[发明专利]统一电能质量控制器的保护系统及其保护控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力保护控制的技术领域，特别是涉及一种统一电能质量控制器的保护系统及其保护控制方法。

背景技术

统一电能质量控制器（Unified Power Quality Conditioner，简称UPQC）作为一种能够同时解决电压、电流质量问题的复合型装置，凭借其串联部分及并联部分的换流器即可以解耦后独立运行，又可以针对配电线路中同时存在电压、电流问题时实现综合补偿的特点，在未来智能电网的发展中占据了重要的地位，但是换流器昂贵的价格制约了其在低压配电领域的应用。若将模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）技术应用于统一电能质量控制器，即可以提高UPQC的容量又可以提高UPQC的电压等级，从而了扩展UPQC在中压领域的使用，使得UPQC具有更加广阔的应用前景。

基于模块化多电平变流器的统一电能质量控制器（Modular Multilevel Converter，MMC-Unified Power Quality Conditioner，MMC-UPQC）的结构由多个子模块串联组成，其子模块由旁路开关、晶闸管、IGBT、二极管和电容构成，如图1所示。

在MMC的故障运行中，通过冗余模块技术可以快速的将故障子模块与冗余子模块进行替换，提高了换流器故障情况下的使用效率。但是针对于MMC-UPQC整体装置在系统出现故障时，如何合理的操作保证其安全可靠稳定的运行，不仅是系统对装置的要求，更是装置保护自身的要求。

由于UPQC拓扑结构的特殊性，其串联部分一般通过串联耦合变压器与系统相连，如图2所示。电流互感器的二次绕组不能开路，否则将会造成危险的高电压烧毁设备，因此配电系统中发生短路故障时，UPQC中的串联部分换流器不能从电流互感器的二次侧断开。若采用断路器旁路串联耦合变压器一次侧的电路，则由于断路器的动作时间较长，依然无法实现对装置快速高效的故障保护。在实际的UPQC装置在运行中需要一个特殊的保护系统。

发明内容

针对上述统一电能质量控制器保护动作不及时，安全性不高的问题，本发明提出一种快速及时，安全性较高的统一电能质量控制器的保护系统。

一种统一电能质量控制器的保护系统，包括：

分别设置在串联耦合变压器一次侧的两端的第一断路器和第二断路器；其中，所述串联耦合变压器的二次侧与统一电能质量控制器的串联部分连接；

与所述串联耦合变压器、所述第一断路器和第二断路器构成的支路并联的反并联晶闸管；

设置在所述统一电能质量控制器串联部分与所述串联耦合变压器二次侧之间的第三断路器；

设置在所述统一电能质量控制器并联部分与负载之间的第四断路器；

与所述反并联晶闸管并联的第五断路器；

与所述反并联晶闸管以及各个所述断路器连接的控制器；

当发生短路接地故障时，所述控制器控制所述反并联晶闸管导通，所述第五断路器合闸，所述第一至第四断路器分闸。

本发明的统一电能质量控制器的保护系统中，当发生短路接地故障时，故障电流经串联耦合变压器一次侧，此时，所述控制器控制所述反并联晶闸管导通，将所述串联耦合变压器旁路，由于反并联晶闸管接收导通指令快速动作的时间很快，通常在10ms以内，因此能够使保护动作更加及时快速；所述第五断路器合闸，接替所述反并联晶闸管将所述串联耦合变压器旁路，避免所述反并联晶闸管的导通时间过长而影响使用寿命；所述第一至第四断路器分闸，使所述统一电能质量控制器与系统和负载都彻底断开连接，安全性更高。

一种本发明的统一电能质量控制器的保护系统的保护控制方法，包括以下步骤：

S101，检测是否出现短路接地故障或者故障电流，如果是，则执行步骤S102至S105；

S102，控制所述统一电能质量控制器的并联部分闭锁，所述串联部分上桥臂旁路、下桥臂闭锁或者上桥臂闭锁、下桥臂旁路；

S103，所述控制器对所述反并联晶闸管发送导通触发信号，控制所述反并联晶闸管导通；

S104，所述控制器对所述第五断路器发出合闸指令，控制所述第五断路器合闸；

S105，所述控制器对所述第一至第四断路器发出分闸指令，控制所述第一至第四断路器进行分闸操作。