一种快速储能式直流限流器拓扑的电气参数分析

传统饱和铁心型故障限流器在开断时反向过电压较高,而耗能型故障限流器承受故障电流时间长、发热大和成本高,因此该文提出一种快速储能式直流限流器拓扑,具有过电压小、响应快及能量二次利用等优点.首先,分析该快速储能式限流器的拓扑结构和工作原理,即通过磁耦合的方式引入辅助支路,从而实现快速吸收故障能量的目的;其次,建立该限流器的...     

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。     

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...     

一种新型永磁磁饱和式故障限流器的研究

故障电流限制器是一种重要的限制故障电流的设备。提出了一种新型内部永磁偏置式的导磁体结构,并构成一种新型磁饱和故障限流器。对这种限流器的工作原理进行了分析,给出了限流器设计的一些主要参数。在220 V系统下设计并制作了限流器模型,并用Matlab对限流器在正常及故障情况下的特性进行了仿真。试验结果与仿真结果基本一致,设计的模型限流器可以达到预期的限流效果。这种新的结构的优点是造价经济、结构简单、反应迅速和不需要检测控制装置。     

电感式直流限流器研究综述

高压直流系统短路故障电流抑制问题是目前直流系统保护的核心问题之一,电感式直流故障限流器能深度抑制系统短路电流上升速度,是解决短路故障电流问题的有效方法.该文首先分析了直流系统的故障电流特性,提出了限流器性能评价指标.其次,分析了磁通耦合型、饱和铁芯型和固态型3种电感式直流限流器的工作原理、电气特性和最新研究进展.然后,...     

一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路的研究

基于电压源型换流器的高压直流输电系统的故障电流幅值大、上升速度快,现有直流断路器的故障电流开断容量和开断速度受到很大挑战。提出一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路,利用饱和铁心型超导限流器及限流电阻共同作用实现阻感复合限流,并借助吸能电阻达到加速故障电流清除、缓解直流断路器开断压力的目的。根据直流故障暂态特性,结合该混合直流限流电路与混合式直流断路器的配合策略,分阶段对该混合直流限流电路的工作原理进行理论解析。通过数学推导给出所提混合直流限流电路的参数设计原则。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对所提混合直流限流电路的原理正确性和功能有效性进行验证。结果表明,所提混合直流限流电路能有效抑制故障电流、缩短故障线路隔离时间、减少避雷器吸能并能实现饱和铁心型超导限流器快速恢复。     

电阻式直流超导限流器原理与设计

直流输电系统面临着故障电流开断困难的问题,超导直流限流技术是解决该难题的可行手段之一.文章对直流超导限流器的原理进行了介绍,总结了其原理和特性、研制中的关键问题、预期的经济效益,并以一±160 kV样机为例介绍了限流器的主要参数,让读者对直流超导限流器有一个初步的认识.     

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。     

一种配网级联式固态直流断路器的拓扑设计

直流断路器作为直流配电网的保护设备,对直流配电网的安全稳定运行有着重要的意义。本文提出了适用于直流配电网的级联模块式固态直流断路器拓扑设计方案,所提方案的拓扑结构通过引入接地续流二极管组,减轻避雷器吸收能量的压力,加快电流分断的速度;转移支路采用级联模块式的结构,解决了串联大量IGBT的动态均压问题。基于所提的拓扑设计了10 kV直流配电网的直流断路器模型,在PSCAD/EMTDC中进行了验证,并与其他文献的方案进行对比分析,结果表明:基于所提的方案的固态直流断路器最大开断电流为5 kA,最快切除故障电流时间为2.96 ms,避雷器吸收能量的时间为1.24 ms,吸收的能量较其他方案减半,符合直流断路器设计的要求。本文的仿真结果验证了该方案的可行性。     

大容量永磁饱和型故障限流器参数设计与优化

为适应大容量应用需求,针对一种直线式永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)磁拓扑结构,基于等效磁路法建立了以饱和深度比、电感比与电感和为基本变量的结构参数设计算法,并通过分析铁心上工作点的变化规律,将PMFCL结构参数优化转化为对3个独立变量的优化,即对铁心I-Be曲线上3个关键点的优化问题,为获得最优结构参数奠定了算法基础.将参数优化算法应用于110 kV系统设计实例,并基于Maxwell-2D软件建立了直线式PMFCL的场一路耦合仿真模型,验证了算法及优化结构参数的有效性.     

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。     

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。     

ZnO避雷器式故障限流器的实用拓扑设计

为限制短路故障电流的增大,基于常规设备的故障电流限制器有望在电力系统中首先获得实用。针对ZnO避雷器式故障限流器中M OA吸能过大的问题,提出了一种由电容器、带中间抽头的串联电抗器、ZnO避雷器、可控间隙以及旁路开关组成的新型电路拓扑,以降低对避雷器暂态吸能能力的要求,并改善限流器的动态特性。文中给出了新型限流拓扑中各个元件参数的优化设计原则,并通过对110 kV系统短路故障的仿真分析,验证了新型限流拓扑设计的有效性。     

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。     

谐振型限流器过电压保护电路拓扑设计与优化

谐振型限流器的电容器因故障电流引起过电压,传统过电压保护技术不适合限流器的系统工况。该文提出了新型过电压保护电路方案。该电路采用避雷器、晶闸管阀、间隙和快速开关等保护器件,保护器件特性不同,需与之相适应的阻尼回路也不同,其组合可构成多种拓扑结构,文中建立了3种拓扑类型数学模型,分析了阻尼电路的电流应力变化情况,从中优化了拓扑结构。阻尼参数影响电流陡度和振荡时间,通过仿真计算优化了阻尼参数。故障电流和电容器放电电流叠加使晶闸管阀体承受巨大的电流应力,建立晶闸管阀热阻抗模型,分析了暂态温升变化。仿真试验结果证明设计原理的正确性和可行性。     

混合式限流器换流回路的参数优化设计

针对10 kV配电网系统的一种传统混合式故障限流器进行了仿真研究,该限流器由主回路的快速开关及换流回路组成,换流回路由预充电电容及电感和晶闸管组成。研究结果表明在限流的过程中,快速开关两端的恢复电压上升速率及峰值大小与换流回路各器件的参数有很大的关系。若参数匹配不当,则存在开关被重击穿的可能性。文中介绍了在开关两端并联晶闸管的改进型方案,当开关中的短路电流过零后,该晶闸管会起到续流作用,以保证开关存在利于介质恢复的低电压时间。通过理论分析发现,该低电压时间值的长短受换流回路的电容电感参数影响较大,具体研究了低电压时间与这些参数的变化关系,并通过低压模拟实验验证了关系的正确性。在实际的快速开关设计中,可通过调节这些参数来得到合适的低电压时间值,从而减小对开关机构速度及断口介质击穿强度特性的要求。     

饱和铁心型桥式故障限流器的性能参数设计与实验

为解决系统短路电流过大、传统饱和铁心型故障限流器限流效果和经济性不理想等问题,提出一种饱和铁心桥式故障限流器(BSFCL)。相比传统饱和铁心型故障限流器,该限流器采用桥式结构,可有效减小限流器的体积和成本;通过外加限流电感,有效提高了限流器的限流效果。首先分析饱和铁心型桥式故障限流器的工作原理,然后建立限流器的磁路模型,并对限流器性能参数进行详细分析和设计。在此基础上,基于Ansoft建立饱和铁心型桥式故障限流器的场路耦合仿真模型,通过仿真说明其工作原理和良好的性能,并分析不同参数对限流器限流效果的影响。最后研制了一台220V/20A饱和铁心型桥式故障限流器实验样机,实验结果验证了所提结构和方法的有效性。     

新型磁控开关型故障限流器参数设计及模型机研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器结构。通过工作原理分析,论证了此拓扑结构的可行性,建立了限流器的数学模型和简化电路模型,推导出这种限流器系统的设计公式,并在此基础上研制了一台220V/50A限流器模型机。试验结果表明,该故障限流器具有快速、有效的故障电流限制作用,且具有结构简单可靠,运行控制灵活的特点。