一种新型电容换相混合式直流限流器

采用半桥型模块化多电平换流器的直流电网面临直流故障清除难题,高压直流断路器面临切除时间和切除容量的矛盾。为此,该文提出一种适用于抑制直流侧故障电流的混合式故障限流器(hybridFCL)拓扑,并提出限流效果评价指标。具体而言,该限流器在稳态时负载电流通过低损耗支路通流,故障后通过负载转换开关使故障电流通过限流支路。限流支路是由晶闸管、换相电容和限流电感组成的H桥电路,其目的在于使用半控型电力电子器件节约投资,利用电容充放电来实现特定桥臂的导通和关断,最终使限流电感串联进入放电回路达到限流目的。对所提限流器工作原理、控制模式、电气应力和工程设计进行详细研究和仿真验证,表明所提出拓扑具备良好的工程应用前景。     

基于预充电换相电容的直流故障限流器

直流电网在电力系统中所占的比重越来越高,而直流电网中故障清除一直是研究的热点和难点。该文提出一种基于预充电换相电容的直流故障限流器,该限流器通过预充电换相电容实现限流电阻和限流电感的投入,合理利用电路原理和元器件特性实现限流器投入电网。同时,通过创新拓扑结构实现双向限流。该文对该限流器的拓扑结构、工作原理、控制模式和电气应力进行研究,阐明故障电流在限流器作用下发展的整个过程。并利用PSCAD/EMTDC仿真验证方案的可行性。研究结果表明,该文所提限流器能够有效抑制故障电流增长,减缓故障电流上升速度,并具有较好的经济性,适用于高压直流输电。     

一种新型混合式直流故障限流器拓扑

直流故障限流器对柔性直流电网的安全稳定运行具有重要意义。该文提出一种通态损耗低、主限流电路采用晶闸管器件、可在直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)断路时将限流电感快速旁路的混合式直流限流器拓扑。分阶段对新型拓扑的限流过程进行理论解析,分析电压应力、限流时间与限流器参数的关系,给出限流器参数设计方法。提出在断路时限流电感快速旁路方法,并对由此减少的DCCB耗能进行理论计算。分别在单端换流站和直流电网中验证所提出限流器动态特性分段解析方法的正确性,同时仿真结果表明,所提出的限流器能有效限制直流故障电流的上升率,并可以大幅降低断路器切断过程中的能量耗散。     

一种混合式直流故障限流器的设计与仿真

由于直流断路器的开断容量、速度及成本的限制,直流电网面临着故障隔离难题.提出了一种基于换相电容的混合式故障限流器,故障后借助换相电容将限流支路投入故障回路抑制故障电流.限流支路由晶闸管、换相电容、限流电阻和限流电感组成.文中给出了限流器的拓扑结构,分析其在故障不同阶段的限流原理;用基尔霍夫定律列出换相电容处于不同阶段的...     

一种阻感型电容换相混合式限流器

采用半桥子模块的直流电网难以清除直流侧故障,直接采用直流断路器切断故障电流对于检测和断路设备都提出了严苛的要求。为此,该文提出一种适用于故障电流抑制的混合式故障限流器。该限流器利用限流电阻和限流电抗通过由晶闸管和换相电容组成的H桥电路实现限流过程。对所提限流器的工作原理、控制模式、电气应力和能量转移过程进行研究,并在4端直流电网中仿真验证。研究表明,所提限流器能够有效抑制电流增长,并具有较好的经济性,适用于高压直流输电的保护需求。     

含故障限流器投入的MMC-HVDC系统直流短路故障电流解析计算

基于模块化多电平换流器的高压直流(high voltage direct current based on modular multilevel converters,MMC-HVDC)系统发生直流短路故障时,故障电流上升速度快,这对系统保护提出了极大的挑战.对于采用半桥子模块拓扑的MMC-HVDC系统,通常会在直流线...     

超导故障限流器抑制短路电流直流分量的仿真分析

短路电流中的周期分量和直流分量对系统短路容量都有贡献,而后者在工程应用中没有引起足够的重视.目前我国宁夏、上海、广州等电网普遍面临短路电流直流分量超标,系统保护装置难以可靠清除故障的状况,严重威胁电力系统的安全可靠性.基于此,本文提出使用超导故障限流器在限制短路电流幅值的同时,抑制短路电流直流分量的方法,缓解断路器的开断负担.目前超导限流器对短路电流直流分量的抑制效果及在高直流分量系统超导限流器的设计方法尚不清楚.因此,搭建了超导故障限流器模型,以330 kV系统为例,研究了不同直流分量时间常数下超导限流器阻值与直流分量的关系,提出了超导故障限流器失超阻值的优化设计方法.结果表明在不同的短路故障条件下,超导限流器对直流分量的抑制效果均非常明显,能有效提高系统的可靠性.     

直流断路器与直流故障限流器的匹配研究

快速直流断路器是切除直流电网故障必不可少的设备,而其开断容量难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合能够有效提升断路器的开断能力,从而确保直流电网安全运行。文中在深入开展快速机械断路器的特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究:首先,分析机械断路器的开断原理,通过MATLAB/Simulink建立直流断路器电弧特性仿真模型;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断时间等不同要求,研究限流器对断路器开断时间、开断瞬间峰值电压的影响,仿真分析与之相匹配的限流类型及其参数值优化方法;最后,根据超导带材的数学模型,搭建了电阻型超导故障限流器(RSFCL)的仿真模型,用可变电阻模拟超导限流器失超过程的电阻变化,进一步分析限流器对开断过程的影响,上述工作对直流超导限流器的直流电网应用有重要指导意义。     

一种新型超导直流故障限流器

与用于交流系统或双极直流系统的限流器不同,用于多端柔性直流系统的故障限流装置应能够在短路故障发生初期有效抑制故障电流的快速上升,避免在线路断路器动作之前换流器桥臂闭锁。针对这一性能要求提出了一种专门用于多端柔性直流电网中的新型超导故障限流器的基本结构和工作原理,并制作了原理验证样机。通过对原理验证样机开展的一系列实验,证明了设计结构与原理的可行性。实验结果也充分展示了这类限流器的功能特性,如其能充分利用铁芯的最大磁导率在短路故障发生的几个毫秒内实现最大限流感抗,从而有效抑制故障早期的短路电流上升率。此外,可以通过对超导隔离环组数量的调整,设定限流器的限流阈值,灵活适应不同直流系统的限流需求。     

基于耦合电感的直流故障限流器

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器。当发生短路故障时,该故障限流器利用电感耦合特性等效投入电阻与电容组成的限流支路,以实现无延时的故障限流;当直流断路器分断故障电流时,该故障限流器利用耗能电阻耗散耦合电感储存的能量,从而分担直流断路器耗能压力,以达到降低避雷器容量需求、加快故障电流分断速度的目的。大量电磁暂态仿真结果表明,所提故障限流器具有良好的限流效果,能极大降低直流断路器的耗能压力。且该故障限流器制造成本低,易于实现。     

考虑直流电流变化的HVDC系统不对称故障换相失败分析

目前高压直流输电系统逆变侧发生不对称故障时,采用最小关断角判别法判别换相失败,其研究仅考虑电压因素,预测效果不理想.针对此问题,通过对换相失败机理和影响因素的分析,认为直流电流上升与交流电压下降均会使关断角减小,将直流电流与交流电压解耦,得到一个仅含电压变化率的逆变侧关断角表达式作为判据.该判据可依据对直流线路和逆变侧...     

HVDC直流线路故障和换相失败故障判别

直流线路故障和换相失败两类不同故障,其故障时引起的直流电流陡变波形极为相似,仅从时域波形上难以判别。由于换流器、平波电抗器等作用,导致两者直流电流信号能量频带分布具有明显特征区别。在对两类不同故障时直流电流信号暂态特性分析基础上,采用频带-能量法对其加以判别。首先,采用总体经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法对HVDC系统不同故障类型下的直流电流信号进行分解,并计算各模态分量的能量,通过幅频特性规律定义了三个能量判据,用于判别直流线路正常、故障和逆变侧交流母线对称故障及非对称故障引起的换相失败。最后通过对HVDC多种工况下的大量故障进行仿真分析,验证了该方法的有效性。     

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。     

直流混合型断路器与直流故障限流器的匹配研究

目前,直流断路器的开断容量还难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合是解决问题的有效方式之一。本文在分析混合型直流断路器开断原理及其特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究。首先,以ABB公司混合型直流断路器为例,通过PSCAD/EMTDC软件建立仿真模型,对其开断原理和过程进行分析;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断过程IGBT承受电压电流等不同要求,研究限流器对断路器的影响,进而确定匹配原则;最后,通过故障状态分析计算确定限流器的参数。     

改进的双桥混合式桥路型高温超导故障限流器

针对现有断路器开断容量不能满足超高压系统故障短路电流要求的现状,介绍了两种单相桥型高温超导限流器的基本工作原理;针对整流桥中直流偏压的引入问题,提出了一种改进的双桥混合式桥路型高温超导故障限流器,深入讨论了新型限流器的工作原理,限流器的参数变化对其限流特性的影响,包括临界电流、动作电流和超导线圈电感.仿真与实验表明该类型限流器具有良好的限流作用,从工程的角度解决了直流偏压引入困难的问题.     

基于超导限流器混合式直流断路器开断特性分析

为了降低混合式直流断路器在直流配电网中开断故障电流时所承受的应力,提出一种基于电阻型超导与绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)控制限流电阻相结合的桥型电路拓扑结构的混合超导限流器,并对影响混合式直流断路器开断暂态特性的因素进行分析研究。该种桥型超导限流器通过IGBT可分级控制接入电阻,弥补故障时超导失超阻值大小不可调节的缺点,通过超导限流器和混合式直流断路器的配合,在故障前期由超导限流器抑制故障电流上升率,并当故障电流上升到断路器动作电流时,则令混合式直流断路器动作从而切断故障支路。为了分析含超导限流器直流断路器的开断应力,建立了含有超导限流器与混合式直流断路器分断故障电流的暂态电网回路,并从理论上推导、分析加入超导限流器后,混合式直流断路器在开断故障电流时所承受的应力变化。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建桥型超导限流器和混合式直流断路器的暂态回路模型,仿真验证所提超导限流器的有效性和实用性。     

直流SMC铁心高温超导故障限流器的研究

分析了直流电力系统保护的发展现状,设计了一种铁心型高温超导故障限流器。为了尽量延长限流的时间,限流器的铁心采用软磁复合材料(SMC)。限流器在系统正常工作时对电力系统影响很小,当短路故障发生时,它会很快表现为大阻抗以限制短路电流。基于磁场有限元与电路耦合的计算方法,首先对限流线圈在短路过程中的非线性电感进行精确计算,然后结合计算结果,在电路仿真程序中计算短路电流。通过对比SMC与硅钢铁心材料限流器的限流情况,可以看出SMC铁心限流器对于直流电力系统短路故障的限流效果更好。在短路故障发生后8 ms时,该限流器能将短路电流限制到最大值的12%。     

舰船直流限流器故障快速保护装置的设计

舰船直流电力系统的短路电流在几ms内就可达到峰值,限流器必须快速检测并限制故障电流,从而有效抑制短路电流对系统的冲击。提出了基于电流变化率di/dt与电流幅值I双重判据的快速检测短路故障原理,以CPLD器件核心开发了保护装置,并对该装置进行了试验验证,试验结果表明,故障快速保护装置可以满足舰船直流电力系统的短路保护要求。     

非超导型故障电流限流器的展望

通过对现有国内外故障电流限制技术和产品进行综述与展望,分析了限流电抗器和故障电流限制器各自的特点,重点分析了超导故障电流限制器的类型,提出一些有关故障电流限制器的相关问题.     

电阻型故障限流器电流转移特性研究

电流转移过程是电阻型故障限流器中的关键问题。针对基于真空开关与电阻并联的限流器中电流由真空电弧电流向并联限流电阻的转移特性进行研究。搭建了基于真空开关与限流电阻并联的试验研究平台,采用高速CMOS相机拍摄电弧,观测真空电弧转移过程中电弧发展变化。通过研究电流大小(5～15 k A)、限流电阻大小(10～4500 mΩ)、燃弧时间、电流频率等对电流转移时间、转移完成时刻电流等的影响,获得了电流转移特性的数学描述。讨论了横向磁场对电流转移特性的影响,为电阻型故障限流器的结构及优化奠定了基础。