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,建立该限流器的电路模型,给出主要电气参数设计方法;然后,通过磁路有限元与电路仿真相结合,对关键电气参数进行优化计算;最后,进行全过程工况仿真,得到限流器的暂态电压和电流波形,并通过与解析解计算结果和不同类型直流限流器仿真结果的对比.验证了该文所提出限流器的可行性和有效性.     

高压直流晶闸管阀故障电流下反向电压特性的分析

为分析高压直流晶闸管阀故障电流下的反向电压特性,采用电路拓扑模型分析法,建立了故障电流下反向分析的数学模型,并建立相应的试验模型对分析方法进行验证。对晶闸管结温、阻尼电阻电容参数、电流变化率和正向电流4个参数的影响进行了分析,并用数学模型进行仿真计算。分析结果表明:晶闸管结温、电流变化率和正向电流均可导致反向恢复电荷的改变,从而对反向恢复电压造成影响;阻尼电阻电容一定时,有唯一阻尼电阻使反向电压最小。结果验证了该仿真分析方法的可行性,且具有较高的精确度。     

高压直流换流阀用集成式阻尼电容器设计与验证

阻尼电容作为晶闸管换流阀的重要组成元件,与阻尼电阻串联构成阻尼回路,并联于晶闸管两端,实现串联晶闸管的动态均压,抑制换相过冲,其参数及结构设计是换流阀设计的重要环节。针对换流阀小型化设计需求,提出一种集成式阻尼电容器设计方法。首先建立换流阀关断简化模型,采用解析法求解晶闸管最优阻容参数,并代入实际电路分析电容工作时的电气应力。然后,综合阻尼回路特点,提出扁平化集成式阻尼电容结构,并通过静电场仿真确定其壳体结构参数。最后,结合实际工程参数,从电气、结构两方面详细阐述扁平化集成式方形阻尼电容设计方法,并通过电容本体试验及在换流阀样机中的应用试验验证了所提方法的可行性。     

两种经济型故障限流器的工作特性比较

为降低大容量输电系统的短路电流水平,提出一种基于饱和电抗器的串联谐振式故障限流器。通过仿真,分析了暂态限流特性,并与基于ZnO避雷器的串联谐振式限流器进行比较。获取饱和电抗器式限流器的较好工作特性需要铁芯磁滞回线、电容器与串联电抗器参数之间的优化配台,关键是降低电容器的过电压。而ZnO避雷器式限流器易于限制电容器的过电压,但短路电流水平限制较低时,会导致串联电抗器上较高的过电压,因此一般不应选取过大的串联电抗器值。由于技术经济性好、结构简单、可靠性高等优点,这两种故障限流器可望在电网中较早获得应用。     

TSC高压晶闸管阀过电流失效机理

为满足晶闸管投切电容器(TSC)装置可靠性及其试验方法和试验等效机理研究的需要,重点研究了TSC装置的核心部件--高压晶闸管阀在过电流故障状态下的失效机理.首先介绍了TSC系统及其阀的结构以及过电流故障形成的原因和特征,并给出了过电流的数学方程和仿真波形.然后按照过电流故障的不同发展阶段对TSC阀的电流、电压和热等应力进行了解析分析.在上述基础上,结合器件的物理特性,对TSC阀各个元件在各种故障应力下的内部物理过程进行了分析.最终得到了TSC阀在过电流故障的不同发展阶段的失效模式和失效指标,从而揭示了TSC高压晶闸管阀的过电流失效机理.     

串联补偿型限流器的设计与仿真

针对10 kV配电网系统,研究了一种串联补偿型故障限流器,该限流器由主回路串联的电容电感、与电容并联的金属氧化物避雷器、阻尼回路、反并联晶闸管以及旁路开关组成。在正常工作时它可以对线路进行无功补偿,改善功率因素;在短路故障时能够起到限制短路电流的作用。首先建立了10 kV配电网仿真模型,根据限流器的限流系数设计了该限流器的拓扑结构。通过Matlab/Simulink模型仿真的方法,对该限流器的工作原理和限流过程进行了描述,给出了限流器中各个器件参数的设计与选型过程,特别是获得了阻尼回路器件参数对限流特性的影响规律。研究表明该限流器在系统中可以起到明显的限流作用,并且易于实现工程应用。     

换流站阀侧交流接地故障电流快速抑制方案

换流站阀侧交流接地故障下,故障点通过接地极与下桥臂组成故障回路,其故障冲击电流大,不能通过断路器切除。分析表明,接地极在对称运行时基本没有电流流过,并在单极架空线路故障和换流站阀侧交流接地故障中提供了故障回路。因此,接地极引入故障限流装置不仅对系统的正常运行没有影响,且能有效抑制单极故障电流和阀侧交流接地故障电流,降低对直流线路保护及换流站保护的要求。分析了阀侧交流接地故障下的故障电流组成,从供电可靠性、故障限流效果等方面分析了故障限流器引入接地极所具有的优势,提出了故障限流器分散组合式安装方法,利用电容器组与故障限流电感的组合投入,实现对回路中能量的吸收和故障电流上升率及峰值抑制的新型故障限流器拓扑结构。利用PSCAD/EMTDC平台搭建了双端柔性直流输电系统,仿真结果验证了接地极安装位置的优越性,并证明了新型故障限流器的有效性。     

天广HVDC换流阀阻尼电容器加速老化试验及使用寿命研究

阻尼电容器是HVDC换流阀内关键组成元器件,可实现晶闸管开通、关断和截止等不同状态下的动态和静态均压,吸收阀端过电压,降低晶闸管器件参数一致性要求,使不同参数的晶闸管串联使用成为可能.阻尼电容器采用自愈式电容器,自愈现象持续发生,电容值持续下降的同时损耗角正切值不断增加.随着使用年限增加,阻尼电容器老化直至失效,进而导致阀串分压不均、器件过载甚至阀体损坏的严重后果.本文通过研究换流阀阻容电容器老化机理,提出了换流阀阻尼电容器加速老化试验方案及试验数据的处理建议,在不改变试品失效机理和不增加新失效因子前提下,提高试验应力(电压、温度),加速试品失效进程,再根据试验数据,确定寿命模型中的待定参数,进而估算出试品在实际使用应力下的预期使用寿命.     

晶闸管阀过电流试验装置过电压保护策略的研究

介绍了我国第1套适用于灵活交流输电系统(FACTS)和高压直流输电系统(HVDC)的高压晶闸管阀过电流试验装置的基本原理。针对试验过程中可能产生的瞬时过电压和故障过电压分别建立了数学和仿真模型,分析了过电压的产生机理、危害及特点。在上述分析的基础上对不同的保护策略进行比较,提出阻容吸收回路与BOD(break over diode)触发晶闸管阀相结合的新型过电压保护策略,理论分析和仿真结果都证明所提出的保护策略的正确性和有效性,从而确保过电流试验装置的安全可靠运行。     

一种快速响应直流限流器拓扑结构与参数设计

配合限流器使用的限流式直流断路器将成为直流断路器往高遮断容量发展的新趋势,然而原先提出的永磁饱和型故障限流器存在延长故障电流下降时间的问题.对此该文在原先提出的永磁饱和型故障限流器的基础上进行拓扑优化,提出一种新型快速响应直流限流器.其在原有限流器的拓扑结构中通过磁耦合引入一条辅助支路,消除原有限流器在直流断路器故障开断时延长故障电流下降时间的负面影响,加速开断进程,同时能够极大程度地减小断路器的吸能应力,一定程度上降低过电压应力.该新型限流器能全程自适应动作,无需触发控制装置,响应直接迅速,且二极管处于低压侧,降低了对地绝缘成本.通过理论分析,介绍该新型快速响应直流限流器的工作原理,通过数学推导,分析其主要电磁参数设计要求;通过磁路有限元仿真与电路仿真计算相结合,验证该新型限流器的可行性;设计一台小容量实验样机,通过现场实验与小容量仿真对比验证了该新型快速响应限流器能有效提升电流下降速度.     

谐振型故障限流器阻抗特性仿真和参数优化

谐振型故障电流限制器是解决超高压电网短路电流超标方案之一。相对于其他限流器,谐振型能适应电网的各种复杂操作,在工程上具有可实现性。从谐振型主电路回路入手,建立阻抗模型,分析谐振型阻抗参数的影响因素,比较了谐振型与补偿型阻抗模型的异同。从限流角度,提出了抑制因子和谐振因子2个影响阻抗参数;在考虑限流器故障态模式下,从系统角度,提出了负补偿度概念,探讨了负补偿度与装置容量和输送功率的关系。在参数优化设计理论分析上,通过仿真计算,给出了参数优化范围。仿真结果表明,阻尼回路电气强度大大降低,限流器限流效果明显。     

±800 kV雅砻江换流站BP13高压电容器不平衡电流及过电压分析

滤波器的高压电容器是特高压直流输电系统中故障率相对较高的设备,通常配置不平衡保护来反映其内部的故障情况。为进一步明确高压电容器内部故障工况与不平衡电流、过电压等外部故障表现的量化关系,为实际工程不平衡保护的配置与优化提供理论支撑,文中以±800 kV雅砻江换流站BP13高压电容器为研究对象,考虑高压电容器内部部分电容单元断开、电容单元内部部分电容元件断开两类典型故障,分析推导了不平衡电流与故障单元/元件个数的对应关系,并给出了电容单元故障后高压电容器不同位置的过电压表达式。基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了理论推导的正确性,明确了可以导致现有三段不平衡保护动作的具体故障工况。     

故障电流限制技术及其新进展

负荷中心大电源的投入和系统互联都会大大增加系统的短路电流。如果短路电流超标,则相应设备必须更换,这既需要昂贵的费用也需要较长的工期。故障电流限制器提供了另外一种解决方案。文章首先综述应用于中高压领域的故障电流限制技术;然后介绍成熟的和正在研究的比较有代表性的故障电流限制器,并重点突出基于晶闸管保护型串补的短路电流限制器;最后介绍华东500 kV电网故障电流限制器示范工程,给出该工程采用的主电路和过电压保护措施,并展望故障电流限制器的发展方向。     

可控串补装置主动过电压保护分析与研究

介绍了主动过电压保护的概念.通过动态模拟实验研究了利用可控串补硬件bypass运行模式限制系统故障期间串补电容两端过电压、减小短路电流的作用,提出了在系统发生短路故障时,减小短路电流,保护电容器的有效控制策略.     

晶闸管装置过压和过流问题的研讨

文章首先叙述晶闸管装置出现过电压的情况和相应的保护措施。过电压包括装置的交流侧与直流侧过电压,以及晶闸管换流过电压。保护措施有交流侧接入过电压吸收电路与加设接地屏蔽绕组,直流侧接入非线性电阻元件,晶闸管并联吸收元件与均压保护。然后介绍了晶闸管装置过电流的情况和相应的保护措施。过电流可以由过电压、短路以及导通角增大引起的,保护措施就是晶闸管串联快速熔断器,且保护措施在实际应用中起到了良好的效果。     

MMC换流站阀侧交流接地故障电流解析

对模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)换流站阀侧交流接地故障特性进行研究发现：阀侧交流系统发生金属性接地故障时,故障点入地电流由下桥臂电容放电电流和上桥臂以及对端桥臂电容放电电流构成,网侧交流系统不会馈入入地电流;带过渡电阻接地故障时,网侧交流系统将通过过渡电阻作用于故障点入地电流。详细推导了三相接地故障和单相接地故障下的入地故障电流和桥臂电流的数学解析式。采用RTDS仿真验证了该表达式的正确性。由于阀侧交流出口处电位被钳制为0,因此上桥臂的子模块电容将产生过电压。下桥臂与故障点构成放电电容回路,下桥臂流过的故障电流迅速增大,且无法通过断路器切断故障电流。因此,建议采取可靠的限流措施避免阀侧故障对换流站等一次设备造成严重伤害。     

含高比例分布式电源的直流配电系统故障恢复过电压机理及其抑制

针对直流配电系统故障恢复过程中出现的过电压问题,本文研究了该过电压的产生机理及其抑制方法。首先介绍了典型直流配电系统的拓扑结构,给出两种核心换流装备(两电平VSC和DC/DC换流器)在双极短接故障下的电流及电压故障特征。基于故障点隔离后的健全区系统等效电路,研究了故障恢复过电压机理及影响因素,揭示了故障存续期间各换流器电压跌落速度不一致是导致故障恢复过电压的根本原因。在此基础上,以保障换流器电压跌落速度相同和直流断路器开断容量为约束,提出各换流器出口限流参数匹配设计原则,同时兼顾限制故障电流和抑制故障恢复过电压效果。最后在PSCAD/EMTDC进行了仿真验证。     

适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑

为提高多端直流电网在直流故障下的运行可靠性,同时降低对直流断路器分断能力的要求,提出了一种适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑,当电网出现过电流时预先将限流回路投入,并根据故障检测结果决定切除故障线路或恢复正常运行。该拓扑使用辅助电容和半控型器件晶闸管实现了限流电感的快速投切与故障电流快速切除,能有效抑制故障电流,并具备一定的经济性。为验证所提拓扑在预限流和快速分断方面的可行性,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端直流电网仿真模型,并通过仿真结果验证了所提拓扑在抑制故障电流、隔离故障线路方面的有效性。     

基于晶闸管的直流可控避雷器关键技术

电网换相换流器(LCC)与模块化多电平换流器(MMC)级联系统具备诸多独特优势,但其低压端模块化多电平换流器(MMC)由多个电压源换流器(VSC)换流器并联组成,当发生交流侧故障时会引起低压端直流母线过电压。为抑制MMC过电压问题,提出在直流母线侧安装直流可控避雷器。对交流侧故障时MMC过电压机理进行了理论分析,提出了直流可控避雷器拓扑结构。在深入分析直流可控避雷器不同运行方式的基础上,给出了直流可控避雷器的直流混合可控开关所需的极限电流耐受能力。为实现开关触发的快速性,提出在直流混合可控开关中采用串联晶闸管阀组方案。通过晶闸管Cauer计算模型仿真研究了极限电流下晶闸管阀组瞬态结温,验证了设计方案的合理性。基于某规划直流工程进行直流可控避雷器设计,并给出了主设备布置方案。基于PSCAD/EMTDC平台搭建了系统的仿真模型,验证了所提出的直流可控避雷器拓扑抑制系统MMC过电压的有效性。