电力系统短路限流技术的应用现状及发展

短路电流限制技术是电力系统故障保护的一个研究热点。介绍了短路限流技术的应用现状,论述了故障电流限制器（fault current limiter,FCL）的应用要求、优点和实现方案,并对限流器在电网中实际应用需要考虑的一些问题进行了讨论,认为固态限流器作为一种新型限流技术具有广泛的应用前景。     

固态短路限流器的研究与发展

概括了当今限流技术的基本工作原理、技术特点，并详细介绍了现有的各种固态限流器，诸如GTO开关型限流器、谐振式限流器、可变阻抗式限流器、具有串联补偿作用的限流器、无损耗电阻器式限流器、混合限流器、新型桥式固态短路限流器的拓扑结构及工作原理，综述固态限流器的国内外发展状况，同时提出在固态限流器的研究应用中亟待解决的问题。     

短路限流装置与保护配合及经济性分析

限流器在故障时快速插入的等效限流阻抗以达到限流目的,但是限流阻抗的串入将改变线路固有的阻抗特性,可能会影响到继电保护的灵敏度.与保护装置的配合及经济性问题成为限流器推广应用过程中的关键问题,本文以新型桥式固态限流器为例进行了分析,可以看出其将在电力系统中具有广阔的应用前景.     

双向潮流固态限流器的控制策略与试验

提出了变压器耦合三相桥式固态限流器在双向潮流情况下的控制策略,并在模型试验系统上进行了试验验证,证实了所提出的控制策略能够确保固态限流器在正常启动、运行以及故障限流情况下都有良好的控制性能和限流效果;同时对固态限流器在双侧电源场合下可能存在启动时间过长及其控制系统的抗干扰问题也进行了较为深入的分析,并提出了相应的有效解决措施.     

桥式固态限流器的分析和设计

提出一种处理电力系统短路故障的桥式固态限流技术。这种桥式固态限流器以限流为基础 ,满足了电力系统对短路故障处理的基本要求 ,并且无过电压产生。以阻性负载为例进行了仿真分析和模拟实验 ,并对暂态过程和谐波作了分析     

新型多功能固态限流器及其限流滤波器选型分析

提出了一种具有电压补偿和短路限流双重功能的多功能固态限流器。分析了作为装置限流主体的逆变器输出滤波器与输电线路发生串联谐振的机理,并从抑制串联谐振角度给出了限流滤波器的选型方法。仿真结果验证了多功能固态限流器的性能,并表明限流滤波器选型方法是有效的。     

新型固态限流器控制系统的研制

分析了变压器耦合三相桥式固态限流器的系统结构及其控制策略;给出了该限流器控制系统硬、软件设计方案——双微处理器全数字硬件结构、“触发脉冲控制平台(基础层)” “固态限流器功能软件(功能层)”的双层模块化软件结构;并在所研制的380V／200A、最大限流1500A的固态限流器实验样机上进行了相关试验,证明了所提出的控制系统及其控制策略可行、有效。     

电感式直流限流器研究综述

高压直流系统短路故障电流抑制问题是目前直流系统保护的核心问题之一,电感式直流故障限流器能深度抑制系统短路电流上升速度,是解决短路故障电流问题的有效方法。该文首先分析了直流系统的故障电流特性,提出了限流器性能评价指标。其次,分析了磁通耦合型、饱和铁芯型和固态型3种电感式直流限流器的工作原理、电气特性和最新研究进展。然后,归纳和对比了不同类型电感式直流限流器的电感增益倍数、动态响应时间、耐压/通流能力和成本等性能评价指标,并给出了各自优缺点和适用的直流电压等级。最后,根据未来直流电网的发展趋势,给出了各类限流器亟待解决的关键技术问题,如超导材料的失超一致性问题、饱和铁芯限流器的励磁系统性能问题、固态限流器的多功能化等,为直流限流技术的进一步研究方向做出了展望。     

新型多功能固态限流器对0?接线方式的影响及其解决办法

固态限流器通过在线路中串入等效阻抗实现限流,这势必对系统距离保护产生不良影响。以新型多功能固态限流器为例,分析了固态限流器接入系统对反映相间短路故障0°接线方式的影响,提出了一种消除等效限流阻抗影响的接线方式。利用PSCAD/EMTDC对比分析了采用所提出接线方式和不采用的两种情况下,系统不同位置发生相间短路故障时距离保护继电器的动作特性。仿真结果表明：所提方法消除了固态限流器对继电器测量阻抗的影响,保证了继电器动作的可靠性。     

新型多功能固态限流器对0°接线方式的影响及其解决办法

固态限流器通过在线路中串入等效阻抗实现限流,这势必对系统距离保护产生不良影响。以新型多功能固态限流器为例,分析了固态限流器接入系统对反映相间短路故障0°接线方式的影响,提出了一种消除等效限流阻抗影响的接线方式。利用PSCAD/EMTDC对比分析了采用所提出接线方式和不采用的两种情况下,系统不同位置发生相间短路故障时距离保护继电器的动作特性。仿真结果表明：所提方法消除了固态限流器对继电器测量阻抗的影响,保证了继电器动作的可靠性。     

高压及超高压故障电流限制技术分析

220kV和500kV高压及超高压故障电流限制技术被认为是保障大电网安全稳定运行、提高供电可靠性和灵活性的有效途径。本文结合国内外高压及超高压领域的几个限流器工程示范项目,对比分析串联电抗限流技术、串联谐振限流技术、分裂电抗开断技术、超导限流技术以及其他混合限流技术的原理、设计和制造关键技术、可靠性和造价,并对各种限流技术的优缺点进行了评述。     

内蒙古电网短路电流水平分析及限制措施研究

内蒙古电网整体短路电流水平逐年升高,且因地区发展不平衡,部分地区短路电流超标问题严重,已成为限制电网发展和制约运行方式的重要因素,严重影响电网的安全稳定运行。以2016—2020年内蒙古电网短路电流变化结果为依据,分析短路电流分布特性和变化规律,采用二端口等值电路分析造成短路电流超标的主要影响因素,并总结近年来已采取的短路电流限制措施,研究分析基于故障电流限制器(FCL)的短路电流控制措施,最后得出故障电流限制器不仅能够针对性地解决短路电流超标问题,而且不会对系统安全稳定产生影响,但其在内蒙古电网中应用的必要性及可行性需进一步研究。     

新型磁控开关型故障限流器拓扑及试验研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器的拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器拓扑结构,在偏置回路中串联了一个限流电感,通过故障前后交流电流的变化自动实现限流电感的退出和接入,从而实现对短路电流的限制,并研制了一台220 V/50 A试验样机。对限流器样机的试验结果表明,磁控开关型故障限流器在正常工作时电压损耗很小,对线路几乎没有影响;故障发生后,限流电感立即自动插入故障回路进行限流,基本不产生谐波,运行控制灵活且简单可靠,对短路电流具有快速、有效的限制作用。     

基于二次变异改进生物地理学优化算法的限流器配置方法

针对开关型限流器的优化配置问题,为准确评估限流器动作后的限制效果,建立了断路器的最大开断电流与限流器配置的数学关联模型,在此基础上以各支路两侧安装限流器的电抗值为优化变量,以区域电网配置限流器的单位成本限流效果最大化为优化目标,以母线短路电流、断路器最大开断电流以及单个限流器的限流电抗为约束条件,建立限流器优化配置模型。以余弦迁移模型和柯西变异的生物地理学优化(BBO)算法为基础,并针对优化变量中相邻维度对适应度函数影响相近的特点,在算法中引入相邻维度间的二次变异操作,提出了基于适用于限流器优化配置的二次变异改进BBO算法。以某500 kV区域电网为例,进行限流器优化配置;为了验证所提改进BBO算法的优化性能,运用多个不同优化算法对限流器优化配置模型进行求解,优化结果表明,改进BBO算法具有较好的收敛速度、稳定性以及寻优能力。     

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%。     

基于可控串补的故障限流器

研究了一种基于可控串补结构的故障限流器,可对电网进行功率控制并在故障时降低短路电流水平。该故障限流器主要由并联电容、并联电感、反并联晶闸管和与开关并联的串联电感构成。开关用于装置在串补和限流模式间进行切换,装置正常工作时运行于串补模式,故障时迅速切换到限流模式运行,有效限制短路电流。该装置在原有串补装置上改动较少,可为现有设备增加故障限流功能做参考。通过Matlab/Simulink软件对系统进行仿真研究,结果表明此装置能够控制功率并限制短路电流,是电力系统中可靠的保护和控制装置。     

华东500kV电网串联谐振型故障电流限制器的保护配置

采用串联谐振型故障电流限制器(fault current limiter,FCL)是解决超高压电网短路电流超标问题的一种新技术手段。文章介绍了华东500kV电网FCL示范工程的选址和主要参数设计等基本情况,阐述了基于晶闸管保护串联电容器(TPSC)技术的FCL的基本原理和主体结构,以及FCL控制保护样机的系统结构和主要功能,详细描述了样机所采用的各类保护配置,并分析了FCL对系统继电保护的影响。对保护配置中最具代表性的线路过电流瞬时保护和金属氧化物限压器(MOV)过电流保护试验数据进行了分析,验证了FCL控制保护样机保护配置的合理性和实用性。     

故障限流器在电力系统中安装位置综述

随着电力系统规模的逐步扩大,各级电网的短路电流水平不断增大,使得故障限制器的应用越来越广泛。故障限流器在电网中所起的作用和安装在电网中的具体位置等问题已成为研究热点。详细介绍了故障限流器在电网中的不同安装位置并对其进行简单分类,全面阐述了这些场合发生短路故障时的特点以及安装故障限流器的意义,指出了在故障限流器实际应用中还需要深入考虑和研究的问题。     

基于快速开关的串联谐振型故障限流器的仿真

为限制电力系统短路电流,提出了一种开关作为电容器短路元件的串联谐振型故障电流限制器拓扑。以220kV单相线路为例,利用EMTP软件对这种限流器拓扑的动态工作特性进行仿真分析。提出了2种有效措施,以抑制电流转移过程由杂散振荡导致的电容支路高频过电流和过电压现象,仿真结果表明,在电容支路中串入电抗器比在快速开关支路中串入效果更佳。快速开关的合闸时间对限流效果至为关键,对此做了具体分析。结果指出,快速开关的合闸时间须足够短(10ms以内),才能有效实现故障限流。该故障限流器拓扑结构简单、响应速度快,其中的快速开关只进行快速合闸操作,不需要具备电流开断能力,易设计,造价低廉。