10kV限流式UPFC試驗樣機研制的中期報告

10kV限流式UPFC試驗樣機研制的中期報告摘要：本文介紹了10kV限流式UPFC試驗樣機中期研制工作的進展情況。該UPFC試驗樣機采用雙路逆變器串聯(lián)方式，其中一個逆變器用于電壓控制，另一個逆變器用于電流限制。中期研制工作包括研制電壓控制逆變器、限流保護電路、控制系統(tǒng)等，進行了模塊化設(shè)計和硬件開發(fā)。本文結(jié)合實驗結(jié)果分析了樣機的性能，并對后續(xù)工作進行了展望。關(guān)鍵詞：限流式UPFC、試驗樣機、逆變器、限流保護、控制系統(tǒng)Abstract:Thispaperpresentstheprogressofthemid-termdevelopmentofa10kVcurrentlimitingUPFCtestprototype.TheUPFCtestprototypeadoptsaseriesconnectionofdualinverter,oneforvoltagecontrolandtheotherforcurrentlimiting.Themid-termdevelopmentworkincludesthedevelopmentofthevoltagecontrolinverter,currentlimitingprotectioncircuit,controlsystem,modulardesign,andhardwaredevelopment.Thispaperanalyzestheperformanceofthetestprototypewithexperimentalresultsandprospectsforfuturework.Keywords:currentlimiting-typeUPFC,testprototype,inverter,currentlimitingprotection,controlsystem1.引言UPFC（UnifiedPowerFlowController）是一種全新的靈活交流輸電技術(shù)，它能夠通過對電壓幅值和相位、電流幅值和相位的控制，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)中各個節(jié)點的有源、無功功率的動態(tài)控制，從而增加電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，提高電網(wǎng)運行質(zhì)量[1]。UPFC技術(shù)是近年來電網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點之一，但目前還沒有商用的UPFC裝置，許多研究者都處于UPFC的研究和試驗樣機開發(fā)階段。本文介紹了一種基于限流式UPFC的試驗樣機的研制進展情況。限流式UPFC是一種新穎的UPFC控制方式，它利用限流電感控制UPFC輸電線路的電流，避免了UPFC出口電流不可控的缺陷，并在電纜重載和過流故障時對UPFC進行限流保護[2]。本文詳細介紹了10kV限流式UPFC試驗樣機電路設(shè)計和硬件開發(fā)情況，結(jié)合實驗結(jié)果對試驗樣機的性能進行了分析，最后對未來工作進行了展望。2.10kV限流式UPFC試驗樣機電路設(shè)計2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1是10kV限流式UPFC試驗樣機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中第一路逆變器（VT1）用于控制UPFC輸電線路的電壓，第二路逆變器（VT2）用于控制UPFC輸電線路的電流，通過保證逆變器輸出電流等于UPFC輸電線路電流，實現(xiàn)了對UPFC出口電流的限流控制。逆變器的輸入依次為直流側(cè)電源、逆變器電感和UPFC輸電線路，逆變器輸出為交流側(cè)電源，輸出電流經(jīng)過限流電感后，進入UPFC輸電線路。圖110kV限流式UPFC試驗樣機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2逆變器設(shè)計該試驗樣機的逆變器采用IGBT模塊，為了提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率和質(zhì)量，采用了硬開關(guān)技術(shù)，此外，在變換器設(shè)計中考慮了峰值電流和過流反饋控制。電壓控制逆變器的輸出電壓可以由控制器進行調(diào)節(jié)，在控制器輸出PWM信號的作用下，變換器的輸入電流經(jīng)過逆變器斷路器和輸出濾波器后，形成了所需的交流電壓。電流限制逆變器的輸出電流由限流電感和逆變器中的比較器控制，當(dāng)逆變器輸出電流超過設(shè)定值時，比較器會以反饋信號告知控制器，控制器通過PWM信號調(diào)節(jié)電流大小以實現(xiàn)限流效果。2.3限流保護電路設(shè)計為了防止UPFC輸電線路的過流和故障對試驗樣機產(chǎn)生影響，我們設(shè)計了實時監(jiān)測UPFC輸入電流和輸出電流的電流保護電路。電流保護電路包括限流電感、電流互感器和快速保險絲，通過實時監(jiān)測UPFC輸入電流和輸出電流，及時切斷電流，并通過保險絲保護電路。3.硬件開發(fā)3.1模塊化設(shè)計試驗樣機硬件開發(fā)采用模塊化設(shè)計，主要包括儲能電容模塊、IGBT逆變器模塊、濾波器模塊、限流保護電路模塊、控制器模塊等，通過模塊化設(shè)計可以降低設(shè)計難度和維護成本，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護性。3.2控制器設(shè)計試驗樣機控制器采用基于TMS320F28335的DSP控制器，配合模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制功能?？刂破魍ㄟ^AD相轉(zhuǎn)換從電網(wǎng)中獲得實時電壓和電流的信息，通過PWM技術(shù)控制IGBT逆變器產(chǎn)生所需的交流電壓和電流輸出，同時對電流限制、過流保護等問題進行控制。4.實驗結(jié)果分析試驗樣機經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試和實驗測試，實現(xiàn)了對電壓、電流的控制，同時實現(xiàn)了對UPFC輸電線路的限流控制和保護。實驗結(jié)果表明，該試驗樣機的控制精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、控制效果顯著。5.結(jié)論與展望本文介紹了一種10kV限流式UPFC試驗樣機的中期研制工作，包括試驗樣機