一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。     

一种新型固态短路限流器拓扑及其控制策略

介绍一种适用于中高压电网的新型固态短路故障限流器,正常工作时对线路几乎无影响;当故障发生时,旁路交流电抗器立即自动插入故障回路进行限流,检测到故障后将故障相桥路进行逆变,直流电抗器中的能量回馈电网,桥路尽快退出故障线路的运行,随后故障电流完全由旁路交流电抗器限制。新型限流器的固态器件和直流电抗参数不受电网允许的短路电流水平约束,所以可进行灵活优化设计。理论分析和单相固态限流器在三相系统中的仿真结果表明,整个单相桥路相当于过零点断开的开关,限流器不会引起附加振荡和过电压,控制方法简单,新型固态限流器具有良好特性,在电力系统中有深入研究和开发的意义。     

分裂电抗型超导限流器的交直流限流特性

随着交直流电网规模的不断增长,纯电阻型超导限流器已经难以满足其限流需求。为了减少超导带材的用量并提高电阻型超导限流器的经济性,通过引入空芯分裂电抗器,研究了一种分裂电抗型超导限流器（DRSFCL）并对其基本限流原理进行了分析。通过建模和仿真研究,主要分析了DRSFCL在10 k V电压下的交直流限流特性,得到其在交流冲击下可有效地限制短路电流的第一波峰值,限流作用比较明显,且在直流冲击下也有较好的限流作用。最后通过直流冲击平台对部分直流仿真结果进行了试验验证,试验结果与仿真结果基本一致。     

220 kV分裂电抗型超导限流器的仿真与优化设计

输电网的短路故障电流大、危害范围广,实现高压电网的短路故障限流有非常重要的意义。为了降低超导限流器的制造成本和提高其限流能力,提出了一种分裂电抗型超导限流器拓扑,进行了限流原理理论分析和建模方法的研究。针对220 k V输电网,建立了系统仿真模型,开展了限流器的参数优化方法研究和限流特性分析。并进行了电阻型超导限流单元和分裂电抗器的优化设计。研究结果表明:分裂电抗型超导限流器能够降低超导带材的使用量,提高超导限流器的限流能力和运行可靠性,为220 k V/1.5 k A示范样机的研制奠定了基础。     

含冗余保护的超高速故障限流器设计与试验研究

针对牵引供电系统短路电流冲击频繁的特点,设计了一种基于超高速开关、具有冗余保护功能的故障限流器。其中超高速开关和限流电抗器构成保护主电路Ⅰ,而双分裂电抗器、并联电容器和电抗器组成的并联谐振回路为冗余保护电路Ⅱ。二者之间通过互锁开关并联,在功能上均可单独实现故障限流的功能。正常情况下保护主电路Ⅰ运行,冗余保护电路Ⅱ热备,主控制器通过实时监测系统电流和保护支路Ⅰ的状态控制保护支路Ⅱ投切。在此基础上,研制了故障限流器样机,并对其构成关键部件功能进行了分析。最后,通过故障限流器仿真与现场试验分析验证了该样机的可靠性。结果表明该限流器能够在断路器动作之前检测到故障电流并动作,在最大程度上起到了限流作用。     

两种经济型故障限流器的工作特性比较

为降低大容量输电系统的短路电流水平,提出一种基于饱和电抗器的串联谐振式故障限流器。通过仿真,分析了暂态限流特性,并与基于ZnO避雷器的串联谐振式限流器进行比较。获取饱和电抗器式限流器的较好工作特性需要铁芯磁滞回线、电容器与串联电抗器参数之间的优化配台,关键是降低电容器的过电压。而ZnO避雷器式限流器易于限制电容器的过电压,但短路电流水平限制较低时,会导致串联电抗器上较高的过电压,因此一般不应选取过大的串联电抗器值。由于技术经济性好、结构简单、可靠性高等优点,这两种故障限流器可望在电网中较早获得应用。     

电力系统高温超导故障限流器的研究

在阐述传统电力系统故障限流器的基础上，综述了高温超导体的基本特性、高温超导 限流的结构，并着重讨论了饱和电抗器型高温超导限流器的设计原理和限流效果。     

磁控串联补偿型故障限流器参数设计与性能研究

通过改变磁控限流器的直流偏置电流可以改变限流器输出电抗,与串联电容配合可在限流的基础上具备串联补偿功能。本文提出了一种磁控串联补偿限流器(MSCFCL),通过等效磁路等理论分析方法对其铁心与线圈的主要参数进行了详细设计;并提出了铁心开气隙结构来满足对输出电抗调节的需求。通过JMAG软件仿真分析了MSCFCL稳态下电抗输出与故障态下限流性能。仿真结果表明,以饱和电抗器为核心加入合理气隙结构的MSCFCL,可满足串联补偿的输出电抗平滑度要求,并且对限流性能有明显影响。     

基于非正交解耦原理的紧凑型高压交流磁饱和限流器研究

磁饱和故障限流器需要外加空心电抗器来提升限流性能，这导致体积和占地面积大，为此提出了一种基于非正交解耦原理的紧凑型高压交流磁饱和限流器(compact saturated core fault current limiter,CSFCL)，其具有占地面积小、体积小和限流性能较好的优点。首先介绍了非正交解耦原理，结合传统混合励磁饱和铁芯型故障限流器(hybrid type SFCL,HSFCL)的磁路结构，提出了集成非正交解耦绕组的限流器拓扑，分析了其等效磁路和电路模型，并阐述了限流器的工作机理。然后提出一种带气隙的多段解耦绕组电感计算方法，较传统方法精度提升35%。再对限流器响应时间和限流比进行参数设计计算。接着进行了220 kV CSFCL和HSFCL有限元仿真，验证了理论分析的正确性。最后设计研制出限流器小容量试验模型，并开展了试验研究，对比得到CSFCL限流系统总体体积相较于HSFCL减少47.8%，占地面积减小85.1%。仿真和试验结果均证明了该拓扑的有效性。     

基于大容量高速开关装置的限流器在姚家220kV变电站中的应用

针对姚家220 kV变电站10 kV侧限流电抗器功率损耗过大的问题,采用国家电网公司依托工程基建新技术推广应用方案,将限流器与限流电抗器并联运行。正常运行时,限流器将电抗器短路,解决无功率损耗大、母线电压降低等问题;短路故障时,限流器在5 ms内快速退出运行,电抗器起到限制短路电流的作用。进行全寿命周期成本计算分析表明,限流器技术的应用大幅降低了变电站的全寿命周期成本。     

基于感性模糊识别的MMC直流输电线路单极接地故障分析

伪双极模块化多电平换流器(MMC)直流输电系统发生单极接地故障时的故障电流较小,在高阻故障下故障电流更是极其微弱,很难快速识别单极接地故障.考虑MMC直流输电系统中,单极接地故障暂态过程与其他类故障暂态过程的故障回路的区别,提出一种基于感性模糊识别的单极接地故障识别方法.利用电流变化率与电压的相关系数近似表征回路测量点的电感特征,定义正、负极相关系数的比值为感性模糊系数.根据感性模糊系数的符号识别单极接地故障,然后根据感性模糊系数的绝对值判断故障极.大量仿真实验表明,所提方法有较强的速动性和灵敏性,并有很强的耐受过渡电阻能力.     

主电路参数对MMC-HVDC电网直流短路故障电流综合影响分析

针对模块化多电平变换器的高压直流（MMC-HVDC）电网的结构复杂多样,难以构建直流短路故障电流的精确解析分析模型的问题,提出一种基于中心复合实验设计的分析方法用于定量分析和评价主电路参数对直流短路故障电流的综合影响。该方法通过中心复合实验设计,以尽可能少的直流短路电磁暂态仿真实验数据获得故障后6 ms内直流短路故障电流的多因子回归方程,从而对多因子的综合影响进行定量分析和评价。以四端直流电网为例,设计了分析直流电感、桥臂电感和中性线电感以及接地电阻4个主电路参数对直流短路故障电流影响的多因子仿真实验,利用统计学方法分析和评价了各因子对直流短路故障电流峰值的主要影响和交互作用的影响。分析结果表明：4类主电路参数中,直流电感对故障后6 ms内故障电流峰值的影响程度最强,中性线电感对故障后6 ms内桥臂故障电流峰值的影响程度最强,主电路参数间的交互作用可忽略不计。该分析结果为直流电网短路故障情况下故障电流抑制研究和多元件参数综合优化提供理论依据。     

基于等效瞬时漏感与回路方程的变压器保护原理

在变压器回路方程的基础上，提出一种利用等效瞬时漏电感实现变压器保护的新方法。该方法不依赖于变压器铭牌上的短路电抗等参数，能实时监测变压器各侧漏电感的变化情况。因此，通过计算等效瞬时漏感参数，可同时提高变压器保护的灵敏性和可靠性。该方法计算量小，对三绕组变压器同样适用。两套动模试验分析结果表明，该原理不受励磁涌流的影响，能够可靠、迅速的切除变压器内部故障，对轻微故障也有足够的灵敏度。     

用于内部故障分析的变压器电感参数计算模型

针对电力变压器内部故障分析和保护的需要,详细分析了现有模型中确定电抗参数或电感参数存在的问题,指出问题的关键是没有考虑到发生内部短路故障之后,变压器内部的漏磁场分布发生了变化,因而用变压器没有故障时的漏电抗或漏电感推算发生故障后的模型参数是不正确的。在此基础上,提出了一种满足磁势平衡关系并且适用于具有任意截面形状和大小的线圈的漏电感计算模型。     

基于模量的线路模型识别纵联保护新原理

详细分析了输电线路内、外部故障时故障分量网络的特征,提出可以将线路外部故障等效为电容电路模型,内部故障等效为电感电路模型.基于时域中的短数据窗,利用参数识别的方法,分别计算线路的真实模型与上述2种模型的误差,若电容模型误差小,则判为外部故障;若电感模型误差小,则判为内部故障.对于实际三相线路,为降低相间电磁耦合对模型识别效果的影响,则同时采用线模量和零模量做线路模型识别,从而判断故障.理论分析表明,新方法基于故障分量原理,不受负荷状态和过渡电阻影响,无需补偿电容电流,在时域中进行短数据窗的判据计算,不用滤波提取相量,受暂态分量影响很小.EMTP仿真试验进一步证明了新原理动作可靠、迅速.     

同塔混压四回线下的单回线故障零序方向元件动作特性分析

同塔混压四回线发生故障时,由于近距离物理条件,不仅要考虑相间互感,也要考虑不同电压等级系统之间的互感对故障分析及保护产生的较大影响。针对弱电强磁与强电联系两种场景下同塔混压四回线中单回线发生接地故障的情况,首先阐述零序去耦等值电路的建立依据,然后对零序方向元件的动作特性及主要影响因素进行理论分析。结果表明对于弱电强磁场景,不同电压等级之间的零序互感对零序方向元件动作行为的影响可以忽略不计。对于强电联系场景,零序互感、电气强度及故障位置综合影响零序方向元件的动作行为。基于ATP-EMTP建立1 000 kV/500 kV同塔混压四回线模型,对单回线故障条件下的零序方向元件动作行为进行了建模仿真,验证了理论分析的正确性。     

三相变压器等效瞬时电感的计算分析及CT配置新方案

葛宝明等人以单相变压器模型为基础,提出一种利用等效瞬时电感变化特性判别变压器励磁涌流的算法,具有较好的识别效果。但对于三相变压器不同接线方式,尤其是YΔ/接线方式下等效瞬时电感的计算问题,目前还未见相关文献研究,该文对此问题进行了深入的分析和探讨,研究结果对利用等效瞬时电感变化特性判别变压器励磁涌流算法在工程中的应用,具有一定的指导意义和参考价值。针对变压器Δ侧绕组内部环流对等效瞬时电感计算结果影响大,而又难以通过线电流计算得到的特点,提出了一种新型的变压器差动保护CT配置方案。该方案保证了等效瞬时电感的正确计算,同时又不会使差动保护存在保护死区。     

基于等效瞬时漏电感的变压器保护新原理

在变压器模型回路方程的基础上，应用等效瞬时漏电感，提出了一种新型变压器保护原理。在内部故障的情况下，绕组变形将会导致漏电感参数发生变化;而在正常运行、外部故障和励磁涌流情况下，变压器漏电感等内部结构参数不会发生改变。因此，通过计算等效瞬时漏感参数，可有效地识别变压器的运行状态。2组动模试验分析结果表明，该原理不受励磁涌流的影响，能够迅速、可靠地切除变压器内部故障，对轻微故障也有足够的灵敏度。     

零序互感对相邻线路纵联零序方向保护的影响

就零序互感对相邻线路纵联零序方向保护的影响进行了分析。采用互感线路一般模型,结合零序方向元件的动作原理,分别在发生内部故障和出口处反方向故障的情况下,对纵联零序方向元件的动作行为进行了详细的理论推导。研究表明,不论本线路发生内部故障或出口处反方向故障,该线路纵联零序方向保护不受零序互感的影响,能够正确动作;与其相邻的互感线路纵联零序方向保护是否误动,取决于两互感线路间电气联系的紧密程度,电气联系越强,误动可能性越小。利用PSCAD进行了仿真验证。     

单相变压器漏感参数识别计算方法研究

变压器漏感参数的识别可以作为变压器故障判别依据,对变压器漏感的准确识别是变压器故障判别的关键。根据回路平衡方程,提出了基于最小二乘法的单相变压器的漏感识别方法。并通过EMTP-ATP仿真和动模实验室的单相变压器试验验证,仿真测得漏感识别相对误差0.2%,试验测得变压器的漏感与铭牌参数计算的漏感值相对误差3.84%。此外,还在变压器不同饱和程度和不同频率下测量了变压器的漏感值。试验结果表明,基于二乘法的变压器漏感参数识别方法能够正确识别变压器的漏感值,变压器的漏感值与其饱和程度和频率无关。