故障电流限制器现状及应用前景

目前我国某些地区短路电流过高制约着电网发展, 故障电流限制器可以快速限制短路电流,保证系统安全稳定运行, 是具有发展潜力的限制短路电流技术。故障电流限制器包括超导和和固态故障电流限制器2 种, 每种故障限流器具有各自的特性、工作原理、优缺点, 某些故障电流限制器已在国外投入使用。通过分析我国短路电流的特点及国外故障电流限制器的使用情况可知, 故障电流限制器是目前解决我国短路电流过大的措施之一。     

高压故障电流限制器应用及研究

指出随着电力工业的迅猛发展及用电规模的不断攀升,导致很多电力节点的短路电流超标,如何限制或快速开断过大的短路电流、保护电力主设备及电网安全成为电力工作者关注的重大问题,故障电流限制器正是解决这一问题的关键设备。阐述了高压故障电流限制器的概念、分类、原理,分析了高压故障电流限制器的发展水平、发展趋势、典型及实际应用情况,表明故障电流限制器的使用在预防变压器损坏事故方面有良好的应用前景。     

基于电流波形曲率的短路故障快速识别方法

随着电力系统的迅速发展,短路电流超标已经成为突出问题.故障电流限制器(fault current limiter,FCL)可以在不改变电网潮流分布的情况下限制短路电流,具有良好的应用前景.如何快速准确地识别出短路故障是故障电流限制器使用效果的关键因素之一.针对短路故障发生时线路电流会发生突变这一特性,提出了一种采用线路电流波形曲率对故障电流快速识别的方法.用PSCAD仿真软件建立了华东500 kV电网故障电流限制器等值系统.在该等值系统上对基于线路电流波形曲率的故障信号快速识别方法进行了研究.结果表明该方法对短路电流突变特性有识别能力且对识别速度有提高作用.最后通过伊敏-冯屯可控串补工程现场故障录波数据验证了上述结论.     

基于短路早期检测的中压故障电流快速限制技术

为了提高故障电流限制器(FCL)在中压系统中的性能,提出基于短路电流早期检测的故障限流技术。在建立中压配电短路故障仿真模型的基础上,提出利用Mallat多尺度分辨小波变换实现短路电流早期检测。以中压动态模拟系统为对象,验证了中压短路电流早期检测的有效性。以串联谐振型FCL为例,分析对比了基于常规短路判据与早期检测的故障限流效果;以断路器分断苛刻度为指标,分析早期短路检测对故障分断能力的影响。仿真分析表明,基于短路电流早期检测的故障限流技术性能良好。     

串联谐振故障电流限制器在青海西宁地区超高压电网中的应用研究

加装串联谐振故障电流限制器是解决超高压电网短路电流超标的有效措施。分析了串联谐振故障电流限制器的基本原理及安装方案,通过公式推导计算,提出串联谐振故障电流限制器限流参数选择的解析法,为故障电流限制器参数选择提供理论支撑。研究青海西宁地区超高压电网中750 kV母线短路电流超标原因,计算加装故障电流限制器后母线短路电流水平,在此基础上提出限制青海西宁地区750 kV短路电流措施。研究成果可为青海750 kV电网限制短路电流提供借鉴。     

故障电流限制器参数选择的解析法研究

加装故障电流限制器是限制短路电流的实用有效手段。故障电流限制器电抗值选择的传统做法是采用多次试探法,即反复在电网中串联一定规格的电抗器,然后计算原网络中短路电流超标母线的短路电流。本文推导了母线短路电流、故障电流限制器安装支路短路电流与开路阻抗、连接线路阻抗及串联电抗值之间的函数关系解析式,提出了故障电流限制器的参数选择的解析法,例证了方法的可行性。所提方法有助于分析电网短路电流水平对于限流电抗的敏感度,便于选择故障电流限制器的合理装设地点。相对原试探法,该方法大大减少了计算时间,可直接应用于故障电流限制器的参数选择。     

短路电流限制器应用于河南电网可行性分析

阐述了采用故障电流限制器限制短路电流的优势,并对具备工程实用化的短路电流限制器的类型进行了比较。在此基础上开展了将短路电流限制器应用于河南电网的可行性分析,并对河南电网近远期装设故障电流限制器的类型及装设地点进行了论述。     

故障电流限制技术及其新进展

负荷中心大电源的投入和系统互联都会大大增加系统的短路电流。如果短路电流超标,则相应设备必须更换,这既需要昂贵的费用也需要较长的工期。故障电流限制器提供了另外一种解决方案。文章首先综述应用于中高压领域的故障电流限制技术;然后介绍成熟的和正在研究的比较有代表性的故障电流限制器,并重点突出基于晶闸管保护型串补的短路电流限制器;最后介绍华东500 kV电网故障电流限制器示范工程,给出该工程采用的主电路和过电压保护措施,并展望故障电流限制器的发展方向。     

新型桥式固态故障电流限制器

文中提出了一种新型桥式固态故障电流限制器,该装置由二极管、晶闸管和限流电抗等组成。在系统正常运行时,新型故障电流限制器运行于整流桥模式,对系统影响很小;在故障发生时,限流电抗能自动无延迟地限制短路电流第1个峰值,且通过对晶闸管的控制,实现装置由整流桥模式进入限流模式,限制短路电流稳态值。该方案无需另设旁路限流电抗,也无需全控型器件,结构简单,可靠性高。文中提出了该方案的控制策略,并通过实际系统仿真分析及与现有桥式故障电流限制器对比,证明了该方案的可行性和技术优势。     

故障电流限制器的分类及应用

针对配电系统中存在的短路电流过大的问题,讨论了故障电流限制器的分类,列举了各类故障电流限制器的典型应用及其优缺点,通过工程实例,分别对限流电抗器和Is-limiter的应用可行性进行了分析。     

一种基于电压反馈控制的配电网短路故障柔性限流方法

在短路故障发生初期快速检测出故障并对短路电流进行限制,有利于电力系统安全稳定运行。采用电流半周波曲线与时间轴围成的面积作为判据进行短路故障早期检测,结合配电网短路故障特征与级联H桥变流器输出特性,提出了将3个单相级联H桥多电平变流器应用于配电网短路故障柔性限流。所提限流装置采用电容耦合的方式实现并网。选取电压信号作为反馈量,采用适当的控制方法使装置输出合适的电压以达到限制故障电流的目的。仿真结果表明,在短路故障早期检测的基础上,所提方法能实现对故障电流首个峰值的抑制,减小危害,减轻断路器的开断负担,且投入限流时无需进行故障选相。     

基于二维云模型的短路电流峰值预测

短路电流峰值预测对低压系统选择性保护的实现至关重要,目前仍缺乏深入研究。利用短路故障早期检测技术,建立了低压系统单相短路故障仿真模型。获取全相角范围短路故障电流波形,并分析不同相角下短路电流峰值的特点。通过短路故障电流历史数据,构建基于条件云发生器的预测规则,从而建立基于二维云的短路电流峰值预测模型。实验结果表明,基于二维云模型的短路电流预测方法能够准确预测出短路故障电流峰值,为低压选择性保护技术的实现奠定基础。     

低压配电短路电流检测与分断机构技术

介绍了短路故障的危害。分析了目前低压配电系统短路故障识别方法的研究及应用现状。指出了各种短路故障识别方法的技术特点、局限性及不足。综合分析了短路故障快速分断机构技术。提出短路故障早期检测与快速分断机构有机结合的技术趋势,研制具有这种技术特性的控制和保护的集成电器是智能低压配电系统产品的技术方向。     

基于模块化多电平换流器的限流式统一潮流控制器的设计

传统基于电压源换流器（voltage source controller,VSC）的统一潮流控制器（unified power flow controller,UPFC）开关频率高、输出电压谐波大、电压等级低,同时在运行过程中也有遭受短路故障的可能性和风险,特别是在大容量高电压的场合下,极易造成器件的损坏。将模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）引入UPFC中,同时改进MMC的控制策略以适应所提拓扑的要求,同时由于MMC的引入,短路故障的风险进一步加大,因此在MMC-UPFC的基础上设计了限流模块,该限流模块能在系统短路故障下有效地抑制短路电流,且该限流器在正常工作情况下并不会给线路增加负担。整个UPFC的拓扑具有模块化程度高、谐波小、容量扩展、短路快速限流等特点,该文所设计的拓扑增加了系统的可靠性、安全性和经济性。     

桥式固态限流器在舰船电网中的应用研究

随着舰船配电网络容量的不断增大,短路电流限制技术已成为故障保护的一个研究热点.结合电力电子技术的应用,分析了一种新颖的桥式固态限流器拓扑.介绍了桥式限流器的基本工作原理,阐明了它对电力系统的正常运行无明显影响,而在短路故障发生时可以几乎无时延地自动插入一个阻抗以限制短路电流值,并能迅速切除故障回路,而且在断开短路电流时不会引起附加的振荡和过电压.仿真和实验结果证明了该理论分析的正确性.     

超导限流器引入配电系统后的短路行为仿真

借助EMTP对10 kV配电系统中引入超导限流器的短路行为进行了仿真。给出了超导限流器的数学模型,着重分析了超导限流器限流电阻和故障检测时间对短路电流峰值、非故障线电压、超导限流器上的电压的影响。仿真结果表明, 增大限流电阻可以显著降低短路电流的峰值,并有利于维持非故障线的电压,但限流器上的电压也会增加。故障检测时间是影响超导限流器性能的关键参数,快速故障检测对提高超导限流器的性能、降低开关开断后的恢复电压非常有利。     

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。     

一种结合直流断路器的直流故障限流器拓扑

直流系统短路电流的限制与开断技术是直流输电技术发展的瓶颈。针对这一技术问题,文中在分析已有直流限流器和直流断路器拓扑的基础上,提出一种适用于直流系统的改进型故障电流限制器的拓扑结构,该设备利用直流断路器使用的电流转移原理分断电路,可在系统发生短路故障时快速限制短路电流的上升率及短路电流水平,有效保障内部的电力电子器件避免过电压而造成的损坏。通过在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型并进行故障限流的仿真,验证了限流器的功能和限流指标,仿真分析结果表明所提出的限流器具有良好的限流效果。     

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.     

A hybrid circuit breaker with fault current limiter circuit in a VSC-HVDC application

A conventional hybrid circuit breaker (HCB) is used to protect a voltage source converter-based high voltage direct current transmission system (VSC-HVDC) from a short circuit fault. With the increased converter capacity, the DC protection equipment also requires a regular upgrade. This paper adopts a novel type of HCB with a fault current limiter circuit (FCLC), and focuses on the responses of voltage and current during DC faults, which are associated with parameter selection. PSCAD/EMTDC based simulation of a three-terminal VSC-HVDC system confirms the effectiveness and value of HCB with FCLC, by using an equivalent circuit modelling approach. Laboratory experimental tests validate the simulation results. The peak fault current is reduced according to the current limiting inductor (CLI) increase, and can be isolated more quickly. By adopting parallel metal oxide arrester (MOA) with the main branch of HCB, voltage stresses across the breaker components decrease during transient and continuous operation, and less energy needs to be dissipated by the MOA. The remnant current for all cases is transmitted to power dissipating resistor (PDR) in the final stage, and the fault current is reduced to the lowest possible value. When the current from the main branch is transferred to the FCLC branch, transient voltage spikes occur, while smaller PDR is required to absorb current in the final stage.