一種新型多目標串聯(lián)型短路限流控制器的研究

摘要：提出一種串聯(lián)型短路限流控制器，采用背靠背換流器與限流電抗器串聯(lián)的方式，在系統未發(fā)生短路故障時(shí)，背靠背換流器可以實(shí)現電壓補償、諧波抑制等功能，當發(fā)生短路時(shí)，將換流器切出，使短路限流電抗器工作。分析了電路的拓撲結構和控制原理，采用完全補償法對電壓進(jìn)行補償，采用電源電流檢測法濾除系統中的諧波，然后用PSCAD進(jìn)行了仿真和實(shí)驗驗證。
關(guān)鍵詞：控制器；短路限流；串聯(lián)型；電壓補償

1 引言
很多破壞電力系統正常運行的情況是由短路故障引起的。隨著(zhù)電力系統容量的不斷增加，電網(wǎng)中的短路電流問(wèn)題也隨之增多，因而限制電力系統短路電流已成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。由于電力電子技術(shù)及大容量電力電子器件的快速發(fā)展，電力電子短路限流器(FCL)是限制短路電流一個(gè)較有效手段。它具有動(dòng)作速度快、允許動(dòng)作次數多、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應用前景。
這里將短路限流控制裝置和限流電抗器串聯(lián)后接在電源和負載之間，在系統正常運行時(shí)，換流器用于補償限流電抗器產(chǎn)生的電壓降，并抑制電抗器和負載產(chǎn)生的諧波，同時(shí)可消除電壓暫升、電壓暫降及三相不平衡等問(wèn)題，當系統發(fā)生短路時(shí)將控制裝置切出，此時(shí)限流電抗器起到了限制短路電流的作用。

2 原理與設計
2．1 主電路拓撲
圖1為限流電抗器串聯(lián)FCL控制器主電路拓撲。電網(wǎng)側電壓經(jīng)3個(gè)單相FCL控制器，單相FCL控制器由單相PWM整流器和單相逆變器組成。
單相PWM整流器輸出的直流電壓作為3個(gè)單相逆變器的直流電源，逆變器的輸出補償由限流電抗器和負載產(chǎn)生的壓降和諧波。L1，L2，L3為限流電抗器；G1，G2，G3為用于切出換流器的雙向晶閘管；K1，K2，K3用于切出整個(gè)裝置。

2．2 單相PWM整流器的控制策略
PWM整流器具有輸入電流諧波含量低，功率因數高、體積小、重量輕等特點(diǎn)。其控制策略為：將實(shí)際直流側電壓Ud與給定期望值Uref作差，所得結果經(jīng)PI控制器，其輸出量乘以交流電壓信號的單位量sinA，之后得到電流iref，與電感電流ia作差經(jīng)PI控制器，保證了電感電流跟蹤輸入電壓，最后產(chǎn)生的調制信號與三角波載波信號比較控制得到IGBT模塊的驅動(dòng)信號。
2．3 單相逆變器控制策略
逆變器控制分2部分，首先是對電壓的跟蹤控制，即逆變器的輸出電壓補償因限流電抗器和負載產(chǎn)生的電壓降落和無(wú)功損耗，然后是抑制系統中的諧波，即起到串聯(lián)APF的作用，最后將上述兩個(gè)調制信號進(jìn)行疊加作為逆變器給定電壓參考量與逆變器的實(shí)測電壓作差經(jīng)比例積分控制，保證了逆變器電壓跟蹤參考電壓，最后與三角波載波信號比較控制得到IGBT模塊的驅動(dòng)信號。
2．3．1 電壓降落的動(dòng)態(tài)跟蹤控制
目前對于電壓降落的補償方式主要有同相補償、完全補償、最小能量補償這3種控制策略。這里采用完全補償法。該方法可使補償后的負載電流與理想參考電壓的幅值和相位均相同，即實(shí)現了負載電壓的連續性，在裝置容量足夠大時(shí)，它是一種理想的補償方法。
短路限流控制器與限流電抗器串聯(lián)于系統中，當系統未發(fā)生暫降或暫升，且此時(shí)假設負載為阻感的，則在系統中不存在諧波影響，那么可將該拓撲簡(jiǎn)化，如圖2所示。