饱和铁心型超导限流器对电力系统保护的影响

作为超导技术最典型的应用方案超导限流器（SFCL）能改善短路电流随系统规模扩大而快速增长的严峻情况,保障电网的稳定以及电气设备的安全,但同时对继电保护装置的正常运行也带来了影响。本文首先简要介绍了饱和铁心型超导限流器的结构和工作原理,之后详细分析了在电力系统中加装SFCL后对电流保护、距离保护、零序电流保护和纵联差动保护造成的影响,并在此基础上提出修改保护的整定值以及提高对SFCL的设计要求等解决办法以消除其对上述保护的影响,为SFCL在电力系统中的实际应用提供了参考。     

超导限流器对电力系统继电保护和暂态稳定的影响

电力系统的高速发展导致了系统短路电流水平急剧增加,超导限流器SFCL(Superconducting Fault Current Limiter)是目前最理想的限流装置.本文详细介绍了含有超导限流器的电力系统的功率特性,并利用等面积准则分析了系统暂态过程,在理论上解释了超导限流器对电力系统暂态稳定的影响;由于超导限流器在电力系统中应用会对继电保护产生影响,尤其是对于距离保护影响较为明显,本文后部分详细分析了超导限流器对距离保护的影响,提出了新的整定方法,最后通过仿真实例对新的方法进行了验证.     

新型限流技术在高压电网中的应用

为应对电力系统短路电流水平的急剧增加,故障限流技术是一种最具前景的技术解决手段,但会对重合闸等产生影响.针对超导限流器与重合闸之间的相互影响,分析了利用等面积法则对永久性故障和瞬时故障下超导限流器特性对重合闸的不同影响,通过仿真实例对分析结果进行了验证.     

电阻型超导限流器对电力系统暂态稳定的影响分析

加装超导限流器是目前最理想的限流措施之一,超导限流器接入电网后,改变了系统固有参数,影响电力系统暂态稳定性能。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了单机无穷大系统及3机9节点系统,对不同场景下系统发生三相短路故障时的发电机功角摇摆曲线进行仿真分析。通过对比系统安装SFCL和未安装SFCL时功角的摇摆曲线,得出了SFCL对暂态稳定性的影响规律。     

基于灵敏度法的超导故障限流器的优化配置

提出一种超导故障限流器(SFCL)优化配置的新方法。通过进行短路计算,首先确定安装SFCL能够可靠启动的支路,然后分析SFCL对网络阻抗矩阵的影响,得出短路电流超标点自阻抗对这些支路阻抗参数的灵敏度,根据灵敏度的大小,从中选取安装SFCL的多条候选支路,采用改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)这一多目标优化算法对候选支路进行优化计算,实现SFCL的安装位置、数量以及阻抗值的优化配置。最后,通过6节点系统和IEEE 39节点系统的仿真验证了所述方法的有效性和可靠性,大大缩小了解的搜索空间,实现了SFCL的优化配置,限制了超标点短路电流水平。     

电抗型超导故障限流器对两机系统暂态稳定影响

针对两机系统,提出了在输电线路不同位置发生三相短路故障时,超导故障限流器(SFCL)投入电抗后对暂态稳定性影响的分析方法.基于功角特性曲线分别详细分析了在三相短路故障下电抗型SFCL对暂态稳定的影响情况.通过时接入电抗型SFCL的电力系统进行故障下的暂态稳定时域仿真研究,验证了分析结论.     

配电系统中超导限流器与继电保护的配合研究

超导限流器在故障状态下具有检测和限制短路故障电流快速增长的功能,是解决短路故障电流超标问题的重要措施。分析了混合型超导限流器的运行特性,超导限流器的动作过程、恢复过程和装置参数对配电系统继电保护动作特性的影响,建立了混合型超导限流器的仿真模型,并开展了系统性的仿真试验研究。仿真结果表明,超导限流器的接入将影响继电保护装置的动作整定值和动作时限,研究结果为继电保护的整定提供了方法与理论依据。     

故障限流器在电力系统中安装位置综述

随着电力系统规模的逐步扩大,各级电网的短路电流水平不断增大,使得故障限制器的应用越来越广泛。故障限流器在电网中所起的作用和安装在电网中的具体位置等问题已成为研究热点。详细介绍了故障限流器在电网中的不同安装位置并对其进行简单分类,全面阐述了这些场合发生短路故障时的特点以及安装故障限流器的意义,指出了在故障限流器实际应用中还需要深入考虑和研究的问题。     

新型桥式超导故障限流器的仿真研究

普通桥式超导故障限流器(Superconducting Fault Current Limter,SFCL)只能限制故障短路电流的峰值.不能限制短路电流的稳态值.应用电力电子技术对桥式超导限流器的结构进行改进,能在保持原有桥式限流器优点的基础上,有效限制短路电流的稳态值.针对一种新型桥式SFCL,在分析其限流过程的基础上,利用PSCAD仿真系统分析发生三相短路故障时的限流情况,并对影响其限流效果的限流电阻、超导电感及电阻投切装置的响应时间3个主要参数进行了进一步的讨论.结果表明,该限流器在配电网中不仅能有效地限制短路故障电流,抑制母线电压跌落,而且不用更换现有的开关设备,具有较大的经济效益.     

基于YBa2Cu3O7薄膜的超导故障限流器设计与试验分析

针对直流电力系统短路电流分断困难的问题,提出了基于YBa2Cu3O7薄膜的电阻型超导故障限流器(SFCL)保护方案,设计了300V/200A的SFCL模型机。试验分析了不同的电源电压、负载电感和负载电阻等系统参数对薄膜限流效果及失超特性的影响。试验表明,YBa2Cu3O7薄膜能在短路电流到达临界电流Ic后准确动作,并在0.1ms时间里将短路电流峰值限制在2Ic以内。随着电源电压的增加,薄膜的失超传播速度和失超电阻值迅速增加。推导出限流器重要指标Umax、Imax与线路参数(L、R、Ue)、材料特性(Ic)的数值关系。     

Study of optimal combination between SFCL location and PSS type to improve power system transient stability

In this paper, authors present a method to select the optimal combination between the type of the power system stabilizer (PSS) and the location of a Superconducting Fault Current Limiter (SFCL) in an Electrical Power Grid (EPG) to improve the transient stability in case of fault. The angular separation between generators rotors when different types of short-circuit appears in the EPG is used as the main criterion of the proposed method to select this optimal combination. To complete the study, the optimal resistive value of the SFCL is evaluated to improve the global stability of the EPG. Results show that an optimal combination between the type of PSS, the location of SFCL in the EPG and the resistive value of SFCL exists in order to obtain the smallest variation of the angular separation of generators rotors, i.e. the best stability of the power system in case of fault.     

超导故障限流器接入电网后单相接地短路距离保护整定的改进措施

当电力系统发生单相接地短路时,超导故障限流器的接入会对其继电保护尤其是距离保护产生很大影响,以电阻型超导故障限流器接入电网为例,首先分析系统发生单相接地短路时限流器的接入对接地距离保护的影响,然后提出一种新的距离保护整定方法,最后采用PSCAD/EMTDC软件搭建模型仿真分析,结果表明在新的整定方式下,测量阻抗误差大大降低,超导故障限流器可以与线路距离保护正确地配合使用。     

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%。     

Case study of HTS resistive superconducting fault current limiter in electrical distribution systems

As electric power systems grow and become more interconnected, the fault current levels increase. Superconducting fault current limiters (SFCL) can limit the prospective short-circuit currents to lower levels, so that the underrated switchgears can be operated safely. In order to introduce SFCL into the electric power system, we need a way to conveniently predict the limiting characteristics in a given situation. We have developed an Electromagnetic Transient Program (EMTP) model of high temperature resistive type SFCL based on the electric field (E)–current density (J) characteristic of the superconductor. The SFCL in series with a circuit breaker could be practically used in electrical distribution systems. Case studies of EMTP simulations show that the SFCL cannot only limit the fault current to an acceptable value, but also reduce voltage decrease and the rise rate of the transient recovery voltage. In order to ensure the safe and proper usage of SFCL, some future considerations on the interaction between SFCL and power systems are presented as well.     

新疆电网风电基地110 kV人工短路试验及结果分析

为了削弱对化石能源依赖的程度和发展新能源,中国新疆地区风电装机容量逐年攀升。与此同时,大规模风电并网对传统配电网带来的冲击日益显著,尤其是短路故障发生时对短路电流的影响,导致继电保护可靠性降低,电力系统失稳。此次新疆电网110 kV人工短路试验,不仅进行了详细试验方案的编制,还对短路电流的影响因素进行了探析以及基于PSASP潮流方式的计算值和试验值误差的分析。最后,得出现行电力系统不同类型的风机计算模型与电网实际情况的贴合程度和不同故障类型下的计算电流与实测电流的误差比,并且总结出计算值与实测值存在误差的影响因素。     

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。     

基于双馈风机短路特性的风电场集电线路继电保护整定方法研究

目前的定值整定工作中往往将风电场作为负荷或常规电源进行分析计算,已经导致了多起事故,因此深入研究风电场的故障特征以及对系统继电保护的影响显得非常重要。首先,在双馈风机短路等值参数模型的基础上,研究了风机短路特性对集电线路保护的影响和集电线路继电保护整定值整定方法。其次,充分考虑了风机短路故障电流的影响,并提出了一套完整的集电线路系统继电保护定值整定方法。该方法分析了三相短路和两相短路的短路电流,提出了集电线路相间过电流保护和汇集线接地故障的零序电流保护的整定原则和计算过程。该策略避免了风机发生故障时产生的过电流对下游集电线路继电保护装置造成冲击和误动,目前已经在实际风电场得到了应用,验证了该方法的有效性。     

Bridge-type superconducting fault current limiter effect on distance relay characteristics

The growth of the electrical energy generation and the increased interconnection of networks lead to higher fault current levels. The superconducting fault current limiter (SFCL) offers a solution to these problems with many significant advantages. The bridge-type SFCL can limit the fault current without any delay and smooth the surge current waveform. The application of SFCLs in networks can affect the protection system. In this paper, the impact of the bridge-type SFCL on the apparent impedance of the distance relay is studied. The analytical and simulation studies are presented for phase to ground and phase to phase faults, to show the impact of the bridge-type SFCL on the performance of the distance relay and its characteristics.     

含大容量分布式电源的配电网继电保护影响分析和保护方案研究

分布式电源的接入使配网由单电源变成多电源结构,当线路或母线发生短路故障时,含大容量分布式电源配网产生的短路电流会对原有保护配置产生影响,造成保护装置拒动或误动。对在未接入和接入DG的配网结构下,相同点发生短路故障时流过各保护装置的短路电流大小和对保护的影响进行了研究,对含DG的配网重合闸方式进行了分析,并提出了一种新的保护方法。