基于PTC材料的短路限流保护方案及PTC限流特性研究

分析了现有电力系统短路限流保护技术在低压独立电力系统中应用存在的问题，提出了一种基于PTC材料的可恢复型断路器的拓扑结构并说明其工作原理；完成了PTC热敏电阻应用于蓄电池组电源短路限流的试验测试，给出了不同电流下PTC材料电阻变化过程的试验结果,并对于将PTC材料应用于短路限流保护的电阻变化特性进行了分析，试验表明，应用该拓扑结构限流效果显著，具有良好的应用前景。     

高速限流保护开关的原理分析及应用探讨

对高速限流保护开关的原理接线和技术参数进行了说明,对高速限流保护开关与断路器的分断性能进行分析比较,并介绍了高速限流保护开关的几种应用方案。     

一种软硬件协同控制的短路限流保护方法

针对三相四线制静止式中频电源负载短路时功率器件极易损坏,传统的短路保护方法不能抑制短路瞬间快速上升的短路电流,且会造成负载供电断续等问题,在对传统短路限流保护加以改进的基础上,提出了一种软硬件协同控制的短路限流保护方法。为了抑制短路电流的快速上升,该方法运用固态断路器过零点瞬时关断的能力,采用短路限流值及短路电流瞬态变化率双重判断条件。结合短路时切换为恒流源控制的手段,克服了电力电子设备瞬时过载能力弱的缺点。实验结果证明了该方法可以保证短路故障的迅速切除及负载的持续供电。     

高速限流保护开关的原理分析及应用探讨

本文对高速限流保护开关的原理接线和技术参数进行了说明,对高速限流保护开关与断路器的分断性能进行分析比较,并介绍了高速限流保护开关的几种应用方案。     

基于正温度系数热敏电阻的新型限流保护方法研究

分析了现有短路电流限制技术的发展现状，提出一种基于正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)热敏电阻的可恢复型混合式短路限流装置的拓扑结构。通过将PTC热敏电阻与超快速分断开关并联，有效提高了限流装置的额定通流能力，并充分利用PTC材料的电阻快速变化特性，提高装置限流能力，降低限流装置对于PTC材料额定通流要求。给出该型限流装置的检测判断原理及控制策略，分析其限流过程。完成基于PTC热敏电阻的混合式短路限流装置应用于蓄电池组电源短路限流的试验测试，通过不同设定电流值时的限流试验结果，证明所设计的装置能快速有效限制短路电流，具有良好的应用前景。     

基于第二代高温超导带材的超导限流电缆限流特性研究

本文基于第二代高温超导带材的结构及特性,提出一种高温超导故障限流电缆的概念.该电缆使用不锈钢加强的第二代超导带材,并以不锈钢丝绞线作为骨架.通过对带材超导态下低电阻和失超时高电阻特点的利用,实现超导限流电缆的限流特性.本文在实验研究不锈钢带材的失超电阻及限流特性的基础上,对限流电缆进行结构设计并制作了限流样缆.通过对电...     

计及风机短路电流偏移特性的配电网阻抗幅值差动保护方

区别于常规电源机组,当输电线路发生短路故障时,风电机组配置的Crowbar保护可能启动,导致风电机组转速下降,从而引起风电侧短路电流频率发生偏移,使得基于基频短路电流计算的测量阻抗出现偏差,传统距离阻抗保护方法可能拒动或误动。针对该问题,提出了计及风机短路电流偏移特性的配电网阻抗幅值差动保护方法,首先探究了风电短路电流偏移特性,建立了线路故障时,风机侧短路电流偏移误差模型,并基于阻抗平面图,研究了其对距离保护的影响机理。然后,基于差动阻抗和制动阻抗在正常运行、外部故障和内部故障之间的显著差异,提取阻抗幅值差动特征,构造了阻抗保护幅值差动判据,其不受短路电流偏移的影响。最后,基于PSCAD/EMTDC进行仿真分析,结果表明：提出的保护方法不受风电接入比例及短路电流偏移的影响,并且过渡电阻电阻可以提高内部故障时保护动作的灵敏性,以及外部故障保护不动作的可靠性。     

二硼化钛颗粒材料的电阻变化特性及其在故障限流中的应用

二硼化钛(TiB₂)颗粒材料具有故障限流的潜力。为实现这个目标,对颗粒材料的限流特性进行了研究。首先对压力–电阻关系进行了分析,二者满足幂函数关系。然后制作基于颗粒材料的样机,通过试验研究了材料尺寸和机构速度对限流效果的影响,发现材料尺寸越大、速度越快,限流效果越好。为进一步验证材料的限流能力,对材料的耐压特性进行测量,发现颗粒材料电压存在一个饱和值,该值取决于颗粒尺寸与材料性质。最后在PSCAD中建立颗粒材料电阻模型,对材料在电力系统中的限流效果进行仿真。仿真结果表明：颗粒材料与电抗器并联限流的方案可行性更高,可将故障电流峰值从34 kA限制到25.9 kA。该研究为颗粒材料在故障限流中的应用提供了参考。     

考虑直流控制的直流输电线路短路电流变化特性研究

推导了考虑分布参数特性的直流线路固有短路电流时域解析表达式,指出在不考虑控制作用时固有短路电流随故障持续时间增加而逐渐上升,近距离故障时的短路电流大于远距离故障时的短路电流,符合短路电流发展的时间约束和物理边界条件约束。分析了直流控制对短路电流变化的影响,揭示了在控制作用下短路电流幅值的空间非单调变化特性和时间离散变化特性,突破了传统短路电流变化特性的认识局限。短路电流幅值的空间非单调特性使得直流线路保护电流变化量判据的保护特征量电气边界与输电线路物理边界不一致,时间离散性使得保护特征量电气边界随故障时刻呈锯齿状变化,在进行直流线路保护电流变化量判据的整定计算时应予以考虑。     

基于双侧电源的距离保护特性的仿真和研究

介绍了电磁暂态仿真软件PSCAD的功能,论述了电力系统距离保护的基本原理和整定原则,搭建了双侧电源的输电系统距离保护的仿真模型,分析了输电系统发生故障时距离保护装置的动作特性,同时对影响距离保护正确动作的因素进行了仿真分析和研究,得出短路点过渡电阻和线路上串联电容可能会影响继电保护的正确动作率。模型得出的距离保护分析结果与理论基本一致,从而表明使用PSCAD能够很好地在继电保护中仿真应用,这为研究继电保护算法提供很好的理论研究平台。     

基于故障电流传播特性的高压直流输电线路单端保护方案

针对高压直流输电线路现有行波保护故障识别准确率不高、耐过渡电阻能力不强等问题,提出一种基于故障电流传播特性的单端保护方案。基于高压直流输电系统的等效电路,分别分析故障电流从换流侧到线路、从线路到换流侧以及在线路上的传播特性,进而分析不同位置发生故障时整流站线路边界两侧故障电流特征的差异性。基于此,利用特征频段电流构造区内、区外故障的识别判据,设计直流线路单端保护方案。基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果表明,所提保护方案能够准确识别区内、外故障,且具有良好的耐过渡电阻及抗噪声干扰能力。     

基于超导故障限流器的多级馈线电流保护新方案

随着配网规模的快速发展,配电网线路呈现线路短、节点多的情形,进而导致短路电流差异较小,传统电流保护方案配合困难以及故障切除时间延长。为解决上述问题,首先梳理多级馈线保护存在的问题,对多级馈线长短混联线路保护配置与整定方案进行分析,进而提出了一种基于超导故障限流器的电流保护新方案。该保护方案利用故障限流器的快速投入与限流特性实现上下游线路短路电流差异化。基于此,构建新的保护定值整定原则,缩短故障切除时间。利用PSCAD搭建多级馈线配电网模型进行仿真验证。结果表明：所提保护方案能够解决传统电流保护定值配合失效与保护动作时间过长等问题。     

基于电压源换流器的直流配电限流方案研究

为了限制直流配电网中电压源换流器(Voltage Source Converters,VSC)直流侧发生两极短路故障时的直流侧故障电流,研究了其故障发生时的暂态过程,并对交流侧连接双向晶闸管(AC side connecting Double Thyristors,ACDTS)的保护方案进行分析。针对ACDTS直流侧电流过大问题,提出了利用单向晶闸管以及并联电阻电感的方式对其改进。利用PSCAD/EMTDC对改进ACDTS方案进行直流侧故障仿真,并与传统的直流侧线路故障以及ACDTS保护方案下的直流侧故障相互对比。仿真结果表明,利用改进ACDTS保护方案可以有效地限制直流侧故障电流。     

基于故障串电流反向突变判据的光伏阵列线间故障保护方案

光伏阵列发生线间故障时故障电流较小,过电流保护无法有效清除故障。提出一种基于光伏串输出电流反向突变特性的光伏阵列线间故障保护方案。基于光伏串输出电流-电压曲线定性分析了光伏阵列发生线间故障时输出电压、电流的变化特性,得到光伏阵列线间故障下光伏串输出电流反向减小特征。通过光伏串等效电路模型,建立了光伏串输出电流与光伏串故障电池数量之间的量化关系。以最小故障电池数量的电流突变为阈值,提出了基于故障电流反向突变的保护判据。该保护判据可快速准确地定位光伏阵列中的故障串,且只需要测量光伏串的输出电流信号以及光伏阵列输出的电压信号,保护配合只需要跳闸信号。最后,通过时域仿真以及现场测试有效验证了所建立判据的准确性以及所提出的保护方案的正确性。     

并联型有源电力滤波器限流补偿策略研究

分析了系统突变情况时并联型有源电力滤波器(APF)发生过流的状况,从参考电流角度提出了截断限流和比例限流2种控制策略。前者将原参考补偿电流作比较限幅处理,得到新的参考电流;后者比较上周期参考补偿电流及APF最大允许补偿电流,得到一比例系数,参考该系数,得到本周期内新的参考电流。这2种方案都只对参考电流进行处理,控制实现简单,能充分利用APF的补偿能力,使小容量APF可安全运行于大谐波容量的系统中。就实现的复杂性、安全性及补偿效果而言,前者优于后者。最后,通过仿真研究验证了2种方案的可靠性和有效性。     

基于故障分量的方向电流差动保护

针对全电流差动保护经大过渡电阻短路时灵敏性不足的缺点，提出了利用故障分量构成的方向电流差动保护新判据。该判据可以进一步提高保护对内部故障的灵敏性和对外部故障的制动作用，与其它保护判据相比其耐受过渡电阻的能力也有了显著提高。分析了其判据和动作特性，通过数字仿真证明了此新判据在500kV、300km单回输电线路末端单相接地短路能承受300Ω以上的过渡电阻。     

基于改进电流相差保护的微电网保护方案

针对微电网在并网运行和独立运行时不同故障特性以及微电网潮流的双向特性,引入了一种基于改进电流相差保护的微电网保护方案,该方案以IIDG输出端电压为起动判据,结合母线两端电流相位差判据,保证微电网在两种运行状态下都可以准确的区分区内外故障并切除故障线路。在PSCAD/EMTDC仿真软件上进行了算例仿真,验证了基于改进电流相差保护方案的有效性和可靠性。     

IGBT fault current limiting circuit

There is a growing market demand for insulated gate bipolar transistors (IGBTs) with high efficiency but long short-circuit withstand time. The inherent device tradeoff, however, does not allow device designers to achieve both goals simultaneously. The proposed circuits, by limiting the fault current magnitude, extends the short-circuit withstand time of high efficiency (high-gain) IGBTs. Limiting of the fault current magnitude also results in reduced turn-off voltage transients; a desirable byproduct, especially for higher current modules. Moreover, the adverse Miller effect is counterbalanced to a great degree. If the fault current is of a short transient type, the circuit restores normal operation, a unique and desirable feature for noise-prone systems. The circuit does not require an external DC supply to operate. This feature, combined with the simplicity of the circuit, makes it feasible to insert the circuit in IGBT modules or connect it as an interface between the gate driver and module     

计及主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护

针对传统直流保护原理应用于柔性直流电网中存在可靠性降低、灵敏度下降的问题,提出计及换流器主动故障限流策略的柔性直流电网纵联保护原理.分析了故障电流在换流器电容放电阶段和换流器主动故障限流阶段的极性特征,进一步构造了改进型故障电流极性特征序列,引入基于斯皮尔曼相关性系数的电流波形特征判别方法,实现柔性直流电网故障区域判别...