯觯赨PFC重新啟動(dòng)后迅速控制鐵北—曉莊線路(安裝UPFC)的功率恢復(fù)至故障前的功率水平。華京—曉莊線路為西環(huán)網(wǎng)北通道的一條線路。

圖6 故障期間南京西環(huán)網(wǎng)潮流變化Fig.6 The power flow wave of Nanjing west network during line-fault

圖中顯示當(dāng)華京—曉莊線路跳閘后，西環(huán)網(wǎng)北部通道的功率迅速下降，南部通道的功率迅速上升，在UPFC重新啟動(dòng)成功后，通過控制提升了一部分北部通道下送的功率，南部通道的功率同步減小，驗(yàn)證了文中所提交流系統(tǒng)故障處理策略能夠提高UPFC可靠性和性能的設(shè)想。

5 結(jié)語

文中基于換流器設(shè)備的能力,分析了交流系統(tǒng)故障時(shí)UPFC的故障特性，提出了UPFC在交流系統(tǒng)故障時(shí)的處理策略，使得UPFC設(shè)備具備故障穿越能力，提高了UPFC系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

并聯(lián)側(cè)換流器通過控制策略優(yōu)化，在交流系統(tǒng)故障期間保持運(yùn)行；在交流系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障且故障電流超過串聯(lián)側(cè)換流器的電流耐受能力時(shí)，將串聯(lián)側(cè)換流器迅速退出；在交流系統(tǒng)故障較輕，串聯(lián)側(cè)換流器可持續(xù)運(yùn)行時(shí)，若接收到本線路保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)，串聯(lián)側(cè)換流器也退出運(yùn)行；根據(jù)保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)以及線路的狀態(tài)，判斷是否允許串聯(lián)側(cè)換流器重新啟動(dòng)：若允許，則在指定時(shí)間后，根據(jù)線路的電壓、電流、開關(guān)位置等判斷線路是否恢復(fù)了正常運(yùn)行狀態(tài)，若是，則重啟串聯(lián)側(cè)換流器投入運(yùn)行。

通過分析南京工程實(shí)際運(yùn)行時(shí)的兩次安裝交流系統(tǒng)故障(一次為UPFC線路區(qū)內(nèi)故障，另一次為UPFC線路區(qū)外故障)，驗(yàn)證了文中提出的UPFC線路故障處理策略的合理性和工程適用性。

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潘 磊

潘 磊(1985—)，男，湖北荊州人, 碩士，工程師，從事柔性直流輸電及柔性交流輸電技術(shù)研發(fā)工作(E-mail：panl@nrec.com)；

李 斌(1963—)，女，四川瀘州人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度規(guī)劃、智能電網(wǎng)技術(shù)前瞻應(yīng)用，柔性交直流輸電技術(shù)應(yīng)用工作；

楊 光(1983—)，男，湖北襄陽人，碩士，工程師，從事智能變電站、柔性交直流輸電技術(shù)應(yīng)用工作(E-mail：ygsjtu@163.com)；

董云龍(1979—)，男，安徽安慶人，碩士，高級(jí)工程師，從事柔性直流輸電及柔性交流輸電技術(shù)工作；

黃如海(1987—)，男，江蘇南通人，碩士，工程師，從事柔性直流輸電及柔性交流輸電技術(shù)工作；

邱德鋒(1986—)，男，江蘇泰州人，碩士，工程師，從事柔性直流輸電及柔性交流輸電技術(shù)工作(E-mail：qudf@nrec.com)。

(編輯方 晶)

ControlandProtectionStrategiesofUnifiedPowerFlowControllerDuringACSystemFailure

PAN Lei1, LI Bin2, YANG Guang2，DONG Yunlong1, HUANG Ruhai1，QIU Defeng1, KONG Xiangping3

(1. NR Electric Co., Ltd., Nanjing 211102, China; 2. State Grid Jiangsu Electric Power Company Nanjing Power Supply Company, Nanjing 210019, China；3. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 211103, China)

As afull-featured power electronic equipment, unified power flow controller (UPFC) need fault ride-through ability. UPFC series and parallel inverter parts will withstand the impact of failure duringAC line fault.And for instantaneous fault of the line, theUPFC needstocontinue to run after theline fault is cleared.Based on the structure and fault characteristics of UPFC，the processing strategy of UPFC in the case of AC system failure is put forward, so that it has the fault ride-through ability.The UPFC parallel side can run continuously during the fault by use optimization control strategy. And the serial side can exit and restart quickly,with the coordination of UPFC control and protection strategy,line protection and reclosing logic.The rationality of the strategy is verified by manual short circuit test and the actual system fault test during the operation of Nanjing UPFC demonstration project.

UPFC; AC system fault; fault ride-through; restart

TM711

A

2096-3203(2017)06-0132-06

2017-06-25；

2017-07-28

國網(wǎng)江蘇省電力公司科技項(xiàng)目(J2017073)；國家自然科學(xué)青年基金資助項(xiàng)目(51707090)