一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。     

多断口快速开关型高压故障限流器

随着电网容量不断发展,局部地区电网短路电流过高,严重威胁系统稳定、安全运行。文中提出了一种多断口串联的高压快速开关型故障限流器,通过隔离变压器将操作机构与断口等电位,采用“一拖二”式电磁斥力机构,取消了绝缘拉杆,既实现了快速分合闸,也解决了故障限流器采用电容式电压互感器供能时系统不带电情况下无法分合闸的问题。另外,通过三维有限元仿真,优化设计了双线圈串联型斥力机构参数,提取了多断口对地杂散电容,并通过增加断口均压电容保证多断口均压一致性。最后,搭建了LC振荡试验回路,对所研制的220 kV多断口串联快速开关型故障限流器进行了原理验证,获得了多断口快速开关在向限流电抗转移短路电流动态过程中的均压特性。此外,对该样机快速开关进行了不同燃弧时间的开断合成试验,试验测试结果表明,快速开关能够在一个周期内开断高直流分量的短路电流。     

串联谐振型高压故障限流器研究及应用进展述评

近年来,中国部分区域电网短路电流水平(特别是500 kV等级)显著增加,或逼近甚至超过设备遮断容量,制约系统安全可靠运行。相对于传统的被动式短路电流控制措施,故障电流限制器能够主动式地限制短路电流,是具有可观发展潜力的限制短路电流技术。笔者首先介绍了故障限流器的主要分类,其次调查分析了固态故障限流器研究和应用现状,重点展示了串联谐振型故障限流器的拓扑结构和工作原理。最后,针对该型限流器,从系统侧,讨论了安装位置确定、容量选择、布点优化、继电保护整定等外部应用技术问题,从装置侧,讨论了过电压分析、谐波分析和抑制、损耗分析及降损等内部核心技术问题,为中国故障限流器特别是串联谐振型高压故障限流器的深入研发与应用推广提供参考。     

基于快速开关的节能型故障限流器

提出快速开关型限流器的拓扑结构,并对其限流原理和取能方式作了介绍分析,通过Matlab软件仿真分析其限流效果。本文所介绍的故障限流器,拓扑结构简单,在正常状态下由快速开关短路,完全没有电能损耗,应用最新的快速开关技术,相对于现有限流器来讲开关的分合闸动作时间更快。     

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。     

华东500 kV电网串联谐振型故障电流限制器的保护配置

采用串联谐振型故障电流限制器(fault current limiter,FCL)是解决超高压电网短路电流超标问题的一种新技术手段。文章介绍了华东500kV电网FCL示范工程的选址和主要参数设计等基本情况,阐述了基于晶闸管保护串联电容器(TPSC)技术的FCL的基本原理和主体结构,以及FCL控制保护样机的系统结构和主要功能,详细描述了样机所采用的各类保护配置,并分析了FCL对系统继电保护的影响。对保护配置中最具代表性的线路过电流瞬时保护和金属氧化物限压器(MOV)过电流保护试验数据进行了分析,验证了FCL控制保护样机保护配置的合理性和实用性。     

一种基于快速开关的新型故障限流器研究

为使电网日益增长的短路电流得到有效限制,提出一种基于快速开关的新型故障限流器(fast switch fault current limiter,FSFCL)。分析介绍了FSFCL的拓扑结构、原理及关键技术,深入研究了FSFCL在电网中的限流原理,利用MATLAB/Simulink仿真软件验证了其限流效果,并采用PSASP仿真验证了FSFCL接入电网后的暂态稳定性。仿真结果表明:FSFCL对短路故障产生的大电流和电压降落问题限制效果显著,且FSFCL安装后系统的暂态稳定性有所提升。     

串联谐振式限流器的仿真研究

串联谐振式限流器具有工作原理、拓扑结构简单等优点,且对于高压系统,其一次回路参数能够做到合理配置;但在电网发生短路故障进入短路限流工况过程中,其电容器及并联转换开关将工作在相当恶劣的条件下.应用Matlab软件对上述情况进行了建模仿真研究,得出如下结论:①闭合转换开关短接电容器使限流器从正常运行模式切换到短路限流模式过程中,将在电容与转换开关之间产生电压(电流)的高频振荡,且振荡电压(电流)的幅值与转换开关的动作速度成振荡增幅关系;②当转换开关采用功率半导体器件构成时,要求控制系统快速响应短路故障闭合转换开关,否则极易因振荡过流(过压)而损坏;③在限流器进入短路限流模式但继电保护尚未动作于断路器切断故障回路期间,转换开关将承受全部短路电流以及振荡电流,采用电力电子型转换开关时,其功率半导体器件的容量必须按这种工况进行选择.     

基于限流器本体信号的短路故障快速识别方法

短路故障快速识别是串联谐振型限流器控制策略的重要环节。文章利用限流器谐振元件电压差在短路故障时会发生突变的机理,提出谐振电压差识别方法。从合闸角和故障距离等参数角度分析了识别方法的时间特性,搭建了基于可编程技术的触发系统,用模型实验验证了所提方法的快速性。仿真结果表明谐振电压差法响应速度快,而且不受故障参数变化的影响,但会受到断路器开闭操作的干扰,因此谐振电压差法需和短路电流瞬时值法相互配合。模型实验表明谐振电压差法能在1 ms内发出故障判据信号,从而能极大地提高限流器工作的快速性。     

基于快速转换开关的新型液态金属限流器的研究

提出了一种基于快速转换开关的新型液态金属限流器（LMCL）的拓扑结构,在充分利用LMCL快速起弧限流特性的同时,有效提高了限流器的额定通流能力,降低了LMCL额定通流要求。给出了限流器的工作原理及快速转换开关的动作特性。完成了不同短路预期电流下限流装置的限流试验。试验结果证明,提出的新型限流器能够快速、有效限制短路电流,具有良好的应用前景,并为液态金属限流技术的应用提供了一种新的思路。     

解决电能质量的快速转换开关技术

介绍了快速转换开关技术在电能质量领域的应用前景.结合已研制的快速转换开关样品,阐明了开关的结构特点和工作原理以及综合式故障限流器的实现方案.大量实验表明,快速转换开关的快速开关特性能满足动作时间要求,构成的综合式故障限流器也可顺利实现故障电流的两级快速转移.这些技术对提高电力系统供电质量有重要意义.     

工频零点电流转移限流及40.5 kV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。     

基于快速斥力开关的新型故障限流器设计与仿真研究

针对系统发生短路故障时迅速产生的短路电流,设计了一种由新型电磁斥力机构、固态开关和ZnO避雷器组成的新型故障限流器。在Ansoft软件中搭建了电磁斥力机构和永磁机构在瞬态场下的仿真模型,对分、合闸过程中的磁场、位移以及速度随时间的变化情况进行了仿真分析,并分别对固态开关和ZnO避雷器在故障限流器中的作用以及应用条件进行了阐述,证明了此类新型故障限流器能够在系统中起到很好地限制短路电流的作用。     

串联谐振型短路限流器对次同步谐振影响的研究

介绍了串联谐振型短路限流器的结构、原理以及次同步谐振的机理。以广东电网2015年丰大、丰小、枯大3种运行方式的规划数据作为研究对象,采用状态空间分析法分析了在典型电厂电力送出线路上加装串联谐振型短路限流器对发电机组次同步谐振特性的影响,计算系统次同步频率范围内的特征值,并以此分析系统的稳定性。结果表明,串联谐振型短路限流器会引发系统次同步谐振,在工程应用中应重点关注该问题。     

串联谐振式限流器对操作过电压的影响及分析

串联谐振式故障电流限制器(SRFCL)是目前最有希望在超高压电网中应用的限流器。笔者采用EMTP和PSCAD电磁暂态仿真软件,以500 kV电网中不同位置安装15Ω串联谐振式限流器为例,计算和分析了SRFCL对操作过电压的影响。其中工况包括:①开断空载线路操作过电压;②单相接地故障导致三相甩负荷引起的操作过电压;③三相甩负荷操作过电压;④单相自动重合闸操作过电压。分析结果认为:SRFCL对②、③、④影响很小,而对①具有明显影响。笔者还对影响的机理和因素作了分析,这些可以为SRFCL在超高压电网中的应用提供参考。     

超高压电网串联谐振型短路电流限制器关键技术

串联谐振型短路电流限制器是目前解决超高压电网短路电流水平超标的一种有效手段,电容器组旁路装置的性能与限流深度是串联谐振型短路电流限制器研究中的2个关键技术问题。结合前人的工作,针对这2个技术问题进行了研究,提出了新型串联电容器组旁路装置以及可变阻抗电抗器,可以有效提高超高压电网串联谐振型短路电流限制器的限流效果。对超高压电网短路电流限制器的研究现状进行综述,对串联谐振型限流器的2个关键技术问题——电容器组旁路装置与限流深度进行了分析,介绍了新型串联电容器组旁路装置的原理、结构并对其性能进行了分析。新型旁路装置在可靠性、动作速度、通流能力以及经济性方面都有很高的性能。介绍了可变阻抗限流电抗器的原理、结构并进行了验证性试验,经试验验证阻抗可提高100倍以上。     

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。     

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。