广东电网超高压短路限流器优化配置方案

新型短路限流装置在电网正常情况下等效阻抗接近于0,且对电网无不利影响,短路故障时迅速增大等效阻抗限制短路电流,从而确保断路器可靠开断短路电流。文中研究了新型短路限流装置的优化配置问题,使用自阻抗灵敏度加权和作为衡量限流效果的指标,应用支路追加法修正计算参数以减少优化过程的计算量,通过合理的粒子群优化(PSO)建模、设置相应的适应函数引导粒子群实现全局寻优,形成了一种快速的超高压电网配置限流器的全局优化算法。应用该算法对广东电网2015规划年的3种运行方式进行了计算分析,得出相应的超高压电网短路限流器的优化配置方案。     

基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置

针对高温超导故障限流器(high temperature superconductor-fault current limiter,HTS-FCL)的全网优化配置问题,提出了一种基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置新方法。该方法综合考虑了限流器的成本和限流效果这2个优化目标。首先介绍了HTS-FCL的基本结构和原理,分析了安装高温超导故障限流器对原系统自阻抗的影响,提出了一种基于短路电流变化率的灵敏度计算方法,该方法可以缩小搜索空间,提高算法效率。然后分别建立了限流器成本评价子函数、限流效果评价子函数和多目标评价函数,制定了基于免疫算法的多目标Pareto优化算法流程,并在传统免疫算法的基础上提出了一种改进型的等成本倒位算子,通过仿真验证表明该算子较常规的免疫算法,能更好地收敛到最优解。最后以IEEE 39标准节点系统为例,实现了HTS-FCL的全网优化配置,验证了新方法的有效性,并求得了在综合考虑限流器成本和限流效果下的Pareto最优解集,设计者可以根据自己的意愿和实际情况在所求得的Pareto最优解集中选择合适的最优方案。     

基于非支配排序遗传改进算法的故障限流器的优化配置

针对电网中故障限流器(fault current limiter,FCL)的优化配置问题,采用一种基于局部差分方法改进的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA)-2,该算法比原算法有更好的全局寻优能力,且在故障限流器的优化配置上性能更优。首先通过对系统短路电流进行计算,筛选短路电流超标节点以及故障限流器可靠触发支路,分析加装故障限流器对系统阻抗矩阵的影响,并通过灵敏度法简化搜索空间。然后分析故障限流器优化配置问题的目标函数与约束条件,并对NSGA-2存在的问题进行分析,利用局部差分方法对NSGA-2进行改进并制定算法流程。最后对IEEE-30节点系统进行了仿真,对改进的NSGA-2算法与原来NSGA-2算法进行了对比。结果表明,改进的NSGA-2在收敛性能上表现更好,最优解更稳定。     

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.     

基于改进PSO-GSA算法的快速开关型电网故障限流器优化配置

针对快速开关型故障限流器(fast switch fault current limiter,FSFCL)在电网中布点和容量优化问题,提出一种基于改进PSO-GSA算法的FSFCL全局优化配置模型。首先分析了FSFCL的基本原理,采用基于支路阻抗的灵敏度法缩小搜索空间;将限流效果及限流器成本作为优化目标,构造适应度函数;然后利用粒子群算法改进万有引力搜索算法(PSO-GSA)并对该混合算法进一步改进,制定算法优化流程。同时,由于依据人工经验在直接选择最终配置方案时可能会达不到最佳的效果,通过建立方案评价模型,依据相对熵原理确定各指标组合权重,再利用加权逼近理想点排序法(technique for order by similarity to an idea solution,TOPSIS)对方案进行排序,选取了最终配置方案。文中的方案评价模型可避免仅凭人工经验选择安装FSFCL线路的盲目性,有效地降低了电网规划成本。最后采用IEEE39节点系统算例仿真验证了该全局优化配置模型和方案评价模型的有效性。     

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。     

基于改进蚁群优化限制短路电流的网架调整措施

通过开断部分指定电压等级输电线路调整电网网架,可增加相应节点与电源间电气距离,是简单易行、经济有效、应用普遍的限流方法。根据电网中调整网架结构时线路开断组合的应用特点,考虑限流需求及保持电网安全性的关系,提出一种基于转移阻抗灵敏度加权和的适应函数作为全局限流效果及其均衡度的衡量指标。在此基础上提出线路开断组合的网架调整数学模型,并从路径选择策略、信息素更新方式和调节因子取值等方面改进蚁群优化,形成一种快速计算的网架调整全局优化算法。通过对广东电网的测试验证了该算法的可行性和有效性。     

考虑多节点条件约束的柔直系统故障限流器与断路器优化配置方法

首先建立了适用于多节点柔直系统的潮流及故障电流的数值计算优化模型,并在三端仿真系统中验证了所建模型的准确性.随后设置约束条件及目标函数,利用粒子群优化算法建立了多端柔直系统中故障限流器与断路器的优化配置数学模型.在3节点环网中进行优化求解,并将结果配置到仿真模型检验其限流效果,验证了所提优化配置方法的准确性.最后通过所提多目标粒子群优化算法对11节点柔直系统进行故障限流器与断路器配置的优化求解,并将所得结果与多目标遗传算法进行对比.结果表明,所提优化配置方法具有较高的普适性,可实现多节点柔直系统中故障限流器与断路器的低成本配置.     

变压器型故障限流器限流效果研究

介绍了变压器型故障限流器的基本原理,该限流器由电容器及二次侧带放电间隙的并联变压器组成。通过分析该故障限流器在抑制短路电流过程中的稳态特性,定量地描述了它的限流效果。研究该故障限流器在限流过程中的工作条件,利用PSCAD软件建立仿真模型,对该故障限流器在500kV超高压输电系统中的应用进行仿真。为了验该故障限流器的限流效果,给出了实用可行的短路实验电路,分别就未装设和模拟限流器情况进行了短路实验。结果显示,该故障限流器具有较好的限流效果,能够作为一种有效的保护设备限制电力系统的短路电流。     

考虑运行损耗的故障限流器布点优化和容量选择

为完善串联谐振型故障限流器的系统侧应用技术,提出了一种考虑运行损耗的故障限流器布点优化和容量选择方法。初步构建了一个以全网损耗增量和限流电抗值总和最小为目标函数,以母线短路电流、母线电压、限流器阻抗及其安装候选位置为约束条件的数学模型。借助PSS/E和Matlab粒子群算法工具包,实现了该优化问题的求解。案例研究在一个修改的IEEE-39节点系统中展开,不同台数优化安装方案的比较结果表明,该方法是有效的。其模型引入了网损变量,完善了传统目标函数中的经济性指标。     

计及行波折反射的柔性直流电网故障限流器参数优化

行波的折反射过程对故障暂态响应有重要影响,目前对故障限流器(FaultCurrentLimiter,FCL)参数优化配置时,均未考虑故障行波折反射过程对FCL参数选取的影响。因此,提出了一种计及行波折反射的故障暂态响应时域分析方法,并用此方法对混合阻感并联型FCL进行了参数优化。首先,建立换流器故障等效模型,对比不同限流阻抗类型的FCL对故障电流的抑制能力。其次,推导了故障行波的频域和时域表达式,根据彼得逊法则建立各个时序的等效模型从而准确求得故障电流。并以故障电流和FCL两端的电压应力为优化目标,利用粒子群算法对FCL参数进行优化配置,得到限流阻抗最优匹配值。最后,通过在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建三端直流电网模型进行仿真对比。仿真结果验证了计及行波折反射的故障电流计算方法以及优化模型的准确性。     

基于自关断器件的新型桥式短路限流器拓扑与控制策略

提出一种基于自关断开关器件的新型桥式短路故障限流器。该种单相(三相)限流器由1个整流桥、1个直流电感和1个(3个)旁路电感组成。直流电感用来限制故障初期的短路电流上升速度,其电感根据控制电路的响应速度和系统电压、电流额定值,以体积、成本最小为目标进行设计。旁路电感用来将短路电流限制到继电保护要求的数值上,其电感量根据系统电压和继电保护要求的短路电流设计。短路限流期间的电源电流仍为正弦量,因而不会对阻抗继电器、传统的电压电流互感器和总的继电保护方案产生不良影响。新型限流器的主电路得到了简化,控制电路和控制方法非常简单,动态性能得以提高。文中详细论述了用于三相系统的限流器的主电路拓扑结构、控制策略、参数设计与优化方法等。仿真和实验结果证明了所提新型限流器的有效性和实用性。     

工频零点电流转移限流及40.5kV快速真空开关仿真

随着电网的发展和负荷密度的增加,故障电流不断增大,如不采取措施,一些区域的故障电流将超过现有断路器的开断能力。笔者提出了一种基于工频零点电流转移的限流器方案。由快速真空开关和限流阻抗并联组成限流器,放弃限制故障电流的第一个峰值,降低了限流器实现的难度。笔者从工作电压、电流转移、动稳定性和热稳定性,以及快速真空开关等方面,论证了这种限流器的可行性。建立了基于等效回路法的仿真分析方法,对40.5kV真空断路器的电磁斥力机构进行了计算和优化。结果表明,工频零点电流转移型限流器所需的快速真空开关是可以实现的。     

有源等效阻抗限流器的研究

有源等效阻抗限流器由电压型电力电子逆变器、直流电容、滤波器组成,通过变压器串联接入电网.电网正常时,限流器实现提高电能质量的功能或停止工作;故障发生后,立刻投入限流,对电网来说限流器等效为一可调阻抗,此阻抗设定为纯电感时可同时满足限流及使装置提供的有功最小.给出了实际电路与控制方法,理论分析与仿真结果均表明限流器具有优良的限流特性.     

A transformer type fault current limiter with spark gap

A novel fault current limiter (FCL) is proposed in this paper. The FCL consists of a capacitor, a transformer and a spark gap. The spark gap is used to control the inductive reactance of the transformer for matching the capacitive reactance of the capacitor. During the short-circuit faults, the FCL resonantly produces a high impedance in the fault circuit after the breakdown of the spark gap, which enables the fault currents to be reduced. A steady-state analysis is made for investigating the current-limiting operation condition of the FCL. Laboratory test and Alternative Transients Program (ATP) are also employed to examine the current-limiting effect of the FCL. The results obtained from measurement and ATP-simulation show that the FCL has the capability of limiting the fault currents to lower levels.     

Required limiting impedance and capacity of fault current limiter installed in customer system with synchronous generator

We investigated the required limiting impedance and capacity of a fault current limiter (FCL) installed at an incoming feeder of a customer system with a synchronous generator in a utility distribution system. It was assumed that two types of FCL were installed, i.e. a resistive type (R‐type) FCL and an inductive type (L‐type) FCL. A fault current out of the customer system and a voltage in the customer system were calculated following a three‐phase, short‐circuit fault occurrence. It was found that the required type of FCL and the required limiting impedance depended on the rated capacity of the generator in order to obtain the suppression of the fault current under 0.1 kA_S and to maintain of customer voltage between 85 and 100% of the nominal voltage (6.6 kV). The capacity of FCL consisting of the smallest limiting impedance is discussed. © 2006 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Design guidelines of a flux‐lock superconducting fault current limiter with ac magnetic field coil for a 6.6‐kV distribution system

We have proposed a new type of fault current limiter, which consists of a flux‐lock reactor with high‐Tc superconducting (HTS) elements and an ac magnetic field coil (Flux‐Lock‐Type Fault Current Limiter: FLT‐FCL). The FLT‐FCL can increase both the current capacity and the limiting impedance by means of a transformer action and an ac magnetic field application mechanism. This paper reports the conceptual design of an FLT‐FCL for application to a 6.6‐kV/200‐A distribution system. Theoretical expressions for the current limiting behavior are derived and the new concept of “quench power” is proposed in order to estimate the required number of HTS elements for two types of FLT‐FCL and for a basic FCL type consisting only of HTS elements. Design guidelines for the FLT‐FCL are derived from the calculation results. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 135(4): 17–25, 2001     

具有短路限流功能的统一潮流控制器设计

统一潮流控制器(UPFC)在电力系统发生短路故障时,其串联变换器极有可能因承受系统高电压和大电流的冲击而损毁。针对该问题,提出了一种新型柔性交流输电系统装置——具有短路限流功能的统一潮流控制器(简称限流式UPFC),给出了其主电路拓扑结构、工作原理和控制策略。PSCAD/EMTDC软件的建模和仿真结果表明,在电网正常运行状态下,该装置特性等效为常规UPFC;当电网在装置安装点附近发生短路故障时,装置中的限流器模块能立即自动从零阻抗转变为高阻抗,将系统及流经UPFC的短路电流限制到较低数值,保护了UPFC免受系统高电压和大短路电流的冲击,同时也降低了系统的短路电流水平,增加了系统的可靠性和经济性。