微电网故障暂态分析及抑制方法研究

建立了含电感型故障限流器的微电网等效分析模型,通过仿真算例分析了微电网的故障暂态现象,并验证了应用故障限流器抑制微电网故障暂态的方法.针对不同运行模式下发生不同类型、不同地点的故障情况,详细分析了含故障限流器的微电网系统的电压、电流、频率以及功率的故障暂态恢复特性.研究结果表明,安装了电感型故障限流器的微电网系统在发生故障时无论处于何种工况,都能很快地恢复到稳定运行状态,为发展微电网的故障暂态抑制策略提供了一种实际可行的有效方法.     

直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。     

混合式直流故障限流器改进拓扑及其参数设计方法

故障限流器可以有效保障设备安全和柔性直流电网的可靠故障穿越,是柔性直流电网故障处理的核心技术之一。为消除传统限流电感对系统暂态响应速度及运行稳定性的不利影响,提出一种基于电感电阻混合拓扑结构的新型混合式直流故障限流器,在系统发生故障后以电感与电阻并联的方式实现故障限流。与现有的直流故障限流器相比,所提混合式直流故障限流器有效减少了拓扑中的晶闸管数量,造价成本大幅降低。同时小信号模型分析表明,电感两端并联的电阻能够有效消除限流电感对系统暂态响应和稳定运行的不利影响。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端环状柔性直流电网,充分验证了所提方法在保障限流效果的基础上能够有效改善系统的运行稳定性。     

故障限流器改善风火打捆系统暂态稳定性研究

风火打捆外送模式解决了风电就地消纳能力不足、单独传输经济性差的问题,但同时风电的并入也给系统暂态稳定性带来了不利影响.在此背景下,基于双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)外特性建立风火打捆系统单端送电功率方程,分析了由于风电并入使同步机组功角特性发生改变,导致暂态稳定性降低.考虑在风火打捆系统并网输电线路上串联故障限流器(fault current limiter,FCL)来提高故障期间功率传输能力,在建立的含故障限流器的风火打捆系统等值电路基础上,分析了电抗型和电阻型两种故障限流器在系统故障期间对功率特性的影响和改善系统暂态稳定性的机理,并比较了应用两种故障限流器的差异.最后进行仿真验证,结果表明在线路上串联故障限流器能够显著改善风火打捆系统的暂态稳定性.     

基于铁芯控制的串联补偿型故障限流器

基于饱和铁芯型故障限流器的结构,提出控制直流偏置电流改变限流器输出电抗,从而当故障限流器与电容串联时,可以调节电容补偿系数。设计了限流器直流控制系统,利用氧化锌电阻的非线性特性和双滞环比较控制技术对直流偏置电流进行快速控制。对研制的限流器试验样机进行试验,试验结果表明,应用所提方法及直流控制系统后,串联补偿型故障限流器在系统正常运行时可以实现输出电抗的调节,在系统发生故障时可有效限制短路电流,并在重合闸之前恢复低阻抗状态。     

电流补偿型故障限流器对电力系统暂态稳定性的影响研究

以一种电流补偿型故障限流器为对象,研究了其对电力系统暂态稳定性的影响。在概述该型限流设备的拓扑结构及工作原理的基础上,计及不同的故障工况探讨了其对系统暂态稳定性的强化机制。进而利用MATLAB/SIMULINK电磁暂态仿真程序,构建了涵盖故障限流器的单机无穷大系统详细模型,通过模拟多种场景下的系统运行特性,检验了理论研究的有效性。结果表明,此型限流器的引入可明显抑制发电机功角振荡、延长故障切除时间、提高系统应对短路冲击的强壮性。     

电感型FCL对断路器恢复电压上升率的影响

安装故障限流器可有效降低电力系统的短路电流水平和高压断路器的遮断容量要求,但也可能造成更加苛刻的开断条件.针对安装电感型故障限流器的系统发生出线故障和近区故障的现象,通过理论分析与推导,给出了描述断路器恢复电压上升率与限流比、杂散电容以及近区故障距离之间关系的数学表达式.基于这些理论公式,研究了各主要参数对恢复电压上升率的具体影响,并与文献中的有关仿真结果进行了比较,验证了分析方法的有效性.本文的研究结果为电感型故障限流器的参数优化和高压断路器开断特性的选型提供了分析基础和理论依据.     

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。     

磁通耦合型限流器对电力系统暂态稳定性的影响

磁通耦合型限流器能快速动作抑制故障大电流,且在结构上易于实现,其可行性和经济性已被分析和验证。该型限流器对系统暂态稳定性的影响是个值得研究的课题。介绍了磁通耦合型限流器的结构和原理,从理论上分析了其运行阻抗对发电机功角曲线的影响,并仿真研究了含磁通耦合型限流器的单机无穷大系统的功角特性。结果表明,该型限流器可以减小系统在暂态时域内的发电机转子的加速面积,提高系统的暂态稳定性;并延长极限切除时间,为继电保护的正确动作提供更大的时间裕度。     

氧化锌避雷器式故障限流器对电力系统暂态稳定的影响

介绍了氧化锌避雷器式故障限流器的工作原理和分析模型,针对安装该种故障限流器的单机-无穷大系统,研究了不同工况下发电机的功角特性曲线,利用等面积定则详细分析了其暂态物理过程。在此基础上定义了一系列定量描述暂态稳定的指标,分别针对有无故障限流器2种情况,应用Matlab构建了单机和多机系统的仿真模型,分析了不同限流比、故障类型和故障切除时间下的系统暂态稳定特性。理论分析和仿真结果都表明:安装氧化锌避雷器式故障限流器,可有效抑制摇摆曲线的振荡幅度并缩短衰减周期,延长系统的极限切除时间,提高系统的暂态稳定能力。     

3D nonlinear transient field‐circuit modeling of inductive fault current limiters

Due to increasing levels of fault currents, fault current limiters (FCLs) are expected to play an important role in the protection of future power grids. Inductive saturable FCLs are particularly interesting due to their inherent reaction on the fault. Many different configurations have been proposed in literature. Being difficult or impossible to create accurate analytical models of some FCL configurations, the development of finite element (FE) models for inductive FCLs is required. This paper presents a 3D nonlinear transient FE modeling technique applied to two inductive FCLs, namely the so‐called open‐core and three‐leg single‐core FCLs. The models have been validated by comparing simulation results with lab measurements. Results show excellent agreement. The models constitute a valuable tool for design, optimization, and verification of inductive FCLs. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

微电网继电保护技术研究综述

针对微电网控制灵活、短路故障电流小、潮流双向流动等新的故障特性,根据微电网保护的已有研究成果,对微电网保护技术进行了综述。结合微电网的结构特征,提出了微电网保护的基本要求,分析归纳了微电网保护的三种可行方案;探讨了微电网的不同隔离策略、不同接地方式、不同运行方式以及潮流特性对微电网保护的影响。总结了微电网继电保护技术在国内外的最新研究成果,并提炼出现阶段微电网保护技术研究中的关键问题和研究现状。最后,对微电网保护的研究方向和发展目标进行了展望,指出结合微电网故障特征与微电网控制功能的集成化保护将是微电网保护技术的主要研究方向,而实现微电网隔离策略的最优化、信息采集的广域化以及保护功能的集成化将是微电网保护的发展目标。     

基于小波变换的微网暂态极性比较保护原理及实现

微电网具有分布式电源运行灵活多变、并网和孤岛方式故障特征差异大的特点,实现满足速动性和选择性要求的微电网保护是微电网技术难点之一。为了实现快速、准确的故障定位和隔离,文中提出了适应并网和孤岛不同运行方式的微网暂态极性比较保护。在研究采用小波变换Mallat算法实现暂态高频信号逐级抽取方法的基础上,依据暂态信号比较提出了微网暂态极性比较保护原理和算法,并重点对微网暂态极性比较保护装置的实现方案进行了设计,最后采用Matlab软件对微网暂态极性比较保护原理进行了仿真验证。     

不对称短路时电抗型故障限流器对暂态稳定性的影响

针对单机对无穷大系统,提出了在输电线路不同位置发生不对称短路故障时,故障限流器(FCL)投入电抗后对暂态稳定性影响的分析方法.基于功角特性曲线分别详细分析了在单相接地短路、两相接地短路和两相短路故障下电抗型FCL对暂态稳定的影响情况.通过对接入电抗型FCL的电力系统进行不同类型故障下的暂态稳定时域仿真研究,验证了分析结论.     

微网故障穿越综合控制

配电网故障(电压跌落、骤升、不平衡、谐波)影响微网的正常运行,严重时会损坏微网设备,为克服电网故障影响,从提高微电源自身抗扰能力和补偿电网故障电压两方面提出微网故障穿越综合控制策略,采用基于谐振控制的新型PQ控制策略抑制电网故障对微电源的影响。同时,提出基于多谐振控制VQR的微网故障穿越控制策略,在配电网故障指标超过规定值时,VQR对电网电压跌落、不平衡、谐波进行补偿,使微网电压保持正常,仿真结果表明所提出的综合控制策略提高了微网故障穿越能力。     

小电流接地故障暂态过程的LC谐振机理

对于小电流接地故障,传统基于健全相充电与故障相放电的暂态机理,尚未得到严格理论或实践验证,且仅能反映部分暂态过程。提出一种基于电感—电容(LC)谐振的小电流接地故障暂态机理,即在建立基于线路分布参数小电流接地故障全网模型的基础上,分析各模网络及同模网络内不同检测点阻抗的依频变化(交替呈现容性与感性)特性,给出其间发生LC串联/并联谐振的条件与能量交换规律。研究发现,小电流接地故障暂态过程由同模网络内单条出线、不同线路间的若干组LC并联/串联谐振以及线模和零模网络间LC串联谐振组成,其中频率最小且能量最大的模网络间串联谐振为主谐振,其产生的暂态电压电流含有明确的故障位置信息且易于利用。     

一种基于改进阻抗法的直流微网故障定位方法

直流配电网故障定位是排查故障、保障线路安全和保证供电质量的关键。文中研究了现今直流微网中的故障定位技术,在基于电压源换流器的直流微网中分析了单极故障和极间短路故障时的故障响应特性,提出了一种利用换流器出口侧电容放电过程,提取其中的故障电压电流信息计算线路电感值从而确定出故障位置的新方法。根据电压关系将故障过程分段,利用暂态电流的变化率进行故障选线,再根据故障电路的二阶响应过程,确定出故障位置。在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证,结果表明,定位算法能够准确识别出故障类型以及故障线路并精确定位出故障位置。极间短路故障的定位误差在0.5%以内,单极接地故障的定位误差在3%以内。     

一种基于高级Petri网的微电网故障诊断方法

微电网拓扑结构灵活,运行方式多样,是一个相对自治系统。针对微电网拓扑结构多变导致故障诊断建模困难问题,提出基于微电网线路故障保护信息的分层Petri网分析模型。该模型以分层保护集形式处理微电网保护信息。当微电网拓扑结构改变时,只需更新相应的保护集信息,不需要重新建模,对微电网的灵活多变有较强的适应性。该模型还可以有效判别保护和断路器的拒动、误动和处理含有时序关系的保护信息。为增强诊断系统的容错性和可靠性,采用智能加权模糊Petri网理论自适应调整权值。仿真算例验证了方法的有效性。     

考虑故障限流器动作的直流电网限流电抗器优化配置

模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的有效手段,其直流故障限流是线路保护所面临的重要技术挑战之一。根据直流电网双极短路故障后电容放电机理,考虑故障限流器投入过程与直流断路器的切断过程,并兼顾了金属氧化物避雷器(MOA)的能量耗散特性,在PSCAD/EMTDC电磁仿真平台下,基于相域频变架空线模型,研究了投入故障限流器后的直流故障电流特性。在对称双极四端直流电网拓扑中,以各个直流出口故障点的直流断路器切断电流之和最小、故障限流器和直流断路器中的MOA吸收的能量之和最小作为两个目标函数,采用simplex算法对直流电网中各条直流线路的限流电抗器进行了多目标优化配置,并给出不同权重下的各条直流线路的限流电抗优化配置方案。     

电力系统故障限流器研究综述

总结了电力系统故障限流器(fault current limiter,FCL)的研究和发展现状,介绍了FCL的主要分类、特点以及不同限流方式的经济型FCL实现方案,归纳了FCL实用化研究中需要解决的关键问题,包括：FCL与电力系统整体性能的交互影响;FCL与电网中发电机、变压器、断路器、继电保护装置等关键设备的交互影响;FCL的经济性评价;FCL的优化设计;FCL在线状态监测等。文章还简要介绍了作者针对ZnO避雷器式故障限流器提出的新型实用化设计方案及其应用研究的进展情况。