应用于谐振型限流器的双分裂铁心电抗器研究

为了降低串联谐振型限流器中流过晶闸管短路电流的幅值和上升率,提高电容器旁路电路的可靠性,提出一种双柱双分裂铁心电抗器,将晶闸管串接在双分裂电抗器的一个支路,然后再与补偿电容器并联。系统正常运行时,双分裂电抗器表现为大电感,流过的电流很小;在电网线路发生短路故障时,晶闸管导通,双分裂电抗器表现为小电感,快速转移流过补偿电容器的短路电流,谐振状态破坏从而实现限流功能。设计并制作了一台应用于400 V串联谐振型限流器的双柱双分裂铁心电抗器样机,基于三维棱边有限元法对电抗器磁场分布和电感参数进行了计算。电抗器以单支路小电流模式运行时,电感为192 m H;以双支路大电流运行模式时,电感为151μH。通过短路电流冲击测试发现,双分裂电抗器可实现电流快速转移且两支路电流均匀分配,电感测试值与仿真值吻合较好。为了降低晶闸管的冲击电流,提出一种在保持单支路运行电感恒定的前提下调整双支路运行电感的方法,仿真结果证明了该方法的有效性。     

超高压电网串联谐振型短路电流限制器关键技术

串联谐振型短路电流限制器是目前解决超高压电网短路电流水平超标的一种有效手段,电容器组旁路装置的性能与限流深度是串联谐振型短路电流限制器研究中的2个关键技术问题。结合前人的工作,针对这2个技术问题进行了研究,提出了新型串联电容器组旁路装置以及可变阻抗电抗器,可以有效提高超高压电网串联谐振型短路电流限制器的限流效果。对超高压电网短路电流限制器的研究现状进行综述,对串联谐振型限流器的2个关键技术问题——电容器组旁路装置与限流深度进行了分析,介绍了新型串联电容器组旁路装置的原理、结构并对其性能进行了分析。新型旁路装置在可靠性、动作速度、通流能力以及经济性方面都有很高的性能。介绍了可变阻抗限流电抗器的原理、结构并进行了验证性试验,经试验验证阻抗可提高100倍以上。     

面向超高压电网的故障限流器的应用研究

针对迫切需要解决的大负荷中心短路电流超标的问题,在介绍了短路电流限制器研究现状,阐述了新型串联谐振型限流器(SCCL)工作原理后,用等面积法分析了单机无穷大系统中SCCL提高系统暂态稳定裕度的机理,并比较了串联电抗器与谐振型限流器的优缺点。谐振型参数设计是工程设计的难点,其中抑制因子代表着限流器限流能力,其取值要综合系统需求考虑。保证电容器可靠旁路是谐振型限流器的关键技术,多重化旁路开关技术能有效抵御电容器过压击穿的风险。基于优化参数的大量仿真实验证明:主电路设计合理,旁路开关电气强度降低,电容器在有效保护范围内。     

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。     

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。     

谐振型限流器限流电抗快速接入控制策略

串联谐振型限流器是应用在500kV超高压电网的实用化限流器。谐振电容器快速旁路是实现限流器的关键技术。限流电抗快速接入控制策略主要研究快速旁路器件动作时序配合和快速保护判据。快速旁路电路采用多种旁路器件。在极短的时间内,动作时序要协调各个器件的配合,保证旁路电路快速性和可靠性。依据限流器基本控制策略,设计旁路器件动作时序,对动作时序中的判据处理、器件换流等过程作了详细分析。以华东电网限流器工程为研究背景,确定了阈值指标,该方案能保证限流器在出口短路故障发生后5ms内动作。     

具有可控串联补偿的新型故障限流器的研究

提出一种新型的具有动态串联补偿功能的故障电流限流器,由一个固定电容器、开关控制的电容器组与旁路电感并联后再和限流电感串联而成,较以往限流器的优势在于串联补偿功能上的改进.正常时,通过投切不同的电容器组,按步长的方式来控制调整线路的补偿度;故障时,则通过和旁路电感相串联的可关断晶闸管(GTO)来控制其限流程度.在详细分析其工作原理的基础上,用MATLAB程序进行了数字仿真,结果表明,此装置性能良好,可作为电力系统中一种有效的保护设备.     

基于超高速开关和串联谐振的冗余保护型故障限流器

针对牵引供电系统供电安全可靠性要求高、短路电流冲击频繁的特点,提出一种具有冗余保护的故障限流器拓扑结构,通过互锁开关将设计的两个保护支路并联,在功能上二者均可单独实现故障电流的限制。其中保护支路I作为正常运行保护回路,采用双分裂电抗器并联电容器和电抗器构成并联谐振回路;保护支路II采用超高速开关与电抗器并联。正常情况下保护支路I投运,保护支路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。样机测试表明,该限流器能够在断路器动作之前监测到故障电流并动作,在最大程度上起到了限流作用。     

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。     

限流器晶闸管阀自触发保护动作电压阈值设计

为提高串联谐振型故障限流器（series resonant fault current limiter,SRFCL）旁路电路的可靠性,减小谐振电容的氧化锌避雷器（MOV）能量消耗,研究了晶闸管阀自触发保护动作电压阈值设计方法。限流器控制器失灵是最恶劣的故障态,只能依赖晶闸管阀自触发保护即击穿二极管触发晶闸管（break...     

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。     

ZnO避雷器式故障限流器的实用拓扑设计

为限制短路故障电流的增大,基于常规设备的故障电流限制器有望在电力系统中首先获得实用。针对ZnO避雷器式故障限流器中M OA吸能过大的问题,提出了一种由电容器、带中间抽头的串联电抗器、ZnO避雷器、可控间隙以及旁路开关组成的新型电路拓扑,以降低对避雷器暂态吸能能力的要求,并改善限流器的动态特性。文中给出了新型限流拓扑中各个元件参数的优化设计原则,并通过对110 kV系统短路故障的仿真分析,验证了新型限流拓扑设计的有效性。     

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。     

改进型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

提出一种改进型饱和铁心高温超导限流器,其原副边绕组均采用超导绕组,在正常工作情况,没有限流现象.在短路故障情况,由于饱和铁心型高温超导限流器直流绕组中的直流电流影响限流能力,利用IGBT1快速断开直流电流以提高限流能力;同时断开限流器交流回路的IGBT2,使与之并联的限流电阻串入限流,提高了限流能力.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.仿真结果及实验结果表明,该限流器能抑制电力系统的谐波,具有明显的限流效果,能显著减少电力系统的暂态和稳态故障电流,实现线路重合闸,提高了电网电能质量和电力系统动态稳定性.     

一种新型故障电流限制器的原理研究

提出一种新型的应用柔性交流输电系统(FACTS)技术能够改善电网电能质量的故障电流限流器,其由一个固定电容器、晶闸管控制的电容器组与旁路电感并联后再和限流电感串联而成.和以往的限流器相比,其突出优点在于串联补偿功能上的改进以及用大功率自关断器件--集成门极换流晶闸管(IGCT)代替传统的门极可关断晶闸管(GTO).正常时,通过投切不同组数的电容器,按步长的方式调整控制线路的补偿度;故障时,通过和旁路电感相串联的IGCT控制其限流程度.在详细分析其工作原理的基础上,应用Matlab程序进行了数字仿真,结果表明,该装置具有良好的性能,可有效地改善电网在故障期间的母线电压暂降问题,提高了系统的电能质量.     

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。     

串联谐振式限流器的仿真研究

串联谐振式限流器具有工作原理、拓扑结构简单等优点,且对于高压系统,其一次回路参数能够做到合理配置;但在电网发生短路故障进入短路限流工况过程中,其电容器及并联转换开关将工作在相当恶劣的条件下.应用Matlab软件对上述情况进行了建模仿真研究,得出如下结论:①闭合转换开关短接电容器使限流器从正常运行模式切换到短路限流模式过程中,将在电容与转换开关之间产生电压(电流)的高频振荡,且振荡电压(电流)的幅值与转换开关的动作速度成振荡增幅关系;②当转换开关采用功率半导体器件构成时,要求控制系统快速响应短路故障闭合转换开关,否则极易因振荡过流(过压)而损坏;③在限流器进入短路限流模式但继电保护尚未动作于断路器切断故障回路期间,转换开关将承受全部短路电流以及振荡电流,采用电力电子型转换开关时,其功率半导体器件的容量必须按这种工况进行选择.     

1000kV特高压固定串联补偿装置关键元件工作条件研究

基于长治—南阳—荆门特高压交流试验示范工程扩建工程,利用电磁暂态程序(EMTP),研究了区外和区内故障时,1 000 kV特高压串补关键元件工作条件。研究首次提出:采用金属氧化物限压器(metal oxide varistor,MOV)-并联间隙组合作为特高压串补的过电压保护措施;区外故障时仅由MOV限制电容器的过电压,间隙不动作;区内故障时,火花间隙及旁路开关可以动作,从而将电容器和MOV旁路;特高压串补过电压保护水平为2.3 pu;长南I线和南荆I线串补MOV的最大能耗水平分别为57 MJ/相和45 MJ/相;采用"电抗器+MOV串电阻"型阻尼回路作为串补电容器的放电阻尼装置,电容器放电回路的自振频率约为300 Hz;短路期间,特高压串补火花间隙和旁路开关最大放电电流为153 kA。     

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。     

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。