可控移相器对电网短路电流特性影响及限流控制策略

可控移相器在有效改善电网潮流分布、提升线路关键断面输送能力的同时,也会对电网短路电流特性产生一定的影响。根据可控移相器拓扑结构和工作原理,构建其三序分量等效模型;计及可控移相器接入对电网参数的影响,分析含可控移相器系统的短路电流周期分量和非周期分量衰减时间常数的变化规律;结合三相桥式整流电路和限流电感,提出可控移相器短路控制策略,增强可控移相器在应对系统短路故障时的安全性。通过广东电网典型场景算例,分别验证了可控移相器接入对电网短路电流特性的影响规律,以及短路电流控制策略的有效性。结果表明：装设可控移相器能够抑制系统短路电流周期分量,但会使得短路电流非周期分量衰减时间常数有所提升;所提短路电流控制策略能够增强可控移相器在应对系统短路故障时的安全性。     

一种多功能模块化直流故障限流器拓扑及控制策略

直流故障限流器(FCL)作为是抑制限制直流短路故障电流的关键重要设备之一,在交直流混合电网输电系统中应用中作用十分重要。得到广泛应用,在故障发生时能有效限制故障电流的激增。针对传统直流限流器仅具备限流功能且故障电流无法被完全限制的问题,本文提出一种多功能模块化直流故障限流器拓扑,在分析其工作机理的基础上,分别针对故障限流、能耗泄放和直流网压支撑三种功能,完成了相应及其控制策略开发。,实现了多种故障情况下采用对应故障限制功能,有效抑制故障电流,稳定直流侧电压。为验证拓扑结构及控制策略的有效性,在Matlab/Simulink中搭建构建交直流混合输电极间短路故障及模块化限流器系统多工况模型,仿真结果表明所提出的模块化直流限流器拓扑及控制策略,满足交直流混合电网多种故障情况下的故障限流需求,可维持直流网压的稳定。能有效限制直流短路故障。     

含电流型潮流控制器的柔性直流电网故障电流抑制特性分析

为有效抑制多端柔性直流电网的短路电流,提出基于限流贡献度的电流型潮流控制器（CFC）故障抑制特性量化方法,以分析CFC参数对故障电流的影响。首先,分析了由全桥开关与电容器并联组成的桥式拓扑结构CFC的工作特性,提出了在故障发生时故障限流控制模式下的控制策略,以及与直流断路器协调配合的动作时序。然后,构建含CFC限流的直流电网等效电路,推导了故障发生各阶段电流的解析表达式。在此基础上,提出CFC限流贡献度的分析方法,研究CFC不同参数和动作时序下对柔性直流故障电流的抑制特性。     

基于MMC子模块两级主动控制的直流短路限流方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)直流侧故障后短路电路急剧上升,严重影响直流电网安全。为限制故障电流,提出一种基于子模块两级主动控制的直流短路限流控制方法(submoduletwo-stage active control,STAC),通过两段故障检测判据和预设最大短路电流,构造关于直流电流的分段函数K,其输出决定减投子模比例,故障后降低直流电压抑制短路电流,同时设计适应于不同运行条件换流站MMC的控制参数,并且仅通过控制动作限流不产生额外成本。STAC不影响系统正常运行,限流过程维持功率传输。最后在四端直流电网中对STAC限流效果及其性能进行仿真分析。结果表明,所提限流方法能有效抑制故障电流,流经直流断路器故障电流降低49.7%,桥臂电流峰值降低23.15%,故障后100 ms恢复直流电压。     

具有限流功能的新型统一潮流控制器及其控制

统一潮流控制器(UPFC)对提高电网输送容量、控制线路潮流有明显的优势,但在电力系统发生短路故障下的UPFC自身安全问题十分关键。此处提出了一种具有限流功能的新型UPFC拓扑并给出了相应的控制策略,所提出的新型UPFC拓扑具有短路限流功能,在系统故障时具有很强的自我保护能力。正常情况下,所提出的新型UPFC运行在传统UPFC模式并根据控制指令调节系统潮流;当发生系统短路故障时,可运行在故障限流模式保障设备安全。最后通过硬件在环实验验证了所提新型UPFC拓扑及其控制策略在系统发生短路故障时,对故障电流控制的有效性和正确性。     

一种经济型故障限流器及其控制策略

提出了一种应用柔性输电技术改善电网电能质量和提高稳定性的经济型短路故障限流器。在输电线路正常运行时,串联在线路中,几乎无能量损耗;当有故障发生时,快速切换到故障限流模式,有效的限制短路电流。分析了这种经济限流器的参数整定及其控制策略,并利用PSCAD和MATLAB软件对其进行了特性分析和电磁暂态稳定性仿真,结果证明了该模型有良好的限流性能和控制策略的可行性。     

基于支路追加法的可控移相器对短路电流的影响研究

研究可控移相器接入系统后对短路电流的影响有重要意义,根据可控移相器的移相原理和拓扑结构,建立其数学模型;基于叠加定理给出短路电流计算方法,分析得到对短路电流的影响最关键的体现在于TCPST接入后阻抗矩阵变化;利用支路追加法通过数学推导得出TCPST接入后阻抗矩阵变化公式,并分析得出对短路电流的主要影响因素包括移相器安装的位置,短路故障发生的位置以及TCPST的移相角大小;最后在IEEE14算例中验证了相关规律和结论。     

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。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

磁元件型故障限流器电网接入技术研究

随着电力系统输送容量不断增加,电网短路电流水平增长,传统的被动限流措施难以有效降低短路故障电流。通过对磁饱和开关型和磁通约束型2类磁元件型故障限流器的结构分析,研究磁元件型故障限流器的响应特性,并建立统一的响应分析模型。建立单机无穷大分析系统,研究了磁元件型故障限流器的响应特性对短路电流的抑制效果,以及限流器对电网安全稳定性的影响。研究福浙断面投入故障限流器对输电断面输送功率的影响,仿真分析对电网安全稳定性的影响。使用浙江电网数据对磁元件型故障限流器不同接入方案进行分析,得出在短路电流最严重处布置故障限流器抑制效果最明显的结论。     

基于MMC的光伏直流升压并网系统故障分析及限流控制策略

基于模块化多电平换变流器(modular multilevel converter, MMC)的光伏直流升压并网系统为大容量并网提供了更多的可能。而光伏升压系统直流侧发生故障时暂态过程复杂,故障电流上升迅速且峰值过高。针对此问题,首先对系统直流侧双极短路故障时的直流升压变换器与MMC换流站进行了故障过程分析,并通过故障回路分别计算出了可靠闭锁下流经短路点的故障电流。然后针对MMC换流站的故障电流,依据其控制原理,提出基于电压变化的主动限流控制策略。该控制通过引入电压变化量动态改变桥臂参考电压,从而限制故障电流。最后通过PSCAD仿真模型验证了故障分析结果与限流效果,经检验,该控制策略可以有效减小断路器的开断电流以及桥臂过流峰值。     

多功能串联补偿器虚拟阻抗柔性限流及其运行机理

针对短路故障时冲击电流的柔性控制,提出了一种自适应虚拟阻抗柔性限流的多功能串联补偿器MFSC(multi-functional series compensator)拓扑结构及控制策略。分析其在正常运行和不同类型短路故障时的工作状况及模式切换过程,阐述三相四桥臂串联逆变器中引入虚拟阻抗的控制方法,建立短路故障数学模型,并给出虚拟阻抗和晶闸管支路限流阻抗参数设计方法。仿真及实验结果表明,MFSC能有效抑制不同类型短路故障电流,故障发生后,虚拟阻抗控制可实现电能质量补偿模式与限流模式间的平滑切换,实现故障电流与继电保护整定值相配和。     

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。     

三相接地系统短路故障限流器及其控制策略

介绍一种适用于高压电网的三相接地系统桥式固态短路故障限流器的拓扑结构，分析了在各种可能的短路故障情况下限流电路的工作机理，给出了针对各种短路情况的控制策略，并用电力电子专用仿真软件PSIM对其进行仿真验证。理论分析和仿真结果证明，该限流器具有对电力系统的正常运行无明显影响，在短路故障发生时无延时自动插入限流电抗器，断开故障电流时不会引起附加振荡和过电压，控制方法灵活，可实现无电流冲击的软自动重合闸等显著优点。     

多目标控制并联型短路电流限制器研究

提出一种基于多目标控制的调控装置,用于电力系统的动态无功补偿、谐波抑制和短路限流。基于三相背靠背变流器及相关多目标控制技术,对负载和限流电抗器进行无功补偿和谐波抑制,在系统发生短路故障时,应用限流电抗器抑制短路电流。应用EMTDC/PSCAD仿真软件对该控制策略进行了仿真,并通过实验验证了该控制的理论原理,该装置已在实际工程中得到良好应用。     

基于零损耗深度限流装置的电网短路电流建模与仿真研究

现代电力系统中,由于系统容量增大、区域大电网互联、线路负荷骤增,使系统短路电流己经远远超过了目前断路器的开断能力,短路电流的超标治理问题已经成为电网公司亟待解决的难题。基于上述存在问题,文中首先分析了基于零耗损深度限流原理的深度限流装置原理及工作逻辑;其次对其产品进行介绍;最后基于实际某地330 kV线路进行仿真与计算。结果表明:采用零损耗深度限流装置在系统承受时间范围内对电网短路故障电流进行深度限制,使电网短路故障暂时隔离且短路电流大幅削减。     

一种可降低首次换相失败风险的预测型低压限流控制

随着交直流混联电网的快速发展,直流输电换相失败已成为严重威胁电网安全稳定运行的关键因素之一。低压限流控制(voltage dependent current order limiter,VDCOL)是直流控制系统的重要环节,能有效减少后续换相失败的发生,但其首次换相失败抑制能力弱。为增强VDCOL首次换相失败抑制能力,首先分析了换相失败与低压限流控制机理;结合交流故障时暂态电流特性提出了一种基于直流电流预测与虚拟电阻的预测型低压限流控制策略;最后基于CIGRE直流标准测试模型,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提预测型低压限流控制器可有效降低首次换相失败风险。该方法在一定程度上突破了现有换相失败预防策略的局限性,可改善交直流混联电网受端故障恢复特性。     

兼顾最大短路电流抑制和运行损耗的限流技术

为解决常规无损限流器在10 kV配电网中不能保证所有故障相角下都能有效抑制短路电流最大波峰,从而不能有效防护短路电流冲击伤害的问题,提出了一种快速开关仅与一定比例限流电抗器并联的轻损限流技术,兼顾最大短路电流抑制和运行损耗。提出了采用最大短路电流峰值、超过允许最大短路电流峰值的持续时间、附加损耗和附加电压降作为评价指标,获得轻损限流装置中限流电抗器与快速开关并联部分的最佳比例范围的方法。结合典型案例,采用电力系统暂态仿真软件PSCAD,对比分析了轻损限流器与常规无损限流器在不同故障相角下,分别应用自然过零熄弧和人工过零熄弧情形下的短路电流抑制效果。分析结果验证了所提出轻损限流技术的可行性和有效性。     

基于功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法研究

电网发生故障时,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的运行稳定性受到影响,且无法抑制短路过电流,影响其对电网的支撑能力。保证在电网故障下VSG能够继续为微电网提供电压频率支撑是提高电网稳定性的重要方法。针对该问题,该文充分利用VSG灵活可控的优势,提出一种基于暂态功角与电流灵活调控的VSG故障穿越方法。所提方法能够抑制故障期间VSG输出电压与电网电压之间的相位偏移,在保证VSG在故障期间的暂态功角稳定性的同时可以兼顾对短路电流的控制,有效防止VSG短路过电流。通过分析,给出暂态控制策略原理与具体控制流程。仿真与实验结果证明所提VSG暂态控制策略的正确性和有效性。     

改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究

由于基本桥路型超导限流器对短路电流稳态值限流效果较小,本文提出了一种改进桥路型高温超导故障限流器。正常工作情况下,限流器四个桥臂上的二极管均导通,对系统无影响;系统发生短路故障后的前100μs内,该限流器像基本桥路型限流器一样立即限制短路电流峰值,其后利用固态开关的切换,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力,从而使装置能有效地限制短路电流稳态值。实验表明,该限流器具有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量。