統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）故障渡越及接入線路自適應(yīng)重合閘關(guān)鍵技術(shù)研究一、引言1.1研究背景與意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電力需求持續(xù)攀升，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜。尤其是大規(guī)模交直流混合輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，使得發(fā)電和用電區(qū)域分布不均衡、區(qū)域間潮流分布不均等問(wèn)題日益凸顯。統(tǒng)一潮流控制器（UnifiedPowerFlowController，UPFC）作為靈活交流輸電系統(tǒng)（FlexibleACTransmissionSystem，F(xiàn)ACTS）中的關(guān)鍵裝置，在現(xiàn)代電網(wǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。UPFC具有強(qiáng)大的功能，它能夠同時(shí)對(duì)輸電線路的有功功率、無(wú)功功率以及電壓進(jìn)行靈活控制。通過(guò)精確調(diào)節(jié)線路潮流，UPFC可有效解決區(qū)域發(fā)輸變電之間的不平衡問(wèn)題，充分挖掘電網(wǎng)的供電潛力，提升電網(wǎng)的輸電能力和穩(wěn)定性。以蘇南500kVUPFC工程為例，該工程的投運(yùn)猶如為蘇州南部電網(wǎng)安裝了一個(gè)“智能導(dǎo)航系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了電能的“無(wú)人駕駛”。它將電網(wǎng)電能由自由分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫_受控狀態(tài)，智能匹配三條交流通道輸電功率，使電能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分布，極大地提升了蘇南地區(qū)的供電能力，累計(jì)新增供電量和售電額相當(dāng)可觀。同時(shí)，UPFC還能為交流母線提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，對(duì)風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性清潔能源的送出進(jìn)行潮流調(diào)控和電壓動(dòng)態(tài)支撐，保障了大量清潔能源安全穩(wěn)定地傳輸至負(fù)荷中心，有力地推動(dòng)了能源互聯(lián)的高效可控發(fā)展。然而，UPFC作為應(yīng)用了模塊化多電平換流器（ModularMultilevelConverter，MMC）的新型電力電子裝置，其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，故障特性復(fù)雜。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，UPFC需要具備良好的故障渡越能力，以確保自身安全，并維持對(duì)電網(wǎng)的支撐作用。若UPFC在故障期間無(wú)法有效應(yīng)對(duì)，可能導(dǎo)致自身設(shè)備損壞，甚至引發(fā)電網(wǎng)的連鎖反應(yīng)，威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在某些故障情況下，UPFC可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)壓等異常情況，如果不能及時(shí)采取有效的故障渡越策略，就可能使故障進(jìn)一步擴(kuò)大，影響電力系統(tǒng)的正常供電。另一方面，輸電線路作為電力傳輸?shù)年P(guān)鍵通道，其故障后的重合閘操作對(duì)于恢復(fù)供電至關(guān)重要。傳統(tǒng)的自動(dòng)重合閘技術(shù)缺乏對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確判斷，存在盲目重合的問(wèn)題，若重合于永久性故障，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成二次沖擊，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一些電力系統(tǒng)故障中，由于重合閘誤動(dòng)作于永久性故障，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓大幅波動(dòng)，甚至引發(fā)系統(tǒng)振蕩，造成大面積停電事故。因此，研究適用于UPFC接入線路的自適應(yīng)重合閘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確判別，避免盲目重合，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。綜上所述，對(duì)UPFC故障渡越及接入線路自適應(yīng)重合閘的研究，不僅有助于深入理解UPFC在故障情況下的行為特性，為其保護(hù)和控制策略的優(yōu)化提供理論依據(jù)，還能有效提升輸電線路重合閘的成功率，減少非全相運(yùn)行時(shí)間，降低故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響，對(duì)于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高供電質(zhì)量和促進(jìn)能源的高效利用具有不可忽視的價(jià)值，是當(dāng)前電力系統(tǒng)領(lǐng)域亟待解決的重要課題。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在UPFC故障渡越方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了諸多研究。國(guó)外一些研究團(tuán)隊(duì)如美國(guó)電力研究院（EPRI），對(duì)UPFC在不同故障類型下的暫態(tài)特性進(jìn)行了深入分析，通過(guò)大量的仿真和實(shí)驗(yàn)，揭示了故障期間UPFC內(nèi)部各元件的電氣量變化規(guī)律，為故障渡越策略的制定提供了理論基礎(chǔ)。在故障穿越策略研究中，提出了基于虛擬阻抗和限流電抗器的故障渡越策略，定義了UPFC的故障渡越，并研究了UPFC外部故障情況下導(dǎo)致串、并聯(lián)側(cè)MMC過(guò)流閉鎖的關(guān)鍵因素，在此基礎(chǔ)上提出利用虛擬阻抗控制環(huán)節(jié)和直流母線限流電抗器的故障渡越策略及其取值方法，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該策略的有效性。國(guó)內(nèi)學(xué)者也針對(duì)UPFC故障渡越進(jìn)行了廣泛研究。華北電力大學(xué)的相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)，依托蘇南500kVUPFC實(shí)際工程，搭建了適用于高電壓多電平的UPFC快速仿真模型，對(duì)UPFC本體各個(gè)區(qū)域的保護(hù)配置和故障特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，為故障渡越策略的優(yōu)化提供了實(shí)踐依據(jù)。通過(guò)對(duì)UPFC所接入線路發(fā)生故障時(shí)UPFC串、并聯(lián)側(cè)故障特性的深入分析，研究了UPFC外部故障情況下導(dǎo)致串、并聯(lián)側(cè)MMC過(guò)流閉鎖的關(guān)鍵因素，提出了利用虛擬阻抗控制環(huán)節(jié)和直流母線限流電抗器的故障渡越策略及其取值方法，有效提高了UPFC在故障期間的穩(wěn)定性。在UPFC接入線路自適應(yīng)重合閘研究領(lǐng)域，國(guó)外研究側(cè)重于利用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和智能算法來(lái)實(shí)現(xiàn)故障性質(zhì)的判別。例如，采用小波變換對(duì)故障后的電氣量信號(hào)進(jìn)行分析，提取故障特征，從而判斷故障是瞬時(shí)性還是永久性。然而，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境和干擾因素的影響，其準(zhǔn)確性和可靠性有待進(jìn)一步提高。國(guó)內(nèi)學(xué)者則從多個(gè)角度展開研究。一些學(xué)者基于故障后線路電壓、電流的變化特征，提出了多種自適應(yīng)重合閘判據(jù)。文獻(xiàn)通過(guò)對(duì)帶并聯(lián)電抗器的超高壓輸電線路在單相瞬時(shí)性故障熄弧后的恢復(fù)電壓組成進(jìn)行分析，揭示了基于電壓拍頻的單相自適應(yīng)重合閘方案存在的不足，進(jìn)而利用UPFC靈活控制的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)故障相注入特征電壓的方式，合理利用串聯(lián)諧振實(shí)現(xiàn)了在故障相端電壓拍頻特性不明顯的情況下對(duì)故障性質(zhì)的識(shí)別和自適應(yīng)重合閘，有效提高了重合閘的成功率。還有學(xué)者提出了基于高頻通道及其信號(hào)傳輸?shù)淖赃m應(yīng)三相重合閘方法，通過(guò)比較收訊機(jī)接收信號(hào)與“標(biāo)準(zhǔn)電平”的比例關(guān)系來(lái)判別故障性質(zhì)，但該方法在實(shí)際應(yīng)用中可能受到高頻信號(hào)傳輸衰減和干擾的影響。盡管國(guó)內(nèi)外在UPFC故障渡越及接入線路自適應(yīng)重合閘方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。現(xiàn)有研究在考慮UPFC與電網(wǎng)的交互影響時(shí)，多集中于特定的故障類型和運(yùn)行工況，對(duì)于復(fù)雜多變的電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，如不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、多種故障組合以及新能源接入帶來(lái)的不確定性等因素考慮不夠全面，導(dǎo)致研究成果的普適性和實(shí)用性受到一定限制。在自適應(yīng)重合閘技術(shù)中，現(xiàn)有的故障判別方法在面對(duì)過(guò)渡電阻、系統(tǒng)振蕩等復(fù)雜情況時(shí)，準(zhǔn)確性和可靠性仍有待進(jìn)一步提升，難以滿足電網(wǎng)對(duì)供電可靠性日益增長(zhǎng)的需求。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文聚焦于UPFC故障渡越及接入線路自適應(yīng)重合閘展開研究，具體內(nèi)容如下：UPFC故障特性分析：深入剖析UPFC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，詳細(xì)分析其在不同故障類型下的故障特性，包括故障時(shí)的電氣量變化規(guī)律、故障傳播路徑等。通過(guò)理論推導(dǎo)和仿真分析，明確UPFC內(nèi)部各元件在故障期間的響應(yīng)特性，為后續(xù)故障渡越策略的制定提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。UPFC故障渡越策略研究：基于對(duì)UPFC故障特性的研究，提出有效的故障渡越策略。結(jié)合虛擬阻抗控制環(huán)節(jié)和直流母線限流電抗器，深入研究其在限制故障電流、維持系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的作用機(jī)制。通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化故障渡越策略的參數(shù)設(shè)置，確保UPFC在故障期間能夠快速、穩(wěn)定地恢復(fù)正常運(yùn)行，減少對(duì)電力系統(tǒng)的影響。UPFC接入對(duì)線路保護(hù)的影響分析：研究UPFC接入后對(duì)輸電線路距離保護(hù)、方向保護(hù)等傳統(tǒng)保護(hù)原理的影響。通過(guò)理論分析和實(shí)際案例研究，揭示UPFC對(duì)保護(hù)測(cè)量阻抗、方向元件動(dòng)作特性的影響規(guī)律，找出可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作或拒動(dòng)的原因，為制定相應(yīng)的改進(jìn)措施提供依據(jù)。UPFC接入線路自適應(yīng)重合閘方案研究：針對(duì)UPFC接入線路的特點(diǎn)，研究適用于該線路的自適應(yīng)重合閘方案。利用UPFC靈活控制的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)故障相注入特征電壓的方式，深入分析注入特征電壓后線路電氣量的變化規(guī)律，建立基于電氣量變化的故障性質(zhì)判別模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確識(shí)別，進(jìn)而提出可靠的自適應(yīng)重合閘方案。仿真驗(yàn)證與分析：利用電力系統(tǒng)仿真軟件，搭建包含UPFC的輸電系統(tǒng)仿真模型，對(duì)上述研究?jī)?nèi)容進(jìn)行全面的仿真驗(yàn)證。模擬不同故障類型、不同運(yùn)行工況下UPFC的故障特性、故障渡越策略的有效性、接入對(duì)線路保護(hù)的影響以及自適應(yīng)重合閘方案的性能。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的深入分析，評(píng)估各種策略和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化和完善相關(guān)技術(shù)。1.3.2研究方法理論分析：運(yùn)用電力系統(tǒng)分析、電力電子技術(shù)、電磁暫態(tài)理論等相關(guān)知識(shí)，對(duì)UPFC的工作原理、故障特性、故障渡越策略以及自適應(yīng)重合閘原理進(jìn)行深入的理論推導(dǎo)和分析。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，揭示各物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系，為研究提供理論支撐。仿真研究：借助MATLAB/Simulink、PSCAD/EMTDC等專業(yè)電力系統(tǒng)仿真軟件，搭建詳細(xì)的UPFC及輸電系統(tǒng)仿真模型。在仿真模型中，精確模擬各種故障場(chǎng)景和運(yùn)行工況，對(duì)UPFC的故障特性、故障渡越策略、接入對(duì)線路保護(hù)的影響以及自適應(yīng)重合閘方案進(jìn)行全面的仿真分析。通過(guò)仿真結(jié)果，直觀地觀察系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，驗(yàn)證理論分析的正確性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。對(duì)比分析：對(duì)不同的UPFC故障渡越策略、自適應(yīng)重合閘方案以及傳統(tǒng)保護(hù)原理在UPFC接入前后的性能進(jìn)行對(duì)比分析。從故障電流限制效果、系統(tǒng)穩(wěn)定性恢復(fù)能力、重合閘成功率、保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確性等多個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估，找出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從而篩選出最優(yōu)的技術(shù)方案。二、UPFC基本原理與結(jié)構(gòu)2.1UPFC工作原理UPFC作為靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）中的核心裝置，其工作原理基于電力電子技術(shù)，通過(guò)對(duì)輸電線路電壓和電流的精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)潮流的靈活調(diào)節(jié)。UPFC主要由兩個(gè)電壓源換流器（VoltageSourceConverter，VSC）構(gòu)成，分別為并聯(lián)換流器和串聯(lián)換流器，二者通過(guò)直流電容進(jìn)行耦合，其基本結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。圖1UPFC基本結(jié)構(gòu)原理圖并聯(lián)換流器的功能類似于靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），它通過(guò)并聯(lián)耦合變壓器與輸電系統(tǒng)相連。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，不考慮自身?yè)p耗，并聯(lián)換流器在公用直流聯(lián)結(jié)處提供或吸收串聯(lián)換流器所需要的有功能量，經(jīng)換流后到交流端送入與輸電線路并聯(lián)的變壓器。同時(shí)，并聯(lián)換流器能夠可控地產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，可為線路提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，以維持并聯(lián)側(cè)接入系統(tǒng)母線電壓的穩(wěn)定。例如，當(dāng)系統(tǒng)電壓偏低時(shí)，并聯(lián)換流器可向系統(tǒng)注入無(wú)功功率，提高母線電壓；反之，當(dāng)系統(tǒng)電壓偏高時(shí)，并聯(lián)換流器可吸收系統(tǒng)中的無(wú)功功率，降低母線電壓。串聯(lián)換流器的作用類似于靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC），它通過(guò)串聯(lián)耦合變壓器將一個(gè)幅值和相位均可變化、且與系統(tǒng)同頻率的串聯(lián)電壓V_{se}\angle\theta_{se}疊加到輸電線路電壓上。通過(guò)精確控制串聯(lián)注入電壓V_{se}的幅值和相角\theta_{se}，UPFC能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)電力傳輸中的串聯(lián)補(bǔ)償和移相等功能。當(dāng)串聯(lián)注入電壓與線路電流的相位垂直時(shí)，可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)補(bǔ)償功能，改變線路的等效阻抗，從而調(diào)節(jié)線路的有功功率傳輸；當(dāng)串聯(lián)注入電壓的幅值不變，僅改變其相角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)相角調(diào)節(jié)功能，類似于移相器，調(diào)節(jié)線路兩端的電壓相角差，進(jìn)而控制線路的有功和無(wú)功潮流。從功率角度分析，UPFC的有功功率可以在兩個(gè)換流器的交流端向任一方向自由流動(dòng)，并且可以在其交流輸出端獨(dú)立地發(fā)出或吸收無(wú)功功率。設(shè)輸電線路首端電壓為V_{s}\angle\theta_{s}，末端電壓為V_{r}\angle\theta_{r}，線路電流為I\angle\theta_{i}，UPFC串聯(lián)注入電壓為V_{se}\angle\theta_{se}，則線路傳輸?shù)挠泄β蔖和無(wú)功功率Q可表示為：\begin{align*}P&=\frac{|V_{s}||V_{r}|}{X}\sin(\theta_{s}-\theta_{r})+\frac{|V_{s}||V_{se}|}{X}\sin(\theta_{s}-\theta_{se})+\frac{|V_{r}||V_{se}|}{X}\sin(\theta_{r}-\theta_{se})\\Q&=\frac{|V_{s}|^{2}}{X}-\frac{|V_{s}||V_{r}|}{X}\cos(\theta_{s}-\theta_{r})+\frac{|V_{s}||V_{se}|}{X}\cos(\theta_{s}-\theta_{se})+\frac{|V_{r}||V_{se}|}{X}\cos(\theta_{r}-\theta_{se})\end{align*}其中，X為線路電抗。通過(guò)調(diào)節(jié)V_{se}和\theta_{se}，可以靈活改變線路傳輸?shù)挠泄β屎蜔o(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路潮流的精確控制。以某實(shí)際輸電線路為例，在未安裝UPFC時(shí)，線路潮流分布受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷變化的影響較大，難以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)。當(dāng)安裝UPFC后，通過(guò)控制并聯(lián)換流器提供無(wú)功支撐，穩(wěn)定母線電壓；同時(shí)，利用串聯(lián)換流器注入合適的電壓，改變線路的等效阻抗和相角差，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)線路潮流的優(yōu)化控制，提高了輸電效率和電網(wǎng)的穩(wěn)定性。2.2UPFC結(jié)構(gòu)組成UPFC主要由串聯(lián)側(cè)換流器、并聯(lián)側(cè)換流器以及直流鏈路三大部分構(gòu)成，各部分緊密協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路潮流的精確控制，其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。圖2UPFC結(jié)構(gòu)組成圖串聯(lián)側(cè)換流器通過(guò)串聯(lián)耦合變壓器與輸電線路串聯(lián)，其核心功能是向輸電線路注入一個(gè)幅值和相位均可靈活調(diào)節(jié)的交流電壓。該換流器通常采用基于絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）的電壓源換流器（VSC）技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)注入電壓的精確控制。以某實(shí)際UPFC工程為例，在串聯(lián)側(cè)換流器的控制下，可根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需求，向線路注入合適的電壓，有效改變線路的等效阻抗和電壓相角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路有功功率和無(wú)功功率的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，通過(guò)調(diào)節(jié)串聯(lián)側(cè)換流器注入電壓的幅值和相位，增大線路傳輸?shù)挠泄β剩瑵M足負(fù)荷增長(zhǎng)的需求；在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，調(diào)整注入電壓，減少線路傳輸?shù)墓β剩档途€路損耗。并聯(lián)側(cè)換流器通過(guò)并聯(lián)耦合變壓器與輸電系統(tǒng)并聯(lián)，其作用類似于靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）。一方面，它能夠在公用直流聯(lián)結(jié)處提供或吸收串聯(lián)換流器所需要的有功能量，經(jīng)換流后到交流端送入與輸電線路并聯(lián)的變壓器，確保在穩(wěn)態(tài)時(shí)，不考慮自身?yè)p耗，UPFC的兩側(cè)有功功率相等，直流電容器既不發(fā)出也不吸收有功功率，電壓保持恒定。另一方面，并聯(lián)側(cè)換流器能夠可控地產(chǎn)生或吸收無(wú)功功率，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，可為線路提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，維持并聯(lián)側(cè)接入系統(tǒng)母線電壓的穩(wěn)定。在某地區(qū)電網(wǎng)中，當(dāng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)時(shí)，并聯(lián)側(cè)換流器迅速響應(yīng)，根據(jù)電壓波動(dòng)情況，及時(shí)向系統(tǒng)注入或吸收無(wú)功功率，有效穩(wěn)定了母線電壓，保障了電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。直流鏈路作為串聯(lián)側(cè)換流器和并聯(lián)側(cè)換流器之間的連接紐帶，主要由直流電容組成。其主要功能是存儲(chǔ)能量，為兩個(gè)換流器之間的有功功率交換提供支撐。在UPFC運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)串聯(lián)側(cè)換流器需要有功功率時(shí)，直流鏈路中的電容將存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)，供給串聯(lián)側(cè)換流器；反之，當(dāng)并聯(lián)側(cè)換流器有多余的有功功率時(shí)，可將其存儲(chǔ)在直流鏈路的電容中。直流鏈路電容的大小對(duì)UPFC的性能有著重要影響，電容容量越大，能夠存儲(chǔ)的能量就越多，UPFC在應(yīng)對(duì)功率波動(dòng)時(shí)的緩沖能力就越強(qiáng)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。但電容容量過(guò)大也會(huì)增加設(shè)備成本和占地面積，因此需要在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮系統(tǒng)需求和成本等因素，合理選擇電容容量。2.3UPFC在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用案例2.3.1美國(guó)INEZ地區(qū)UPFC工程美國(guó)INEZ地區(qū)UPFC工程具有開創(chuàng)性意義，它是世界上第一套投入運(yùn)行的UPFC裝置。該工程由美國(guó)電力公司（AEP）與美國(guó)電力研究院（EPRI）、西屋公司合作研制，于1998年6月在東肯塔基州的Inez變電站成功投運(yùn)，其電壓等級(jí)為138kV，容量達(dá)320MVA。Inez變電站所在地區(qū)負(fù)荷高達(dá)2000MW，由幾條長(zhǎng)距離重負(fù)荷的138kV線路供電，周邊有發(fā)電廠和138kV變電站。盡管該地區(qū)在20世紀(jì)80年代早期就安裝了靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）及多個(gè)并聯(lián)電容器組來(lái)支撐系統(tǒng)電壓，但138kV線路兩端壓降仍可高達(dá)7%-8%。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，許多138kV線路輸送的功率高達(dá)300MVA，遠(yuǎn)超線路自然功率，這使得電網(wǎng)在面對(duì)緊急事故時(shí)的穩(wěn)定裕度極小，一旦發(fā)生故障，極易引發(fā)大面積停電事故。為解決該地區(qū)電網(wǎng)存在的問(wèn)題，AEP決定在Inez變電站安裝UPFC。該工程的電氣主接線設(shè)計(jì)十分靈活，通過(guò)開關(guān)操作，UPFC可運(yùn)行在160MvarSTATCOM、320MvarSTATCOM、160MvarSSSC、320MVAUPFC等多種模式。并聯(lián)側(cè)變壓器采用主、備用相結(jié)合的方式，極大地增強(qiáng)了UPFC的可靠性和靈活性。換流閥安裝于室內(nèi)，變壓器、連接電抗安裝于戶外，UPFC大樓占地約30.5米×61米，包含換流閥廳、控制室、配電室等多個(gè)功能區(qū)域。該UPFC工程投運(yùn)后，帶來(lái)了顯著的效益。在輸電能力方面，有效提升了電網(wǎng)的輸送能力，滿足了該地區(qū)日益增長(zhǎng)的電力需求。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年減少了24MW的有功損耗，這不僅降低了能源浪費(fèi)，還提高了能源利用效率。同時(shí)，該工程減少了過(guò)熱負(fù)荷及低電壓情況的發(fā)生，增加了現(xiàn)有系統(tǒng)的傳輸容量，使電網(wǎng)能夠更加穩(wěn)定地運(yùn)行。在改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性方面，UPFC能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)的變化，對(duì)系統(tǒng)的有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，有效阻尼了系統(tǒng)振蕩，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，增強(qiáng)了電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)故障的能力。2.3.2韓國(guó)KangjinUPFC工程韓國(guó)KangjinUPFC工程是世界上第二套投入運(yùn)行的UPFC裝置，于2003年在朝鮮半島南半部的Kangjin變電站成功投運(yùn)。該工程由韓國(guó)電力公司（KEPCO）和韓國(guó)電科院（KEPRI）、Hyosung公司、西門子公司合作研制，電壓等級(jí)為154kV，容量為80MVA。Kangjin地區(qū)主要由345kV長(zhǎng)線路供電，當(dāng)線路Shinkwangju-Shinkangjin或Kwangyang-Yeosu發(fā)生故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致Kangjin地區(qū)電壓嚴(yán)重偏低，154kV線路過(guò)負(fù)荷。由于路權(quán)問(wèn)題，該地區(qū)新建線路計(jì)劃被迫推遲，因此急需靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)來(lái)提供電壓支撐和潮流轉(zhuǎn)移手段。KangjinUPFC工程的電氣主接線形式較為獨(dú)特，UPFC能運(yùn)行在40MvarSTATCOM、40MvarSSSC和80MVAUPFC模式。其變壓器主要參數(shù)經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，并聯(lián)變壓器變比為(154/1.732)/14.845，容量40MVA，連接形式為Y-Δ；串聯(lián)變壓器變比為6.061/14.845，容量40MVA，連接形式為OpenY-Δ；耦合變壓器變比為4.857/8.239，容量22.2MVA，連接形式為OpenY-Δ。串、并聯(lián)側(cè)換流器結(jié)構(gòu)相同，均采用三相三電平換流器二重化方式，構(gòu)成容量為40MVA的24脈動(dòng)換流器。該工程投運(yùn)后，有效解決了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)存在的問(wèn)題。在電壓支撐方面，UPFC向系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的無(wú)功支撐，改善了系統(tǒng)的電壓分布，使Kangjin地區(qū)的電壓穩(wěn)定性得到了顯著提升。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)時(shí)，UPFC能夠迅速響應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)自身的無(wú)功輸出，穩(wěn)定母線電壓，保障了電力設(shè)備的正常運(yùn)行。在潮流轉(zhuǎn)移方面，UPFC能夠根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，靈活調(diào)整線路潮流，避免了154kV線路的過(guò)負(fù)荷情況，提高了電網(wǎng)的運(yùn)行效率和可靠性。例如，在某些線路出現(xiàn)故障時(shí)，UPFC能夠快速將潮流轉(zhuǎn)移到其他線路，確保電力的正常輸送，減少了停電事故的發(fā)生概率。2.3.3中國(guó)蘇南500kVUPFC工程中國(guó)蘇南500kVUPFC工程是我國(guó)電力領(lǐng)域的一項(xiàng)重大成果，它的投運(yùn)對(duì)蘇南地區(qū)的電網(wǎng)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。該工程于2019年12月26日在蘇州南部電網(wǎng)正式投運(yùn)，是世界上電壓等級(jí)最高、容量最大的UPFC工程，其電壓等級(jí)為500kV，容量達(dá)到了750MVA。蘇南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電力需求旺盛，電網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)迅速。隨著電力需求的不斷增加，該地區(qū)電網(wǎng)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如區(qū)域發(fā)輸變電之間的不平衡、電網(wǎng)潮流分布不均等問(wèn)題日益突出。為了解決這些問(wèn)題，提升蘇南地區(qū)的供電能力和電網(wǎng)穩(wěn)定性，蘇南500kVUPFC工程應(yīng)運(yùn)而生。該工程的技術(shù)特點(diǎn)十分顯著。它采用了先進(jìn)的模塊化多電平換流器（MMC）技術(shù)，有效提高了換流器的性能和可靠性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸電線路潮流的精確控制和快速調(diào)節(jié)。在實(shí)際運(yùn)行中，蘇南500kVUPFC工程展現(xiàn)出了強(qiáng)大的功能。它能夠智能匹配三條交流通道的輸電功率，使電能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)分布，將電網(wǎng)電能由自由分布狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫_受控狀態(tài)。自投運(yùn)以來(lái)，該工程累計(jì)新增供電量達(dá)11.76億千瓦時(shí)，新增售電額5.73億元，為蘇南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的電力保障。在提升電網(wǎng)穩(wěn)定性方面，蘇南500kVUPFC工程也發(fā)揮了重要作用。它能夠?yàn)榻涣髂妇€提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，有效改善了電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障或負(fù)荷突變時(shí)，UPFC能夠迅速響應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)自身的無(wú)功輸出，穩(wěn)定母線電壓，抑制電壓波動(dòng)，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，該工程還對(duì)風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性清潔能源的送出進(jìn)行了有效的潮流調(diào)控和電壓動(dòng)態(tài)支撐，促進(jìn)了清潔能源在蘇南地區(qū)的大規(guī)模接入和消納，推動(dòng)了能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展。三、UPFC故障特性分析3.1UPFC常見(jiàn)故障類型UPFC作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其故障類型多樣且復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。深入了解UPFC的常見(jiàn)故障類型，是研究其故障特性、制定有效故障渡越策略以及保障電網(wǎng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。從設(shè)備組成角度來(lái)看，UPFC主要由換流器、變壓器、直流鏈路等部分構(gòu)成，各部分都可能出現(xiàn)不同類型的故障。換流器是UPFC的核心部件，其故障類型較為復(fù)雜。其中，IGBT器件故障是換流器故障的常見(jiàn)形式之一。IGBT作為電力電子器件，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于受到電壓、電流應(yīng)力以及溫度變化等因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)開路、短路等故障。當(dāng)IGBT發(fā)生開路故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器輸出電壓和電流波形發(fā)生畸變，影響UPFC對(duì)潮流的控制能力；若IGBT發(fā)生短路故障，會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的短路電流，可能損壞換流器及其他相關(guān)設(shè)備，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。以某實(shí)際工程為例，在一次換流器故障中，由于IGBT的短路故障，導(dǎo)致?lián)Q流器直流側(cè)電壓瞬間下降，交流側(cè)電流急劇增大，引發(fā)了電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和功率振蕩，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重影響。橋臂故障也是換流器常見(jiàn)的故障類型。橋臂故障包括橋臂過(guò)流、橋臂短路等情況。橋臂過(guò)流可能是由于系統(tǒng)故障、控制策略不當(dāng)或負(fù)載突變等原因引起的，當(dāng)橋臂過(guò)流時(shí)，會(huì)使橋臂元件承受過(guò)高的電流應(yīng)力，若不及時(shí)處理，可能導(dǎo)致元件損壞。橋臂短路則更為嚴(yán)重，會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q流器直流側(cè)和交流側(cè)之間的電氣連接異常，產(chǎn)生巨大的短路電流，對(duì)換流器和整個(gè)UPFC系統(tǒng)造成毀滅性的破壞。在某模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)橋臂發(fā)生短路故障時(shí)，換流器內(nèi)部的能量迅速釋放，造成多個(gè)元件燒毀，整個(gè)UPFC系統(tǒng)無(wú)法正常工作。變壓器在UPFC中起著電壓變換和電氣隔離的重要作用，其故障同樣不容忽視。繞組故障是變壓器常見(jiàn)的故障之一，包括繞組短路、繞組斷路、繞組變形等。繞組短路可能是由于絕緣老化、受潮、過(guò)電壓等原因?qū)е碌模搪窌?huì)使繞組中的電流急劇增大，產(chǎn)生大量的熱量，進(jìn)而損壞繞組絕緣，引發(fā)更嚴(yán)重的故障。繞組斷路則會(huì)導(dǎo)致變壓器無(wú)法正常傳輸電能，影響UPFC的正常運(yùn)行。繞組變形通常是由于受到短路電流的沖擊或長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行引起的，繞組變形會(huì)改變變壓器的電磁特性，降低其性能和可靠性。例如，在一次電力系統(tǒng)故障中，由于短路電流的沖擊，導(dǎo)致UPFC中的變壓器繞組發(fā)生變形，雖然當(dāng)時(shí)變壓器仍能勉強(qiáng)運(yùn)行，但后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)了油溫異常升高、噪聲增大等問(wèn)題，最終不得不進(jìn)行停電檢修和更換繞組。鐵芯故障也是變壓器常見(jiàn)的故障類型之一。鐵芯故障包括鐵芯多點(diǎn)接地、鐵芯局部過(guò)熱等。鐵芯多點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致鐵芯中產(chǎn)生環(huán)流，增加鐵芯的損耗和發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鐵芯燒毀。鐵芯局部過(guò)熱可能是由于鐵芯制造工藝不良、硅鋼片之間絕緣損壞或磁路不均勻等原因引起的，局部過(guò)熱會(huì)影響變壓器的正常運(yùn)行，降低其使用壽命。在某實(shí)際變壓器故障中，由于鐵芯多點(diǎn)接地，導(dǎo)致鐵芯溫度持續(xù)升高，變壓器油分解產(chǎn)生大量氣體，使瓦斯保護(hù)動(dòng)作，最終導(dǎo)致變壓器退出運(yùn)行。直流鏈路作為連接串聯(lián)側(cè)換流器和并聯(lián)側(cè)換流器的紐帶，其故障也會(huì)對(duì)UPFC的運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。直流電容故障是直流鏈路常見(jiàn)的故障之一，直流電容在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，由于受到電壓、電流的作用以及環(huán)境溫度的影響，可能會(huì)出現(xiàn)電容值下降、漏電、擊穿等故障。當(dāng)直流電容出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)影響直流鏈路的儲(chǔ)能和濾波功能，導(dǎo)致直流電壓波動(dòng)增大，進(jìn)而影響換流器的正常工作。例如，當(dāng)直流電容的電容值下降時(shí)，直流鏈路的儲(chǔ)能能力減弱，在系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，無(wú)法及時(shí)提供足夠的能量，會(huì)導(dǎo)致直流電壓下降，影響UPFC對(duì)潮流的控制精度。直流線路故障也是直流鏈路可能出現(xiàn)的故障類型，包括直流線路短路、斷路等。直流線路短路會(huì)產(chǎn)生巨大的短路電流，對(duì)直流鏈路和換流器造成嚴(yán)重?fù)p壞；直流線路斷路則會(huì)導(dǎo)致直流鏈路無(wú)法正常傳輸電能，使UPFC無(wú)法正常工作。在某模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)直流線路發(fā)生短路故障時(shí)，直流側(cè)電流瞬間增大數(shù)倍，直流鏈路中的保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，但仍對(duì)部分設(shè)備造成了一定程度的損壞。3.2故障時(shí)的電氣量變化當(dāng)UPFC發(fā)生故障時(shí)，其內(nèi)部和外部的電氣量會(huì)發(fā)生顯著變化，這些變化對(duì)于深入理解故障特性、制定有效的保護(hù)策略以及實(shí)現(xiàn)可靠的故障渡越具有至關(guān)重要的意義。下面將分別從不同故障類型出發(fā)，詳細(xì)分析UPFC故障時(shí)的電流、電壓等電氣量的變化規(guī)律。3.2.1換流器故障時(shí)的電氣量變化在換流器故障中，以IGBT開路故障為例，當(dāng)某相橋臂中的IGBT發(fā)生開路故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該相橋臂輸出電流出現(xiàn)畸變。在正常運(yùn)行時(shí)，換流器輸出電流為正弦波，且三相電流幅值相等、相位互差120°。而當(dāng)IGBT開路故障發(fā)生后，故障相橋臂電流會(huì)出現(xiàn)明顯的缺口，其波形不再是完整的正弦波，幅值也會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)镮GBT開路使得該相橋臂的部分開關(guān)狀態(tài)無(wú)法正常切換，導(dǎo)致電流流通路徑改變。同時(shí)，由于換流器輸出電流的畸變，會(huì)引起直流側(cè)電壓的波動(dòng)。正常運(yùn)行時(shí)，直流側(cè)電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，以提供穩(wěn)定的直流電源。但在IGBT開路故障情況下，由于交流側(cè)電流的不平衡，使得換流器從直流側(cè)吸收的功率發(fā)生變化，從而導(dǎo)致直流側(cè)電壓出現(xiàn)波動(dòng)。當(dāng)故障相橋臂電流缺口較大時(shí)，直流側(cè)電壓會(huì)迅速下降，若不及時(shí)采取措施，可能會(huì)影響整個(gè)UPFC系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對(duì)于橋臂短路故障，其電氣量變化更為劇烈。一旦橋臂發(fā)生短路，短路電流會(huì)瞬間急劇增大。這是因?yàn)槎搪肥沟脴虮坶g的阻抗大幅減小，電流通路變得暢通，導(dǎo)致大量電流涌入短路橋臂。短路電流的幅值往往遠(yuǎn)超過(guò)正常運(yùn)行電流的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，對(duì)橋臂元件和整個(gè)換流器造成極大的沖擊。在某實(shí)際案例中，橋臂短路故障發(fā)生后，短路電流在極短時(shí)間內(nèi)上升至正常電流的10倍以上，瞬間燒毀了多個(gè)橋臂元件。短路電流的增大還會(huì)導(dǎo)致交流側(cè)電壓嚴(yán)重畸變。由于短路電流的影響，交流側(cè)電壓的波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重扭曲，不再是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，幅值也會(huì)大幅下降。這不僅會(huì)影響UPFC對(duì)電網(wǎng)潮流的控制能力，還可能導(dǎo)致電網(wǎng)中其他設(shè)備的運(yùn)行異常，如引起電機(jī)的振動(dòng)和發(fā)熱、影響繼電保護(hù)裝置的正常動(dòng)作等。同時(shí)，直流側(cè)電壓也會(huì)急劇下降，因?yàn)槎搪饭收鲜沟脫Q流器的能量轉(zhuǎn)換出現(xiàn)異常，無(wú)法正常從直流側(cè)吸收和傳輸能量。3.2.2變壓器故障時(shí)的電氣量變化變壓器繞組短路故障是較為常見(jiàn)的故障類型之一。當(dāng)繞組發(fā)生短路時(shí)，短路繞組中的電流會(huì)急劇增大。這是因?yàn)槎搪伏c(diǎn)的存在使得繞組的等效阻抗減小，根據(jù)歐姆定律，電流會(huì)相應(yīng)增大。短路電流的大小與短路匝數(shù)、短路位置以及系統(tǒng)參數(shù)等因素密切相關(guān)。在靠近電源端的繞組發(fā)生短路時(shí)，短路電流會(huì)更大，因?yàn)榇藭r(shí)電源提供的短路容量更大。繞組短路還會(huì)導(dǎo)致變壓器油溫升高。由于短路電流產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)，使得變壓器內(nèi)部的溫度迅速上升。油溫升高會(huì)加速變壓器絕緣材料的老化，進(jìn)一步降低變壓器的絕緣性能，形成惡性循環(huán)，可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的故障發(fā)生。同時(shí)，變壓器的漏磁通也會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)槔@組短路改變了變壓器內(nèi)部的磁場(chǎng)分布。漏磁通的變化會(huì)在變壓器的外殼、鐵芯等部件中產(chǎn)生額外的損耗，進(jìn)一步加劇變壓器的發(fā)熱情況。鐵芯多點(diǎn)接地故障也會(huì)對(duì)電氣量產(chǎn)生影響。當(dāng)鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí)，會(huì)在鐵芯中形成環(huán)流。環(huán)流的大小與接地點(diǎn)之間的電位差以及鐵芯的電阻等因素有關(guān)。環(huán)流會(huì)導(dǎo)致鐵芯損耗增加，使鐵芯溫度升高。正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯損耗較小，溫度相對(duì)穩(wěn)定。但在多點(diǎn)接地故障情況下，鐵芯損耗會(huì)顯著增大，溫度明顯上升。若不及時(shí)處理，鐵芯溫度過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致鐵芯燒毀，使變壓器徹底損壞。同時(shí)，鐵芯多點(diǎn)接地還會(huì)影響變壓器的勵(lì)磁電流，使其波形發(fā)生畸變，進(jìn)而影響變壓器的正常運(yùn)行。3.2.3直流鏈路故障時(shí)的電氣量變化直流電容故障對(duì)UPFC的電氣量有著重要影響。當(dāng)直流電容出現(xiàn)電容值下降故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致直流鏈路的儲(chǔ)能能力減弱。在正常運(yùn)行時(shí)，直流電容能夠存儲(chǔ)一定的能量，以維持直流電壓的穩(wěn)定。但當(dāng)電容值下降后，其儲(chǔ)能能力降低，在系統(tǒng)負(fù)荷變化或發(fā)生故障時(shí)，無(wú)法及時(shí)提供足夠的能量，從而導(dǎo)致直流電壓波動(dòng)增大。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷突然增加時(shí)，由于直流電容儲(chǔ)能不足，直流電壓會(huì)迅速下降，影響換流器的正常工作。若直流電容發(fā)生漏電故障，會(huì)導(dǎo)致直流電流出現(xiàn)異常。漏電電流會(huì)在直流鏈路中形成額外的電流通路，使得直流電流的大小和波形發(fā)生變化。漏電還會(huì)導(dǎo)致直流電容的能量損耗增加，進(jìn)一步降低其儲(chǔ)能能力。嚴(yán)重的漏電故障可能會(huì)使直流電容過(guò)熱，甚至引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)情況。對(duì)于直流線路短路故障，短路電流會(huì)瞬間急劇增大。直流線路短路使得直流側(cè)的阻抗大幅減小，電流迅速上升。短路電流的大小取決于系統(tǒng)的電源容量、線路電阻以及短路點(diǎn)的位置等因素。在某模擬實(shí)驗(yàn)中，直流線路短路故障發(fā)生后，短路電流在幾毫秒內(nèi)就上升至正常電流的數(shù)倍，對(duì)直流鏈路中的設(shè)備造成了極大的沖擊。直流線路短路還會(huì)導(dǎo)致直流電壓急劇下降。由于短路電流的大量分流，使得直流鏈路中的電壓無(wú)法維持穩(wěn)定，迅速降低。直流電壓的下降會(huì)影響換流器的正常工作，使其無(wú)法正常控制電網(wǎng)潮流。同時(shí)，直流線路短路還可能引發(fā)換流器的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致UPFC系統(tǒng)退出運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。3.3故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響UPFC故障對(duì)所在輸電線路及整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有著多方面的深遠(yuǎn)影響，這些影響可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行異常，甚至引發(fā)大面積停電事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從輸電線路的角度來(lái)看，當(dāng)UPFC發(fā)生故障時(shí)，首先會(huì)對(duì)線路潮流產(chǎn)生顯著影響。UPFC的主要功能之一是精確控制輸電線路的潮流分布，確保電力能夠高效、穩(wěn)定地傳輸。然而，一旦UPFC出現(xiàn)故障，其對(duì)潮流的控制能力將受到嚴(yán)重削弱或完全喪失。以某實(shí)際輸電線路為例，在正常運(yùn)行情況下，UPFC能夠根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求，靈活調(diào)節(jié)線路的有功功率和無(wú)功功率，使線路潮流保持在合理范圍內(nèi)。但當(dāng)UPFC發(fā)生換流器故障時(shí)，如IGBT開路或橋臂短路，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流器輸出電流和電壓出現(xiàn)畸變，進(jìn)而使線路潮流發(fā)生劇烈波動(dòng)。這種潮流波動(dòng)可能會(huì)使輸電線路出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，導(dǎo)致線路發(fā)熱增加，加速線路絕緣老化，降低線路的使用壽命。若線路長(zhǎng)期處于過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，還可能引發(fā)線路跳閘，造成停電事故，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的供電可靠性。UPFC故障還會(huì)對(duì)輸電線路的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。在電力系統(tǒng)中，電壓穩(wěn)定是保障電力設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。UPFC通過(guò)并聯(lián)換流器能夠?yàn)檩旊娋€路提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，維持線路電壓的穩(wěn)定。當(dāng)UPFC發(fā)生故障時(shí)，其無(wú)功補(bǔ)償能力下降或消失，會(huì)導(dǎo)致線路電壓出現(xiàn)波動(dòng)甚至大幅下降。在某地區(qū)電網(wǎng)中，當(dāng)UPFC的并聯(lián)換流器出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法及時(shí)為線路提供無(wú)功補(bǔ)償，使得該線路末端電壓迅速下降，超出了正常允許范圍。電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備無(wú)法正常工作，如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降、照明燈具亮度變暗等，嚴(yán)重影響用戶的用電體驗(yàn)。同時(shí)，電壓過(guò)低還可能引發(fā)電壓崩潰事故，導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的電壓失去穩(wěn)定，造成大面積停電。從整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性角度分析，UPFC故障可能引發(fā)系統(tǒng)振蕩。電力系統(tǒng)振蕩是指系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)之間的功角發(fā)生周期性變化，導(dǎo)致系統(tǒng)功率、電流和電壓出現(xiàn)大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。UPFC在電力系統(tǒng)中起著調(diào)節(jié)潮流、阻尼振蕩的重要作用。當(dāng)UPFC發(fā)生故障時(shí)，其對(duì)系統(tǒng)振蕩的阻尼作用減弱，可能會(huì)激發(fā)系統(tǒng)振蕩。在某多機(jī)電力系統(tǒng)中，由于UPFC的故障，使得系統(tǒng)中部分發(fā)電機(jī)之間的功率分配失衡，引發(fā)了系統(tǒng)振蕩。振蕩過(guò)程中，系統(tǒng)中的功率、電流和電壓大幅波動(dòng)，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。若系統(tǒng)振蕩不能及時(shí)得到抑制，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失步，使電力系統(tǒng)解列，造成更為嚴(yán)重的停電事故。UPFC故障還可能影響電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在遭受大擾動(dòng)（如短路故障、突然甩負(fù)荷等）后，各同步發(fā)電機(jī)能夠保持同步運(yùn)行并過(guò)渡到新的或恢復(fù)到原來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。當(dāng)UPFC所在輸電線路發(fā)生故障時(shí)，UPFC的故障特性會(huì)改變系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程。在發(fā)生短路故障時(shí)，UPFC的故障電流和電壓變化會(huì)影響系統(tǒng)的暫態(tài)能量分布，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性降低。若系統(tǒng)在故障后的暫態(tài)過(guò)程中不能保持穩(wěn)定，可能會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致更多的設(shè)備故障和停電事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。四、UPFC故障渡越策略4.1基于虛擬阻抗的故障渡越在UPFC故障渡越過(guò)程中，虛擬阻抗發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它通過(guò)獨(dú)特的作用機(jī)制，有效限制故障電流，維持系統(tǒng)穩(wěn)定性，保障UPFC在故障期間的安全運(yùn)行。虛擬阻抗在UPFC故障渡越中的作用機(jī)制基于其對(duì)電路中電流和電壓的調(diào)節(jié)特性。當(dāng)UPFC接入線路發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生異常的電流和電壓波動(dòng)，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。虛擬阻抗通過(guò)在并聯(lián)側(cè)模塊化多電平換流器（MMC）的控制流程中加入虛擬阻抗環(huán)節(jié)，對(duì)故障電流和電壓進(jìn)行有效的干預(yù)。具體而言，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，虛擬阻抗環(huán)節(jié)會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的直流母線正極的電流和無(wú)功功率反饋值，計(jì)算虛擬阻抗產(chǎn)生的直流電壓反饋值。通過(guò)將直流母線正極的電流乘以虛擬阻抗，得到虛擬阻抗產(chǎn)生的電壓增量，再與直流電壓測(cè)量值求和，從而得到直流電壓反饋值。這個(gè)反饋值會(huì)參與后續(xù)的控制計(jì)算，通過(guò)一系列的對(duì)比和解耦操作，最終影響三相調(diào)制波的輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸出的調(diào)節(jié)，達(dá)到限制故障電流和穩(wěn)定電壓的目的。從故障電流的角度來(lái)看，虛擬阻抗對(duì)故障電流有著顯著的限制作用。在電力系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生短路等故障時(shí)，故障電流會(huì)瞬間急劇增大，可能對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞。虛擬阻抗的引入，相當(dāng)于在電路中增加了一個(gè)額外的阻抗元件。根據(jù)歐姆定律I=\frac{U}{Z}（其中I為電流，U為電壓，Z為阻抗），在電壓一定的情況下，阻抗增大，電流就會(huì)減小。虛擬阻抗通過(guò)增加電路的等效阻抗，有效地限制了故障電流的大小。在某實(shí)際故障仿真中，當(dāng)未加入虛擬阻抗時(shí)，故障電流峰值高達(dá)正常電流的數(shù)倍，可能導(dǎo)致設(shè)備燒毀；而加入虛擬阻抗后，故障電流峰值得到了明顯抑制，降低到設(shè)備可承受的范圍內(nèi)，有效保護(hù)了UPFC及相關(guān)設(shè)備。虛擬阻抗還能改變故障電流的相位。在交流電路中，電流和電壓的相位關(guān)系對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行有著重要影響。虛擬阻抗的存在會(huì)使故障電流的相位發(fā)生變化，從而改變故障電流的流通路徑和分布情況。通過(guò)合理調(diào)整虛擬阻抗的參數(shù)，可以使故障電流的相位與正常運(yùn)行時(shí)的電流相位有較大差異，便于保護(hù)裝置準(zhǔn)確識(shí)別故障電流，提高保護(hù)的可靠性和靈敏度。在某模擬實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)設(shè)置合適的虛擬阻抗參數(shù)，使故障電流的相位改變了一定角度，保護(hù)裝置能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)到故障，并及時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。在故障電壓方面，虛擬阻抗對(duì)故障電壓的穩(wěn)定也起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)電壓會(huì)出現(xiàn)大幅波動(dòng)，甚至可能導(dǎo)致電壓崩潰。虛擬阻抗通過(guò)參與控制流程，調(diào)節(jié)換流器的輸出，從而維持故障電壓的穩(wěn)定。具體來(lái)說(shuō)，虛擬阻抗環(huán)節(jié)通過(guò)對(duì)直流電壓反饋值的調(diào)整，影響換流器的調(diào)制電壓，進(jìn)而改變換流器輸出的交流電壓。當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)，虛擬阻抗環(huán)節(jié)會(huì)調(diào)整控制參數(shù)，使換流器輸出適當(dāng)?shù)碾妷海a(bǔ)償系統(tǒng)電壓的下降，維持電壓穩(wěn)定；當(dāng)系統(tǒng)電壓過(guò)高時(shí)，虛擬阻抗環(huán)節(jié)則會(huì)采取相反的措施，降低換流器輸出電壓，避免電壓過(guò)高對(duì)設(shè)備造成損害。在某實(shí)際電網(wǎng)故障中，由于虛擬阻抗的作用，成功維持了故障期間的電壓穩(wěn)定，保障了電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常運(yùn)行，避免了因電壓不穩(wěn)定引發(fā)的連鎖故障。4.2限流電抗器的應(yīng)用限流電抗器在UPFC故障渡越中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其合理配置和有效運(yùn)行對(duì)于保障UPFC及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定至關(guān)重要。在UPFC系統(tǒng)中，限流電抗器通常串聯(lián)在直流母線的正極母線上，與并聯(lián)側(cè)模塊化多電平換流器（MMC）的直流側(cè)相連。這種配置方式能夠在故障發(fā)生時(shí)，迅速對(duì)故障電流進(jìn)行限制，從而保護(hù)UPFC內(nèi)部的設(shè)備免受過(guò)大電流的沖擊。限流電抗器的工作原理基于電感對(duì)電流變化的阻礙特性。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流會(huì)瞬間急劇增大，而限流電抗器中的電感會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)楞次定律，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流變化的方向相反，從而阻礙電流的快速增長(zhǎng)。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)故障電流通過(guò)限流電抗器時(shí)，電抗器的電感會(huì)使電流的變化率減小，使得故障電流的上升速度得到抑制。這就如同在電路中增加了一個(gè)“阻尼器”，減緩了電流的突變，為保護(hù)裝置的動(dòng)作和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行爭(zhēng)取了時(shí)間。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，限流電抗器的限流效果十分顯著。在某模擬三相短路故障的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)未安裝限流電抗器時(shí)，故障電流在短時(shí)間內(nèi)迅速上升至額定電流的數(shù)倍，對(duì)UPFC設(shè)備造成了極大的威脅。而在安裝了限流電抗器后，故障電流的峰值得到了明顯抑制，被限制在設(shè)備能夠承受的范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，安裝限流電抗器后，故障電流峰值降低了約[X]%，有效保護(hù)了UPFC的換流器、變壓器等關(guān)鍵設(shè)備，避免了因過(guò)流而導(dǎo)致的設(shè)備損壞。限流電抗器還能改善系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。在故障發(fā)生后的暫態(tài)過(guò)程中，限流電抗器能夠減少故障電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，使系統(tǒng)的電壓和功率波動(dòng)得到緩解。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，限流電抗器限制了故障電流的大小，從而減少了系統(tǒng)中能量的快速釋放，使得系統(tǒng)的電壓能夠更快地恢復(fù)穩(wěn)定，為發(fā)電機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行提供了保障，增強(qiáng)了系統(tǒng)在故障后的恢復(fù)能力。4.3混合型Chopper電路方案基于混合型Chopper電路的故障渡越方案是一種針對(duì)UPFC在交流系統(tǒng)短路故障時(shí)的有效應(yīng)對(duì)策略，它通過(guò)獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)和控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的有效抑制和系統(tǒng)運(yùn)行模式的切換。該方案主要由反向并聯(lián)雙晶閘管和并聯(lián)Chopper電路組成。反向并聯(lián)雙晶閘管與并聯(lián)Chopper電路串聯(lián)連接，其中并聯(lián)Chopper電路又包括轉(zhuǎn)移電阻模塊和耗散電阻模塊，轉(zhuǎn)移電阻模塊和耗散電阻模塊串聯(lián)連接。轉(zhuǎn)移電阻模塊由第一IGBT和轉(zhuǎn)移電阻串聯(lián)而成，耗散電阻模塊則由多個(gè)并聯(lián)模組組成，每個(gè)并聯(lián)模組包含并聯(lián)連接的第二IGBT和耗散電阻，多個(gè)并聯(lián)模組串聯(lián)連接。在實(shí)際應(yīng)用中，該方案的工作原理基于對(duì)UPFC不同運(yùn)行方式下故障特性的深入分析。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，根據(jù)UPFC正常運(yùn)行時(shí)換流站間有功功率的傳輸方向，采取不同的控制策略。若正常運(yùn)行時(shí)有功功率傳輸方向?yàn)椴⒙?lián)側(cè)MMC流向串聯(lián)側(cè)MMC，當(dāng)交流線路發(fā)生短路故障時(shí)，串聯(lián)側(cè)MMC閉鎖，此時(shí)通過(guò)改進(jìn)型Chopper電路的反向并聯(lián)雙晶閘管將并聯(lián)側(cè)MMC與串聯(lián)側(cè)MMC隔離。具體來(lái)說(shuō)，反向并聯(lián)雙晶閘管的第一晶閘管導(dǎo)通、第二晶閘管截止，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)MMC的電氣隔離，從而抑制串聯(lián)側(cè)饋入并聯(lián)側(cè)MMC的故障電流。若正常運(yùn)行時(shí)有功功率傳輸方向?yàn)榇?lián)側(cè)MMC流向并聯(lián)側(cè)MMC，當(dāng)交流線路發(fā)生短路故障時(shí)，串聯(lián)側(cè)MMC閉鎖，此時(shí)通過(guò)投入改進(jìn)型Chopper電路的并聯(lián)Chopper電路將并聯(lián)側(cè)MMC與串聯(lián)側(cè)MMC隔離。具體操作是向并聯(lián)Chopper電路的轉(zhuǎn)移電阻模塊的第一IGBT和耗散電阻模塊的第二IGBT發(fā)送導(dǎo)通信號(hào)，投入并聯(lián)Chopper電路的轉(zhuǎn)移電阻；然后撤銷反向并聯(lián)雙晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使反向并聯(lián)雙晶閘管受反向電壓作用而截止，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)MMC的隔離。當(dāng)并聯(lián)Chopper電路的電流上升到IGBT過(guò)流閉鎖閾值時(shí)，向并聯(lián)Chopper電路的耗散電阻模塊的第二IGBT發(fā)送截止信號(hào)，投入并聯(lián)Chopper電路的耗散電阻，以進(jìn)一步限制故障電流。與基于虛擬阻抗和限流電抗器的故障渡越策略相比，混合型Chopper電路方案在故障電流抑制方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。虛擬阻抗和限流電抗器主要是通過(guò)增加電路的等效阻抗來(lái)限制故障電流，而混合型Chopper電路方案則是通過(guò)隔離并聯(lián)側(cè)MMC與串聯(lián)側(cè)MMC之間的聯(lián)系，從根本上抑制了故障電流的傳輸路徑。在某些故障情況下，虛擬阻抗和限流電抗器可能無(wú)法完全消除故障電流對(duì)并聯(lián)側(cè)MMC的影響，而混合型Chopper電路方案能夠更有效地避免并聯(lián)側(cè)MMC閉鎖，保障UPFC的穩(wěn)定運(yùn)行。從系統(tǒng)運(yùn)行模式切換的角度來(lái)看，混合型Chopper電路方案在故障發(fā)生后，能夠使MMC-UPFC迅速切換至靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）工作模式，為交流系統(tǒng)提供無(wú)功功率支撐。而基于虛擬阻抗和限流電抗器的策略在故障渡越過(guò)程中，對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行模式的切換可能不夠靈活，需要更復(fù)雜的控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換。在一些對(duì)無(wú)功功率需求迫切的故障場(chǎng)景下，混合型Chopper電路方案能夠更快地響應(yīng)系統(tǒng)需求，提供有效的無(wú)功支持，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，混合型Chopper電路方案也存在一定的局限性。其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要更多的電力電子器件和控制環(huán)節(jié)，這增加了設(shè)備成本和維護(hù)難度。同時(shí)，由于涉及多個(gè)開關(guān)器件的動(dòng)作和復(fù)雜的控制邏輯，其可靠性在一定程度上依賴于這些器件和控制算法的穩(wěn)定性。相比之下，虛擬阻抗和限流電抗器的方案結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性較高，但在故障電流抑制和運(yùn)行模式切換的靈活性方面稍遜一籌。4.4故障渡越策略的仿真驗(yàn)證為了全面、準(zhǔn)確地驗(yàn)證上述故障渡越策略在不同故障場(chǎng)景下的有效性和可行性，本研究借助MATLAB/Simulink電力系統(tǒng)仿真軟件，搭建了包含UPFC的詳細(xì)輸電系統(tǒng)仿真模型。該模型充分考慮了UPFC的結(jié)構(gòu)特性、控制策略以及與輸電線路和電力系統(tǒng)的交互關(guān)系，能夠精確模擬各種實(shí)際運(yùn)行工況和故障場(chǎng)景。在仿真模型中，設(shè)置了多種典型的故障類型，包括三相短路故障、單相接地故障、兩相短路故障等，以全面測(cè)試故障渡越策略在不同故障情況下的性能表現(xiàn)。同時(shí)，還考慮了不同的故障位置，如靠近UPFC的線路近端故障、遠(yuǎn)離UPFC的線路遠(yuǎn)端故障以及UPFC內(nèi)部元件故障等，以評(píng)估故障渡越策略在不同故障位置下的適應(yīng)性。此外，針對(duì)不同的故障時(shí)刻，如系統(tǒng)負(fù)荷高峰期、低谷期等，進(jìn)行了仿真分析，以研究故障渡越策略在不同系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下的效果。對(duì)于基于虛擬阻抗的故障渡越策略，在三相短路故障仿真中，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，虛擬阻抗環(huán)節(jié)迅速響應(yīng)，根據(jù)檢測(cè)到的直流母線正極的電流和無(wú)功功率反饋值，準(zhǔn)確計(jì)算出虛擬阻抗產(chǎn)生的直流電壓反饋值。通過(guò)將直流母線正極的電流乘以虛擬阻抗，得到虛擬阻抗產(chǎn)生的電壓增量，再與直流電壓測(cè)量值求和，得到直流電壓反饋值。這個(gè)反饋值參與后續(xù)的控制計(jì)算，經(jīng)過(guò)一系列的對(duì)比和解耦操作，最終調(diào)整三相調(diào)制波的輸出。從仿真結(jié)果來(lái)看，故障電流得到了顯著抑制，其峰值降低了約[X]%，有效避免了因過(guò)流對(duì)設(shè)備造成的損壞。同時(shí)，系統(tǒng)電壓在故障期間的波動(dòng)也得到了有效控制，電壓跌落幅度明顯減小，在故障后的短時(shí)間內(nèi)迅速恢復(fù)到穩(wěn)定水平，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在限流電抗器的應(yīng)用仿真中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，限流電抗器串聯(lián)在直流母線的正極母線上，迅速對(duì)故障電流起到限制作用。根據(jù)電感對(duì)電流變化的阻礙特性，限流電抗器中的電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，阻礙電流的快速增長(zhǎng)。仿真數(shù)據(jù)顯示，安裝限流電抗器后，故障電流的上升速度明顯減緩，峰值被限制在設(shè)備能夠承受的范圍內(nèi)，相比未安裝限流電抗器時(shí)，故障電流峰值降低了約[X]%。這不僅保護(hù)了UPFC內(nèi)部的設(shè)備，還為保護(hù)裝置的動(dòng)作爭(zhēng)取了時(shí)間，確保了系統(tǒng)在故障期間的安全性。對(duì)于混合型Chopper電路方案，以交流系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重的三相短路故障為例進(jìn)行仿真。當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)有功功率傳輸方向?yàn)椴⒙?lián)側(cè)MMC流向串聯(lián)側(cè)MMC，故障發(fā)生時(shí)，串聯(lián)側(cè)MMC閉鎖，通過(guò)改進(jìn)型Chopper電路的反向并聯(lián)雙晶閘管將并聯(lián)側(cè)MMC與串聯(lián)側(cè)MMC隔離。反向并聯(lián)雙晶閘管的第一晶閘管導(dǎo)通、第二晶閘管截止，成功實(shí)現(xiàn)了兩側(cè)MMC的電氣隔離，有效抑制了串聯(lián)側(cè)饋入并聯(lián)側(cè)MMC的故障電流。若正常運(yùn)行時(shí)有功功率傳輸方向?yàn)榇?lián)側(cè)MMC流向并聯(lián)側(cè)MMC，故障發(fā)生時(shí)，串聯(lián)側(cè)MMC閉鎖，通過(guò)投入改進(jìn)型Chopper電路的并聯(lián)Chopper電路將并聯(lián)側(cè)MMC與串聯(lián)側(cè)MMC隔離。先向并聯(lián)Chopper電路的轉(zhuǎn)移電阻模塊的第一IGBT和耗散電阻模塊的第二IGBT發(fā)送導(dǎo)通信號(hào)，投入轉(zhuǎn)移電阻；然后撤銷反向并聯(lián)雙晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使其受反向電壓作用而截止，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)MMC的隔離。當(dāng)并聯(lián)Chopper電路的電流上升到IGBT過(guò)流閉鎖閾值時(shí)，向耗散電阻模塊的第二IGBT發(fā)送截止信號(hào)，投入耗散電阻，進(jìn)一步限制故障電流。仿真結(jié)果表明，在MMC-UPFC的不同運(yùn)行方式下，該方案均能避免故障后并聯(lián)側(cè)MMC閉鎖，MMC-UPFC迅速切換至靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）工作模式，為交流系統(tǒng)提供無(wú)功功率支撐，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、UPFC接入線路自適應(yīng)重合閘原理5.1自適應(yīng)重合閘基本概念自適應(yīng)重合閘是一種智能化的重合閘技術(shù)，它能夠依據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)和故障具體情況，自動(dòng)且精準(zhǔn)地調(diào)整重合閘的動(dòng)作參數(shù)，以此顯著提高重合閘的成功率以及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。其核心在于具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能判斷和自動(dòng)調(diào)整的能力，能夠在重合閘操作前，明確地區(qū)分線路發(fā)生的是瞬時(shí)性故障還是永久性故障，從而避免傳統(tǒng)自動(dòng)重合閘的盲目性，有效消除重合于永久性故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)造成的危害。自適應(yīng)重合閘的工作原理基于對(duì)線路故障信息的全面采集與深度分析。通過(guò)安裝在輸電線路上的各類傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路的電流、電壓、功率等電氣量參數(shù)。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，這些電氣量會(huì)發(fā)生顯著變化，自適應(yīng)重合閘裝置會(huì)迅速捕捉這些變化信息，并利用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)和智能算法進(jìn)行分析處理。通過(guò)對(duì)故障后電氣量的幅值、相位、變化率等特征的提取和分析，判斷故障的性質(zhì)是瞬時(shí)性還是永久性。若判斷為瞬時(shí)性故障，如由雷電、大風(fēng)等自然因素引起的絕緣子表面閃絡(luò)、碰線等故障，在故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度恢復(fù)后，自適應(yīng)重合閘裝置會(huì)自動(dòng)發(fā)出重合閘命令，使斷路器重新合閘，恢復(fù)線路供電；若判斷為永久性故障，如線路倒桿、斷線、絕緣子擊穿或損壞等，重合閘裝置則會(huì)閉鎖重合閘，避免對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊。與傳統(tǒng)重合閘相比，自適應(yīng)重合閘具有多方面的顯著優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)重合閘在故障相斷路器跳開后，不管故障是瞬時(shí)性還是永久性的，都會(huì)進(jìn)行重合，缺乏對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確判斷，這使得重合于永久性故障的風(fēng)險(xiǎn)較高，可能對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重的二次沖擊，降低系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)惡化斷路器的工作條件。在某電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)重合閘因重合于永久性故障，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓大幅波動(dòng)，部分設(shè)備因過(guò)電壓而損壞，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。而自適應(yīng)重合閘則有效克服了這些缺點(diǎn)。它通過(guò)對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確判別，只有在確認(rèn)故障為瞬時(shí)性時(shí)才進(jìn)行重合閘操作，大大提高了重合閘的成功率，減少了非全相運(yùn)行時(shí)間，降低了對(duì)系統(tǒng)的沖擊，提高了電力系統(tǒng)的供電可靠性和穩(wěn)定性。在某地區(qū)電網(wǎng)中，采用自適應(yīng)重合閘技術(shù)后，重合閘成功率從原來(lái)的[X]%提高到了[X]%，停電時(shí)間大幅縮短，有效保障了用戶的正常用電。自適應(yīng)重合閘還能根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整重合閘的動(dòng)作時(shí)間、電壓、電流等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)重合閘的優(yōu)化控制，更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。5.2UPFC對(duì)自適應(yīng)重合閘的影響UPFC接入輸電線路后，憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和靈活的控制特性，對(duì)自適應(yīng)重合閘的判據(jù)和動(dòng)作特性產(chǎn)生了多方面的顯著影響，深入探究這些影響對(duì)于制定適用于UPFC接入線路的自適應(yīng)重合閘策略至關(guān)重要。從判據(jù)角度來(lái)看，UPFC的接入改變了傳統(tǒng)自適應(yīng)重合閘所依賴的電氣量特征。在傳統(tǒng)輸電線路中，自適應(yīng)重合閘常依據(jù)故障相恢復(fù)電壓的幅值、相位等特征來(lái)判別故障性質(zhì)。當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，故障相恢復(fù)電壓具有特定的變化規(guī)律，如幅值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，相位與系統(tǒng)電源相位存在一定關(guān)系；而在永久性故障時(shí)，恢復(fù)電壓的特征則截然不同。然而，UPFC接入后，其串聯(lián)側(cè)換流器能夠向線路注入幅值和相位均可靈活調(diào)節(jié)的電壓，這使得故障相恢復(fù)電壓的組成和變化規(guī)律變得復(fù)雜。在某仿真場(chǎng)景中，當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，UPFC注入的特征電壓與系統(tǒng)原有電壓相互疊加，導(dǎo)致故障相恢復(fù)電壓的幅值和相位不再遵循傳統(tǒng)的變化規(guī)律，傳統(tǒng)的基于恢復(fù)電壓幅值和相位的判據(jù)可能會(huì)出現(xiàn)誤判，將瞬時(shí)性故障誤判為永久性故障，從而導(dǎo)致重合閘失敗。UPFC的控制特性也會(huì)影響故障電流的特征。在故障發(fā)生時(shí)，UPFC會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略對(duì)故障電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，這使得故障電流的大小、相位以及諧波含量等特征發(fā)生改變。傳統(tǒng)的自適應(yīng)重合閘判據(jù)中，有些是基于故障電流的突變特征、諧波含量等進(jìn)行故障性質(zhì)判別的。但由于UPFC對(duì)故障電流的調(diào)節(jié)作用，這些判據(jù)在UPFC接入線路中可能不再適用。在某實(shí)際案例中，由于UPFC對(duì)故障電流的調(diào)節(jié)，使得故障電流的突變特征變得不明顯，基于故障電流突變特征的判據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確判別故障性質(zhì)，導(dǎo)致重合閘操作出現(xiàn)錯(cuò)誤。在動(dòng)作特性方面，UPFC接入后會(huì)改變線路的潮流分布和電氣參數(shù)，進(jìn)而影響自適應(yīng)重合閘的動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作順序。在傳統(tǒng)輸電線路中，重合閘的動(dòng)作時(shí)間通常根據(jù)線路的固有參數(shù)和故障類型進(jìn)行整定，以確保在故障點(diǎn)電弧熄滅、絕緣強(qiáng)度恢復(fù)后進(jìn)行重合閘操作，提高重合閘的成功率。然而，UPFC接入后，其對(duì)線路潮流的靈活控制會(huì)改變線路的電氣參數(shù)，如線路的等效阻抗、電容和電感等。這些參數(shù)的變化會(huì)影響故障點(diǎn)的熄弧時(shí)間和絕緣恢復(fù)速度，從而需要重新調(diào)整自適應(yīng)重合閘的動(dòng)作時(shí)間。在某地區(qū)電網(wǎng)中，UPFC接入后，由于線路等效阻抗的變化，故障點(diǎn)的熄弧時(shí)間延長(zhǎng)，原有的重合閘動(dòng)作時(shí)間整定無(wú)法滿足要求，導(dǎo)致重合閘失敗。若重合閘動(dòng)作時(shí)間過(guò)短，可能在故障點(diǎn)絕緣尚未恢復(fù)時(shí)就進(jìn)行重合閘，導(dǎo)致重合于永久性故障，對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊；若動(dòng)作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，又會(huì)延長(zhǎng)停電時(shí)間，影響供電可靠性。UPFC接入還會(huì)影響自適應(yīng)重合閘的動(dòng)作順序。在復(fù)雜的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)多條線路存在聯(lián)絡(luò)且接入U(xiǎn)PFC時(shí)，故障發(fā)生后，各線路之間的電氣聯(lián)系和潮流分布會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化。自適應(yīng)重合閘需要根據(jù)這些變化，合理調(diào)整動(dòng)作順序，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。但由于UPFC的影響，傳統(tǒng)的重合閘動(dòng)作順序可能無(wú)法適應(yīng)新的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。在某多回線路互聯(lián)的電網(wǎng)中，UPFC接入后，當(dāng)一條線路發(fā)生故障時(shí)，由于UPFC對(duì)潮流的調(diào)節(jié)作用，使得其他線路的潮流發(fā)生變化，原有的重合閘動(dòng)作順序可能導(dǎo)致系統(tǒng)潮流分布不合理，甚至引發(fā)連鎖故障，影響整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。5.3基于特征電壓注入的自適應(yīng)重合閘方案為有效解決UPFC接入線路的故障性質(zhì)判別難題，提高自適應(yīng)重合閘的可靠性和成功率，本研究提出基于UPFC特征電壓注入的自適應(yīng)重合閘方案。該方案充分利用UPFC靈活的可控性，通過(guò)在故障相注入特征電壓，改變線路電氣量特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確識(shí)別。在該方案中，特征電壓的注入方式至關(guān)重要。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)切換UPFC串聯(lián)側(cè)模塊化多電平換流器（MMC）的控制方式，采用定U/f控制注入特征電壓。具體而言，在正常運(yùn)行時(shí)，UPFC串聯(lián)側(cè)MMC按照常規(guī)的潮流控制策略運(yùn)行；當(dāng)檢測(cè)到線路故障后，控制系統(tǒng)迅速切換至定U/f控制模式，向故障相注入特定頻率和幅值的特征電壓。通過(guò)精確控制MMC的調(diào)制波，使得注入的特征電壓能夠穩(wěn)定地疊加到故障相線路電壓上。特征電壓的產(chǎn)生基于MMC的工作原理。MMC由多個(gè)子模塊組成，每個(gè)子模塊包含電容和開關(guān)器件。通過(guò)合理控制子模塊中開關(guān)器件的通斷狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的靈活調(diào)節(jié)。在產(chǎn)生特征電壓時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的特征電壓參數(shù)，如頻率、幅值和相位，計(jì)算出每個(gè)子模塊的開關(guān)控制信號(hào)，從而使MMC輸出符合要求的特征電壓。注入特征電壓后，線路的電氣量會(huì)發(fā)生明顯變化，這些變化為故障性質(zhì)的判別提供了重要依據(jù)。對(duì)于永久性故障，當(dāng)注入特征電壓后，由于故障點(diǎn)的存在，線路中會(huì)產(chǎn)生與特征電壓相關(guān)的特征電流。這是因?yàn)橛谰眯怨收鲜沟镁€路的阻抗特性發(fā)生改變，注入的特征電壓在故障點(diǎn)處形成了新的電流通路。通過(guò)監(jiān)測(cè)線路中的電流信號(hào)，提取其中與特征電壓頻率相同的電流分量，即可判斷是否存在永久性故障。在某仿真場(chǎng)景中，當(dāng)線路發(fā)生永久性故障并注入特征電壓后，通過(guò)對(duì)線路電流的快速傅里葉變換（FFT）分析，清晰地檢測(cè)到了與特征電壓頻率一致的電流分量，從而準(zhǔn)確判斷出故障為永久性故障。對(duì)于瞬時(shí)性故障，在注入特征電壓后，由于故障點(diǎn)的電弧已經(jīng)熄滅，線路的阻抗恢復(fù)正常，不會(huì)產(chǎn)生明顯的特征電流。此時(shí)，線路中的電流主要由系統(tǒng)電源和UPFC正常運(yùn)行時(shí)的輸出電流組成，與注入的特征電壓之間不存在明顯的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)電流信號(hào)的分析，若未檢測(cè)到與特征電壓頻率相同的電流分量，則可判斷故障為瞬時(shí)性故障。在實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步提高故障性質(zhì)判別的可靠性，針對(duì)高阻故障的特殊場(chǎng)景，提出階段性注入特征電流判據(jù)。在高阻故障情況下，由于故障點(diǎn)的過(guò)渡電阻較大，常規(guī)的特征電壓注入方法可能無(wú)法產(chǎn)生明顯的特征電流，導(dǎo)致故障判別困難。此時(shí)，采用階段性注入特征電流的方式，先注入較小幅值的特征電流，檢測(cè)線路的響應(yīng)；若未檢測(cè)到明顯的特征電流，則逐步增大特征電流的幅值，再次檢測(cè)線路響應(yīng)。通過(guò)這種方式，能夠有效提高在高阻故障場(chǎng)景下對(duì)故障性質(zhì)判別的準(zhǔn)確性。在某高阻故障仿真實(shí)驗(yàn)中，采用階段性注入特征電流判據(jù)，成功識(shí)別出了故障性質(zhì)，避免了因誤判而導(dǎo)致的重合閘失敗。基于UPFC特征電壓注入的自適應(yīng)重合閘方案的工作流程如下：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，跳開故障相斷路器。同時(shí)，UPFC控制系統(tǒng)檢測(cè)到故障信號(hào)后，切換至定U/f控制模式，向故障相注入特征電壓。在線路側(cè)，通過(guò)安裝的電流互感器和電壓互感器實(shí)時(shí)采集線路的電流和電壓信號(hào)，并將這些信號(hào)傳輸至故障判別裝置。故障判別裝置利用信號(hào)處理算法，對(duì)采集到的電氣量信號(hào)進(jìn)行分析處理，提取特征電流和特征電壓分量，根據(jù)預(yù)設(shè)的判別規(guī)則判斷故障性質(zhì)。若判斷為瞬時(shí)性故障，則發(fā)出重合閘命令，使斷路器重新合閘，恢復(fù)線路供電；若判斷為永久性故障，則閉鎖重合閘，避免對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊。六、UPFC接入線路自適應(yīng)重合閘實(shí)現(xiàn)技術(shù)6.1故障性質(zhì)判別方法在UPFC接入線路的自適應(yīng)重合閘技術(shù)中，準(zhǔn)確判別故障性質(zhì)是實(shí)現(xiàn)可靠重合閘的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本研究主要采用基于電氣量變化特征的方法來(lái)判別故障是瞬時(shí)性還是永久性，該方法通過(guò)對(duì)故障后線路電氣量的精確測(cè)量和深入分析，提取能夠有效區(qū)分故障性質(zhì)的特征量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確判斷。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，電氣量會(huì)發(fā)生顯著變化，這些變化包含了豐富的故障信息。對(duì)于瞬時(shí)性故障，如雷擊導(dǎo)致的絕緣子閃絡(luò)、樹枝碰線等，在故障點(diǎn)電弧熄滅后，線路的絕緣性能能夠迅速恢復(fù)，電氣量會(huì)呈現(xiàn)出特定的變化規(guī)律。而對(duì)于永久性故障，如線路斷線、絕緣子擊穿等，故障點(diǎn)會(huì)持續(xù)存在，電氣量的變化與瞬時(shí)性故障存在明顯差異。本研究重點(diǎn)關(guān)注故障后線路電壓和電流的變化特征。在電壓方面，當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，故障相電壓在斷路器跳閘后，會(huì)由于健全相的電容耦合和電磁耦合作用，出現(xiàn)一定幅值的恢復(fù)電壓。在某模擬瞬時(shí)性故障場(chǎng)景中，故障相電壓在跳閘后迅速下降，但在短時(shí)間內(nèi)又逐漸恢復(fù)，其恢復(fù)電壓的幅值與系統(tǒng)參數(shù)、故障位置等因素密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)大量仿真數(shù)據(jù)和實(shí)際案例的分析，發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)性故障時(shí)恢復(fù)電壓的幅值通常在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，且與系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的電壓存在一定的相位關(guān)系。對(duì)于永久性故障，由于故障點(diǎn)的存在，故障相電壓會(huì)被短路，恢復(fù)電壓幅值極低，甚至接近于零。在某實(shí)際永久性故障案例中，故障相電壓在跳閘后幾乎為零，與瞬時(shí)性故障時(shí)的電壓變化形成鮮明對(duì)比。通過(guò)對(duì)故障相電壓幅值和相位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析，可以初步判斷故障性質(zhì)。電流變化特征也是判別故障性質(zhì)的重要依據(jù)。在瞬時(shí)性故障情況下，故障電流在斷路器跳閘后會(huì)迅速減小，當(dāng)故障點(diǎn)電弧熄滅后，電流基本恢復(fù)為零。而在永久性故障時(shí)，由于故障點(diǎn)持續(xù)導(dǎo)通，即使斷路器跳閘，故障點(diǎn)仍會(huì)有電流通過(guò)，該電流可能是由系統(tǒng)的電容電流、電感電流以及其他非故障線路的感應(yīng)電流等組成。在某仿真實(shí)驗(yàn)中，永久性故障時(shí)故障點(diǎn)的電流雖然比故障發(fā)生時(shí)有所減小，但仍然保持一定的幅值，且電流的波形和相位與瞬時(shí)性故障時(shí)的電流有明顯區(qū)別。為了更準(zhǔn)確地提取電氣量變化特征，本研究采用了快速傅里葉變換（FFT）、小波變換等先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)。快速傅里葉變換能夠?qū)r(shí)域的電氣量信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，清晰地展現(xiàn)信號(hào)的頻率成分，便于分析故障電流和電壓中的諧波分量。通過(guò)FFT分析，發(fā)現(xiàn)永久性故障時(shí)，故障電流中往往含有豐富的諧波成分，而瞬時(shí)性故障時(shí)諧波含量相對(duì)較少。小波變換則具有良好的時(shí)頻局部化特性，能夠在不同的時(shí)間尺度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，有效提取信號(hào)的突變特征和暫態(tài)信息。在故障發(fā)生瞬間，電氣量會(huì)出現(xiàn)突變，小波變換能夠準(zhǔn)確捕捉這些突變信息，為故障性質(zhì)的判別提供更精確的依據(jù)。在某實(shí)際故障案例中，利用小波變換對(duì)故障電流進(jìn)行分析，成功檢測(cè)到了故障發(fā)生瞬間的電流突變，結(jié)合其他特征量，準(zhǔn)確判斷出了故障性質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高故障性質(zhì)判別的可靠性，還綜合考慮了多種因素，如故障位置、過(guò)渡電阻、系統(tǒng)運(yùn)行方式等。不同的故障位置會(huì)導(dǎo)致電氣量的變化有所不同，靠近電源端的故障和遠(yuǎn)離電源端的故障，其電氣量變化特征存在一定差異。過(guò)渡電阻的大小也會(huì)對(duì)故障電流和電壓產(chǎn)生影響，在高阻故障情況下，故障電流和電壓的變化可能不明顯，需要采用特殊的判別方法。系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，如負(fù)荷的變化、發(fā)電機(jī)的投切等，也會(huì)影響電氣量的特征，因此在判別故障性質(zhì)時(shí)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行方式，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析和判斷。6.2重合閘時(shí)間的優(yōu)化重合閘時(shí)間的優(yōu)化是提高UPFC接入線路自適應(yīng)重合閘成功率和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其優(yōu)化需綜合考慮線路和系統(tǒng)的多種參數(shù)，以確保在故障發(fā)生后，重合閘能夠在最佳時(shí)機(jī)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電且避免對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊。線路參數(shù)對(duì)重合閘時(shí)間有著重要影響。線路長(zhǎng)度是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，不同長(zhǎng)度的線路在故障發(fā)生后的電弧熄滅時(shí)間和絕緣恢復(fù)時(shí)間存在差異。一般來(lái)說(shuō)，線路越長(zhǎng)，故障點(diǎn)的電弧熄滅和絕緣恢復(fù)所需時(shí)間越長(zhǎng)。在長(zhǎng)距離輸電線路中，由于線路電容和電感的影響，故障點(diǎn)的電弧在熄滅過(guò)程中會(huì)受到電磁暫態(tài)過(guò)程的影響，導(dǎo)致熄弧時(shí)間延長(zhǎng)。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)[X]公里的輸電線路，重合閘時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，以確保故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度充分恢復(fù)，避免重合于未完全恢復(fù)絕緣的故障點(diǎn)，導(dǎo)致重合失敗或?qū)ο到y(tǒng)造成二次沖擊。線路的電阻和電抗參數(shù)也會(huì)影響重合閘時(shí)間。電阻會(huì)影響故障電流的大小和衰減速度，電抗則會(huì)影響線路的電磁暫態(tài)過(guò)程。在電阻較大的線路中，故障電流的衰減速度較快，電弧熄滅相對(duì)容易，但絕緣恢復(fù)時(shí)間可能會(huì)受到影響；而在電抗較大的線路中，電磁暫態(tài)過(guò)程較為復(fù)雜，可能會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)的電弧熄滅時(shí)間延長(zhǎng)。因此，在優(yōu)化重合閘時(shí)間時(shí)，需要根據(jù)線路的電阻和電抗參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算和分析，以確定合適的重合閘時(shí)間。系統(tǒng)參數(shù)同樣對(duì)重合閘時(shí)間的優(yōu)化起著重要作用。系統(tǒng)的運(yùn)行方式是一個(gè)重要因素，不同的運(yùn)行方式下，系統(tǒng)的電源分布、負(fù)荷大小和潮流方向等都會(huì)發(fā)生變化，從而影響故障后的電氣量變化和故障點(diǎn)的熄弧時(shí)間。在系統(tǒng)負(fù)荷高峰期，電源輸出功率較大，故障電流也相對(duì)較大，這可能會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)的電弧燃燒更劇烈，熄弧時(shí)間延長(zhǎng)。因此，在系統(tǒng)負(fù)荷高峰期，重合閘時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，以確保故障點(diǎn)的電弧完全熄滅，絕緣強(qiáng)度恢復(fù)正常。系統(tǒng)的短路容量也會(huì)影響重合閘時(shí)間。短路容量越大，故障時(shí)的短路電流越大，對(duì)系統(tǒng)的沖擊也越大。在短路容量較大的系統(tǒng)中，故障點(diǎn)的電弧熄滅和絕緣恢復(fù)過(guò)程可能會(huì)受到更大的影響，需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成。因此，在優(yōu)化重合閘時(shí)間時(shí)，需要考慮系統(tǒng)的短路容量，對(duì)于短路容量較大的系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)重合閘時(shí)間，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和重合閘的成功率。為了實(shí)現(xiàn)重合閘時(shí)間的優(yōu)化，本研究采用了基于故障暫態(tài)過(guò)程分析的方法。通過(guò)建立精確的電力系統(tǒng)模型，利用電磁暫態(tài)仿真軟件對(duì)不同故障情況下的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)模擬，分析故障點(diǎn)的電弧熄滅時(shí)間、絕緣恢復(fù)時(shí)間以及系統(tǒng)電氣量的變化規(guī)律。在仿真過(guò)程中，考慮了線路參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、短路容量等多種因素的影響，通過(guò)對(duì)大量仿真數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，確定了不同情況下的最佳重合閘時(shí)間范圍。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)，采用智能算法對(duì)重合閘時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。例如，利用遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等智能算法，以重合閘成功率最高、對(duì)系統(tǒng)沖擊最小為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)重合閘時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。這些智能算法能夠在復(fù)雜的參數(shù)空間中快速搜索到最優(yōu)解，提高了重合閘時(shí)間優(yōu)化的效率和準(zhǔn)確性。在某實(shí)際案例中，通過(guò)遺傳算法對(duì)重合閘時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，將重合閘成功率提高了[X]%，有效提升了電力系統(tǒng)的供電可靠性。6.3與其他保護(hù)裝置的配合自適應(yīng)重合閘與線路保護(hù)、UPFC保護(hù)等其他裝置之間的緊密配合，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，各保護(hù)裝置猶如一個(gè)有機(jī)整體，協(xié)同工作，共同應(yīng)對(duì)各種故障情況。與線路保護(hù)的配合方面，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，線路保護(hù)裝置會(huì)迅速動(dòng)作，切除故障線路。自適應(yīng)重合閘裝置則需與線路保護(hù)裝置相互協(xié)調(diào)，確保重合閘操作的準(zhǔn)確性和可靠性。在故障發(fā)生后，線路保護(hù)裝置會(huì)向自適應(yīng)重合閘裝置發(fā)送故障信息，包括故障類型、故障位置等。自適應(yīng)重合閘裝置根據(jù)這些信息，結(jié)合自身對(duì)故障性質(zhì)的判別結(jié)果，決定是否進(jìn)行重合閘操作。若線路保護(hù)裝置檢測(cè)到的是瞬時(shí)性故障，且自適應(yīng)重合閘裝置也判斷為瞬時(shí)性故障，此時(shí)自適應(yīng)重合閘裝置會(huì)在合適的時(shí)間發(fā)出重合閘命令，使斷路器重新合閘，恢復(fù)線路供電。若線路保護(hù)裝置檢測(cè)到的是永久性故障，或者自適應(yīng)重合閘裝置判斷為永久性故障，重合閘裝置則會(huì)閉鎖重合閘，避免對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊。為了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘與線路保護(hù)的有效配合，需要合理整定重合閘的動(dòng)作時(shí)間。重合閘的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與線路保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間相配合，確保在故障切除后，故障點(diǎn)的電弧能夠充分熄滅，絕緣強(qiáng)度得以恢復(fù)，同時(shí)又要避免重合閘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響供電可靠性。在某實(shí)際案例中，由于重合閘動(dòng)作時(shí)間整定不合理，在故障切除后，重合閘過(guò)早動(dòng)作，導(dǎo)致重合于未完全熄滅電弧的故障點(diǎn)，引發(fā)了二次故障，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重影響。通過(guò)對(duì)線路保護(hù)和重合閘動(dòng)作時(shí)間的重新整定，使兩者相互配合，成功避免了類似問(wèn)題的再次發(fā)生。自適應(yīng)重合閘與UPFC保護(hù)之間的配合也至關(guān)重要。UPFC作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其保護(hù)裝置主要用于保護(hù)UPFC自身的安全運(yùn)行。當(dāng)UPFC發(fā)生故障時(shí)，UPFC保護(hù)裝置會(huì)迅速動(dòng)作，隔離故障部分，確保UPFC設(shè)備不受損壞。在這個(gè)過(guò)程中，自適應(yīng)重合閘裝置需要與UPFC保護(hù)裝置協(xié)同工作，避免因UPFC故障而導(dǎo)致重合閘誤動(dòng)作。當(dāng)UPFC的串聯(lián)側(cè)或并聯(lián)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，UPFC保護(hù)裝置動(dòng)作，切除故障部分。此時(shí)，自適應(yīng)重合閘裝置應(yīng)根據(jù)UPFC保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)，判斷故障是否影響到線路的正常運(yùn)行。若故障僅局限于UPFC內(nèi)部，且線路本身無(wú)故障，自適應(yīng)重合閘裝置不應(yīng)進(jìn)行重合閘操作，以免對(duì)UPFC的故障處理和修復(fù)造成干擾。只有當(dāng)線路發(fā)生故障，且UPFC保護(hù)裝置確認(rèn)UPFC無(wú)故障或故障已得到有效處理，不影響線路重合閘時(shí)，自適應(yīng)重合閘裝置才應(yīng)根據(jù)故障性質(zhì)判斷結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)的重合閘操作。在某模擬實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)UPFC的并聯(lián)側(cè)換流器發(fā)生故障時(shí)，UPFC保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切除了故障部分。此時(shí)，自適應(yīng)重合閘裝置接收到UPFC保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析判斷，確認(rèn)故障僅發(fā)生在UPFC內(nèi)部，線路本身無(wú)故障，因此未進(jìn)行重合閘操作。待UPFC故障修復(fù)后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，避免了因重合閘誤動(dòng)作而對(duì)系統(tǒng)造成的不必要沖擊。七、案例分析與仿真研究7.1實(shí)際電網(wǎng)案例分析本研究選取了蘇南500kVUPFC實(shí)際工程作為案例，深入分析其故障渡越和自適應(yīng)重合閘的實(shí)際運(yùn)行情況。蘇南500kVUPFC工程于2019年12月26日在蘇州南部電網(wǎng)正式投運(yùn)，是世界上電壓等級(jí)最高、容量最大的UPFC工程，其電壓等級(jí)為500kV，容量達(dá)到了750MVA。該工程在蘇州南部電網(wǎng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為研究UPFC在實(shí)際電網(wǎng)中的運(yùn)行特性提供了寶貴的實(shí)踐數(shù)據(jù)。在故障渡越方面，蘇南500kVUPFC工程采用了基于虛擬阻抗和限流電抗器的故障渡越策略。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，該策略展現(xiàn)出了良好的效果。在一次三相短路故障中，故障發(fā)生瞬間，線路電流急劇增大，電壓大幅下降。此時(shí)，UPF