主动型饱和铁心超导限流器限流阻抗特性与动态仿真

饱和铁心型超导限流器(CICSFCL)在高压、超高压大容量电网的短路限流技术上有着广阔的应用前景.早期设计的SICSFCL存在一些问题,始终没有得到进一步的发展.采用短路故障瞬间切断直流励磁电流的方法.变被动限流型SICSFCL为主动限流型SICSFCL,克服了以上不足.使用Matlab动态仿真并结合380 V/50 A限流器样机的试验结果,对主动限流型SICSFCL的短路电流限制特性进行了分析计算.得到SICSFCL阻抗的变化规律和计算方法.     

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%。     

新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。     

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。     

新型故障限流器的仿真与现场实验

有效限制短路电流对于保证电力系统安全稳定运行和减小短路对电气设备损害具有重要意义。为此,提出了一种新型故障限流器拓扑,其中快速开关用于快速分断,触发真空开关用于控制预先充电的脉冲电容器放电,以促使快速开关电弧迅速熄灭,实现短路电流的主动转移,电阻被用作限流元件。设计制作了10kV电压等级限流器样机。基于限流器参数和实验现场参数,用ATP软件建立了限流器在实际线路中的仿真模型。短路限流过程的仿真计算结果表明,该限流器在所设条件下可将短路电流限制到无限流时的60%。在变电站实际线路中对限流器样机进行了现场实验,实验结果与仿真结果基本一致。     

变压器型故障限流器限流效果研究

介绍了变压器型故障限流器的基本原理,该限流器由电容器及二次侧带放电间隙的并联变压器组成。通过分析该故障限流器在抑制短路电流过程中的稳态特性,定量地描述了它的限流效果。研究该故障限流器在限流过程中的工作条件,利用PSCAD软件建立仿真模型,对该故障限流器在500kV超高压输电系统中的应用进行仿真。为了验该故障限流器的限流效果,给出了实用可行的短路实验电路,分别就未装设和模拟限流器情况进行了短路实验。结果显示,该故障限流器具有较好的限流效果,能够作为一种有效的保护设备限制电力系统的短路电流。     

基于高耦合电抗器的500 kV限流器限流特性等效试验

基于高耦合电抗器的500 kV限流器在限流状态下的阻抗较大,而由于试验室电源电压有限,限流状态下的试验电流远小于额定短路电流,因此500 kV限流器在额定短路工况下的限流特性试验和动稳定性考核试验无法直接进行。针对上述问题,提出了一种间接验证限流器限流特性的等效试验方法。通过设计降低阻抗参数的比例缩小样机,在试验室条件下进行全电流的比例缩小样机间接试验,同时结合试验室内500 kV限流器比例缩小样机的低电压试验和500 kV限流器接入实际系统的高电压人工短路试验,综合验证500 kV限流器的限流能力。研究结果表明,500 kV限流器在额定短路工况下的限流幅度满足设计要求,所设计试验方法具有良好的等价性。     

电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析

高温超导故障限流器(SFCL)因集自触发、限流、损耗较小等优点已成为解决目前电网短路故障问题的有效设备,为电力系统中电能的传输质量和稳定性提供了有效保障。该文通过对YBCO超导材料电、热性能的分析,建立电阻型超导限流单元瞬态电阻与其通过的电流和所在环境温度变化规律的数学模型。应用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行线路建模和短路故障运行状态模拟,并联合采用Matlab构建等效数学模型。通过数值暂态联合仿真分析,获得单相短路故障情况下与三相短路故障情况下超导故障限流器的限流比率及超导限流单元的电阻和温度变化特征。并对超导带材进行冲击电流试验,验证其电阻变化规律。计算和分析结果表明,在不同强度的短路电流冲击下,高温超导故障限流器产生的瞬态电阻受短路电流幅值和变化率影响较大。阻值变化的速率随短路电流变化速率的增大而增大,因此对于不同程度短路电流需采取不同的限流保护策略。该研究对超导限流器距离保护的研究提供了时间维度的参考,对掌握各种复杂拓扑类型高温超导限流器限流特性具有参考意义。     

220 kV分裂电抗型超导限流器的仿真与优化设计

输电网的短路故障电流大、危害范围广,实现高压电网的短路故障限流有非常重要的意义。为了降低超导限流器的制造成本和提高其限流能力,提出了一种分裂电抗型超导限流器拓扑,进行了限流原理理论分析和建模方法的研究。针对220 k V输电网,建立了系统仿真模型,开展了限流器的参数优化方法研究和限流特性分析。并进行了电阻型超导限流单元和分裂电抗器的优化设计。研究结果表明:分裂电抗型超导限流器能够降低超导带材的使用量,提高超导限流器的限流能力和运行可靠性,为220 k V/1.5 k A示范样机的研制奠定了基础。     

非电阻型高温超导限流器概述

短路电流会威胁电网电力系统的安全可靠运行,人们将超导技术应用于电力系统中,并有效结合电力技术,研制出了高温超导故障限流器。故障限流器可以限制短路电流及其所造成的危害,有效地维护电网安全。高温超导故障限流器可分为电阻型和非电阻型,饱和铁芯型高温超导限流器是非电阻型故障限流器的一种,它集众多优异特性于一体,限流恢复时间极短、限流功能可靠以及输电稳态损耗极小,因此有非常广阔的产业化前景。     

新型磁控开关型故障限流器拓扑及试验研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器的拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器拓扑结构,在偏置回路中串联了一个限流电感,通过故障前后交流电流的变化自动实现限流电感的退出和接入,从而实现对短路电流的限制,并研制了一台220 V/50 A试验样机。对限流器样机的试验结果表明,磁控开关型故障限流器在正常工作时电压损耗很小,对线路几乎没有影响;故障发生后,限流电感立即自动插入故障回路进行限流,基本不产生谐波,运行控制灵活且简单可靠,对短路电流具有快速、有效的限制作用。     

船舶直流电网短路限流装置的设计与分析

针对现有断路器极限分断能力不能满足船舶直流电网短路保护要求的问题,制订了一种新型的基于固态限流器的船舶直流电力系统区域保护方案,给出了限流器拓扑结构;分析得到了其数学解析模型,并说明了工作的物理过程;推导出限流器的最大电容电压、主回路最大电流与电路各参数之间的关系,提供了限流器各器件选型的理论依据.基于此,研制出了新型小功率直流短路电网限流装置实验样机,并完成了以蓄电池组作为电源的电网突然短路限流实验.实验结果证明了所设计的限流器关键参数计算的正确性,且该限流器动作快速、准确,能有效地抑制短路电流,控制方法简便,具有良好的工程应用前景.     

35kV超导限流器的电网三相短路试验及其限流效果分析

超导限流器技术能实现低损耗通流和高效率限流,是一种非常好的短路电流限制手段。云南电网公司、北京云电英纳公司研制成功的35 kV超导限流器,是目前世界上电压等级最高的,已在云南普吉变电站并网运行,并在2009年7月通过了实际电网的三相短路试验。介绍了该次三相短路试验中,与35 kV SIC-SFCL的限流效果相关的试验结果与分析。当金属短路电流在7.0 kA时,经SFCL限流后短路电流为5.59～5.93 kA,限流百分比平均值为82%;当短路电流为21.37 kA时,经SFCL限流后短路电流为14.66 kA,限流百分比为68%。分析显示,SIC-SFCL理论的限流百分比与试验限流结果符合性很好,验证了限流设计方法的正确性。     

整流电容电流自然换流型短路故障电流限制器

针对电力系统短路故障电流不断攀升问题,提出了一种利用整流电容电流自然换流的新型短路电流限制器。建立了该限流器的电路拓扑结构,通过理论分析详细阐述了限流过程,通过仿真验证了该限流器的特性。结果表明:限流过程经历短路电流正常上升、短路电流向电容充电支路的短暂换流和短路电流幅值被限制3个阶段;限流器投运前不影响电网的正常运行,投运后能够大幅度降低短路电流值,改善母线电压稳定性,且不会产生过电压;限流电感L和换流电容C存在某种最优配合关系,可达到最佳限流效果。     

考虑MMC主动限流控制的直流短路电流计算方法

为了保证模块化多电平换流器(MMC)不闭锁退出运行,需要限制直流短路电流的上升速度。MMC的主动限流控制能够通过减少电容放电时间实现短路电流的限制,并且不产生额外成本,是一种新型限流方案。目前的直流短路电流计算方法无法体现MMC主动限流控制带来的故障电路结构和参数变化。文中提出一种考虑MMC主动限流控制的直流短路电流计算方法。通过引入电容放电状态占空比参数来体现主动限流控制对直流短路电流的影响,基于状态空间平均法建立直流短路电流的状态方程,给出直流短路电流的时域解析表达式。基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提计算方法的有效性。     

35kV超导限流器限流效果分析

介绍了35kV超导限流器三相短路试验中的限流效果,并根据电网运行需求主动调节自身阻抗,达到稳态低损耗运行,故障态时阻抗变大限制短路电流的效果。     

不同接入方式下限流电抗器参数计算方法研究

为了限制短路电流水平,电力系统中多采用线路中串联限流电抗器的方法来限制短路电流,限流电抗的参数直接影响到短路电流水平。通过计算系统需要接入的电抗值,选择合适的电抗器参数,可以使短路电流保持在供电系统能够接受的范围。针对电力系统中限流电抗器的两种不同接入方式,对包含限流电抗器的配电网短路过程进行分析,根据不同接入方式下系统短路暂态过程中电流变化规律,结合故障时系统能够承受的最大电流水平,计算出限流电抗器需要提供的阻抗值,推导出限流电抗器参数阻抗值选择计算方法。结果表明在不同接入方式下,所需接入的电抗值不同,经故障限流器接入时,电抗器接入系统时间滞后于短路发生时间,因此为了获得相同的限流效果,需要选择阻抗值更高的限流电抗器。     

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。     

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。     

低压直流微电网新型主动限流器及控制策略

低压直流微电网中直流母线发生短路故障后,现有的被动式保护措施难以有效保护电力电子装置,并且当计及直流线路电感与变流器直流母线侧电容时,常规主动限流器会出现限流电感电流振荡的特性。详细分析了该电流振荡特性产生的机理,探究了系统参数变化对限流电感电流振荡峰值的影响。并提出了一种新型主动限流器拓扑结构及控制策略,该拓扑结构通过增加能量耗散支路,在限流器直流母线侧电容电压产生负压时导通,以此耗散能量,解决了电感电流振荡的问题。通过仿真与实验,验证了所提新型主动限流器对电感电流振荡特性抑制的有效性,且在不同工况下具有良好的鲁棒性。