新型故障限流器的仿真与现场实验

有效限制短路电流对于保证电力系统安全稳定运行和减小短路对电气设备损害具有重要意义。为此,提出了一种新型故障限流器拓扑,其中快速开关用于快速分断,触发真空开关用于控制预先充电的脉冲电容器放电,以促使快速开关电弧迅速熄灭,实现短路电流的主动转移,电阻被用作限流元件。设计制作了10kV电压等级限流器样机。基于限流器参数和实验现场参数,用ATP软件建立了限流器在实际线路中的仿真模型。短路限流过程的仿真计算结果表明,该限流器在所设条件下可将短路电流限制到无限流时的60%。在变电站实际线路中对限流器样机进行了现场实验,实验结果与仿真结果基本一致。     

基于自驱动变阻器的新型故障限流器

短路故障电流会给系统的安全稳定和经济运行带来危害,安装故障限流器可以快速有效限制短路故障电流,在电网短路故障抑制方面具有良好的应用前景。因此提出一种基于自驱动变阻器的新型故障限流器,其在正常运行时损耗很低,短路发生时无需任何检测设备和辅助开关便可完成对首半波峰值的限制。首先对限流器动作和限流过程进行理论分析,基于COMSOL平台建立有限元模型对限流器自驱动过程的运动和受力情况进行建模仿真,并对短路故障电流造成的装置电磁环境变化加以研究。然后建立基于PSCAD/EMTDC平台的振荡电流源短路故障仿真模型,通过仿真验证了新型故障限流器的限流效果。最后完成了样机制作,并通过搭建试验回路进行了试验验证。试验结果表明：在预期电流峰值为15 kA的情况下,基于自驱动变阻器的新型故障限流器能够在4.2ms限流,将首半波故障电流峰值从15.6 kA限制到14.51 kA。通过仿真与试验验证了所提新型故障限流器的可行性,限流效果明显,可为工程应用提供一定技术参考。     

新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。     

直流SMC铁心高温超导故障限流器的研究

分析了直流电力系统保护的发展现状,设计了一种铁心型高温超导故障限流器。为了尽量延长限流的时间,限流器的铁心采用软磁复合材料(SMC)。限流器在系统正常工作时对电力系统影响很小,当短路故障发生时,它会很快表现为大阻抗以限制短路电流。基于磁场有限元与电路耦合的计算方法,首先对限流线圈在短路过程中的非线性电感进行精确计算,然后结合计算结果,在电路仿真程序中计算短路电流。通过对比SMC与硅钢铁心材料限流器的限流情况,可以看出SMC铁心限流器对于直流电力系统短路故障的限流效果更好。在短路故障发生后8 ms时,该限流器能将短路电流限制到最大值的12%。     

新型桥式超导故障限流器的仿真研究

普通桥式超导故障限流器(Superconducting Fault Current Limter,SFCL)只能限制故障短路电流的峰值.不能限制短路电流的稳态值.应用电力电子技术对桥式超导限流器的结构进行改进,能在保持原有桥式限流器优点的基础上,有效限制短路电流的稳态值.针对一种新型桥式SFCL,在分析其限流过程的基础上,利用PSCAD仿真系统分析发生三相短路故障时的限流情况,并对影响其限流效果的限流电阻、超导电感及电阻投切装置的响应时间3个主要参数进行了进一步的讨论.结果表明,该限流器在配电网中不仅能有效地限制短路故障电流,抑制母线电压跌落,而且不用更换现有的开关设备,具有较大的经济效益.     

偏流切换桥路型高温超导故障限流器的实验研究

研究了应用于三相电力系统中偏流切换桥路型高温超导故障限流器实验室样机。正常工作情况,在电桥上引入直流偏置电流,不出现限流;短路故障情况,整流桥中的直流偏流影响限流效果,将直流偏置电压源切换到限流电阻,使故障电流限制到预定的范围。研究了该限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。实验和仿真表明,该限流器有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统的动态稳定性和电网的电能质量。     

整流电容电流自然换流型短路故障电流限制器

针对电力系统短路故障电流不断攀升问题,提出了一种利用整流电容电流自然换流的新型短路电流限制器。建立了该限流器的电路拓扑结构,通过理论分析详细阐述了限流过程,通过仿真验证了该限流器的特性。结果表明:限流过程经历短路电流正常上升、短路电流向电容充电支路的短暂换流和短路电流幅值被限制3个阶段;限流器投运前不影响电网的正常运行,投运后能够大幅度降低短路电流值,改善母线电压稳定性,且不会产生过电压;限流电感L和换流电容C存在某种最优配合关系,可达到最佳限流效果。     

新型的以变压器为核心结构的限流装置的设计与仿真计算

随着电网容量的不断增加,短路电流将会越来越大,针对日益增加的系统短路电流,研制实用、可靠的短路电流限制器可以解决因短路电流引起的很多系统问题。在分析了目前常见的几种限流器方案的前提下,提出了一种新型的以变压器为核心结构的限流装置,该装置由限流变压器、GTO开关元件和电容器组成,并利用Matlab进行相关仿真和参数选取工作,仿真结果显示,该限流器可以将短路电流由13kA缩减至5kA以下,缩减比例达到70%,限流过程中无瞬态过电压,这充分显示该种限流器具有结构简单、控制方便、易于实现等优点,是今后限流器技术发展的一个方向。     

改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究

由于基本桥路型超导限流器对短路电流稳态值限流效果较小,本文提出了一种改进桥路型高温超导故障限流器。正常工作情况下,限流器四个桥臂上的二极管均导通,对系统无影响;系统发生短路故障后的前100μs内,该限流器像基本桥路型限流器一样立即限制短路电流峰值,其后利用固态开关的切换,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力,从而使装置能有效地限制短路电流稳态值。实验表明,该限流器具有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量。     

变压器型可控电抗器在故障限流器中的应用

介绍一种基于变压器型可控电抗器的故障限流器(FCL)的工作原理。在正常运行时,故障限流器呈现很大的变压器励磁阻抗,与阻抗小的串补电容并联,不影响系统运行。在发生短路故障时,故障限流器呈现与电容阻抗相当的变压器漏抗,发生并联谐振,电路中产生很大的限流阻抗,从而达到限流的目的。用ATP程序进行数字仿真,结果表明,此装置性能良好,可作为电力系统中限制短路电流的一种有效的保护设备。     

一种新型故障限流器在电力系统中的应用研究

提出了一种基于集成门极换流晶闸管IGCT和固态电力电子开关的故障限流器,它由电感和IGCT等组成。正常时,串在电路中,基本无能量损耗,故障时控制短路电流大小。通过PSCAD的仿真分析和现场试验,证明了其有良好的限流性能,可以作为电力系统中有效的保护设备。     

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。     

一种基于快速开关的新型故障限流器研究

为使电网日益增长的短路电流得到有效限制,提出一种基于快速开关的新型故障限流器(fast switch fault current limiter,FSFCL)。分析介绍了FSFCL的拓扑结构、原理及关键技术,深入研究了FSFCL在电网中的限流原理,利用MATLAB/Simulink仿真软件验证了其限流效果,并采用PSASP仿真验证了FSFCL接入电网后的暂态稳定性。仿真结果表明:FSFCL对短路故障产生的大电流和电压降落问题限制效果显著,且FSFCL安装后系统的暂态稳定性有所提升。     

变压器低压侧短路电流限制器仿真研究

电网互联以及大容量发电机组的投运,使电网整体的短路电流水平不断提高,如果不采取限制措施对过大的短路电流进行控制,不仅对电网中断路器的开断能力是一个考验,而且对电力系统的安全稳定运行有较大的影响.基于电磁暂态仿真程序建立了变压器低压侧短路电流限制器的仿真模型,通过仿真验证了模型的有效性,同时对短路电流限制器的限流性能和不...     

区域电网电磁暂态等值及短路电流直流分量分析

西北电网电源接入密集、电压级差大,容易引起短路电流超标。但常规限流措施会增大短路电流直流分量的衰减时间,影响断路器的开断能力。文中针对我国西北某大级差、电源密集型电网,搭建了多节点复杂电网发生短路时电磁暂态的等值简化计算模型。在该模型的基础上研究了短路电流直流分量对断路器开断能力的影响,分析了直流分量衰减时间常数折算的方法,并在采取常规限流措施的基础上计算了加装电阻型超导限流器对超标厂站直流分量的抑制效果。结果表明：直流分量的衰减时间常数不能直接作为断路器选型的依据,需要将其折算至标准规定的试验基准值下;电阻型超导限流器可以有效地抑制加装位置附近回路的短路电流直流分量,加装后时间常数下降25%左右,但是对电气距离较远的厂站抑制作用较弱。文中的结论能为断路器的合理选型以及限流新技术的应用提供参考意义。     

柔性直流对交流系统短路电流影响因素分析

交流系统短路后,柔性直流可等效为具有一定幅值和相位的电流源。文中基于受端电网发生故障时的柔性直流等效模型,分别对影响柔性直流等效电流源相位、幅值的相关因素进行了分析。柔性直流等效电流源的相位主要受故障类型影响,而幅值主要受控制方式、限幅环节以及电气距离影响,且不同情况的相互组合对交流系统短路电流的影响更加复杂。研究表明,对于交流侧三相短路故障,柔性直流对短路电流的影响共有馈入为零、馈入为有功控制环节限幅值、馈入为无功控制环节限幅值和馈入为无功控制环节参考值4种情况。最后通过基于PSCAD的仿真结果验证了相关分析的正确性。     

故障电流限制技术及其新进展

负荷中心大电源的投入和系统互联都会大大增加系统的短路电流。如果短路电流超标,则相应设备必须更换,这既需要昂贵的费用也需要较长的工期。故障电流限制器提供了另外一种解决方案。文章首先综述应用于中高压领域的故障电流限制技术;然后介绍成熟的和正在研究的比较有代表性的故障电流限制器,并重点突出基于晶闸管保护型串补的短路电流限制器;最后介绍华东500 kV电网故障电流限制器示范工程,给出该工程采用的主电路和过电压保护措施,并展望故障电流限制器的发展方向。     

船舶直流电网短路限流装置的设计与分析

针对现有断路器极限分断能力不能满足船舶直流电网短路保护要求的问题,制订了一种新型的基于固态限流器的船舶直流电力系统区域保护方案,给出了限流器拓扑结构;分析得到了其数学解析模型,并说明了工作的物理过程;推导出限流器的最大电容电压、主回路最大电流与电路各参数之间的关系,提供了限流器各器件选型的理论依据.基于此,研制出了新型小功率直流短路电网限流装置实验样机,并完成了以蓄电池组作为电源的电网突然短路限流实验.实验结果证明了所设计的限流器关键参数计算的正确性,且该限流器动作快速、准确,能有效地抑制短路电流,控制方法简便,具有良好的工程应用前景.     

并联型短路电流限制装置参数设计与实验研究

研究并提出了一种新型并联型短路电流限制调节装置。在分析其工作原理的基础上,对系统中出现的典型电能质量问题提出了统一控制策略,综合解决无功补偿、谐波治理等问题。同时,在负载侧发生短路故障时,还能达到实现限制短路电流的控制目标。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了并联型短路电流限制调节装置的仿真模型,并以实验室并联型短路电流限制调节装置样机为平台进行实验,仿真和实验结果均验证了所提出的主电路拓扑和控制策略的正确性和有效性。     

一种多功能模块化直流故障限流器拓扑及控制策略

直流故障限流器(FCL)作为是抑制限制直流短路故障电流的关键重要设备之一,在交直流混合电网输电系统中应用中作用十分重要。得到广泛应用,在故障发生时能有效限制故障电流的激增。针对传统直流限流器仅具备限流功能且故障电流无法被完全限制的问题,本文提出一种多功能模块化直流故障限流器拓扑,在分析其工作机理的基础上,分别针对故障限流、能耗泄放和直流网压支撑三种功能,完成了相应及其控制策略开发。,实现了多种故障情况下采用对应故障限制功能,有效抑制故障电流,稳定直流侧电压。为验证拓扑结构及控制策略的有效性,在Matlab/Simulink中搭建构建交直流混合输电极间短路故障及模块化限流器系统多工况模型,仿真结果表明所提出的模块化直流限流器拓扑及控制策略,满足交直流混合电网多种故障情况下的故障限流需求,可维持直流网压的稳定。能有效限制直流短路故障。