基于电阻型超导限流器的直流线路纵联保护方法

柔性直流系统中双极短路故障电流的限流和对故障线路快速可靠的开断是实现柔性直流系统安全运行的重要保证。以南澳多端柔性直流示范工程为例,提出一种基于电阻型超导限流器的直流线路纵联保护方法。该方法结合超导材料特性,克服传统电流差动保护依赖额外电流测量设备的缺点,利用电阻型超导直流限流器失超时两端电压的正负,配合混合式直流断路器,实现有选择性的故障隔离。分析电阻型超导限流器在南澳多端柔性直流示范工程中的应用场景,在此基础上提出直流线路纵联保护流程和逻辑时序,最后在某四端柔性直流系统中进行仿真。仿真结果验证了该保护方法的可行性,可实现对直流线路双极短路故障的快速隔离。     

电阻型超导限流器在柔性直流系统中的优化配置计算

电阻型超导限流器R-SFCL(resistive superconducting fault current limiter)在柔性直流系统中的优化配置是超导限流器应用的关键技术。通过对电阻型超导限流器在模块化多电平换流器型直流系统中的应用场景分析,得到R-SFCL不同安装位置对其限流能力的影响,并改进了超导限流器和直流断路器配合下换流站闭锁初期的多端柔性直流系统短路电流迭代计算方法,在此基础上提出了基于人工免疫算法的R-SFCL柔性直流系统中的优化配置计算方法。最后,通过五端柔性直流系统实例研究,给出了该系统中R-SFCL的最佳安装位置、安装数量、限流电阻大小和限流效果。     

磁通耦合型饼式线圈短时直流冲击特性研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术在经过多年的研究后取得了一定的进展,并且已有多项工程在运行中。然而直流短路故障的处理仍然是VSC-HVDC电网亟待解决的问题之一,目前的断路器难以在短时内开断如此大的故障电流,因此要与限流器进行配合。电阻型超导限流器(RSFCL)已经在交流情况下进行了大量的研究,它被认为是最具有潜力的直流限流技术。然而传统的双绕无感线圈并不适用于直流输电场合,由于结构特殊使其在直流高压故障中容易发生闪络,造成超导限流器发生不可控的后果,因此需要新型的线圈结构来满足柔性直流输电保护的需求。本文基于连续式单饼限流线圈结构,对不同磁通耦合连接方式的磁场分布进行了仿真分析,建立了短时直流大电流冲击平台;同时设计了磁通耦合型饼式线圈,并对其进行了高压过电流冲击实验与分析,计算了冲击电阻过程中的电阻和热量变化并进行了讨论。本文的分析结果对电阻型直流超导限流器的设计,以及阈值与裕量的确定有一定的指导意义。     

直流电网中限流器优化配置方法研究

柔性直流输电具有灵活、可靠的特点,成为目前直流输电领域的研究热点。但直流电网中发生短路故障时其短路电流较大,如何在直流侧故障时快速将其切除成为直流输电技术的研究难点。文章重点研究了柔性直流输电系统中限流器的优化配置。以目前研究较多的超导限流器为例,对柔性直流电网中的故障问题进行详细分析;基于超导限流器的特性,提出了考虑直流断路器切断容量和故障反应时间的限流器优化方法;选取算例在MATLAB平台上对该优化方法进行了验证,仿真结果表明该优化配置方法能有效的指导限流器的设计,提高其应用过程中的经济性。     

电阻型超导故障电流限制器应用于VSC-HVDC系统的位置优选研究

由于能独立控制有功、无功功率,无换相失败等优点,基于电压源换流器的高压直流输电系统(voltage source converter based high-voltage direct current,VSC-HVDC)系统被认为是未来电网的发展方向。但是,直流故障与交流故障快速有效隔离,成为影响VSC-HVDC系统发展的重要技术难题之一。为了解决VSC-HVDC系统故障隔离问题和限制故障线路过大的短路电流,应用超导故障限流器逐渐被人们重视。提出基于电阻型超导限流器的故障限流方法,并用所设计的两端双极性VSC-HVDC系统,分别在直流线间短路、直流线路接地短路和三相交流短路情况下,比较电阻型超导限流器可行的安装位置并证明所提限流方法的有效性。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真提出在VSC-HVDC系统中电阻型超导限流器的最优安装位置。     

160kV耦合型机械式直流断路器的设计与应用

南澳多终端柔性直流输电示范工程是世界上第一个多终端柔性直流输电系统,直流系统的故障电流上升快、幅值高且没有过零点,比交流系统故障电流更难中断,因此设计一个可靠的直流断路器是提高直流系统稳定性和可靠性的关键之一.介绍了南澳工程160 kV机械式直流断路器的原理、设计参数及具体的工程应用.     

基于MMC柔性直流输电背靠背样机的研制

MMC型背靠背直流输电系统在世界范围内受到广泛的重视.基于南澳±160kV,200MW柔性直流输电示范工程项目,研制了MMC型背靠背大功率柔性直流输电样机.在介绍采用IEGT的MMC阀的拓扑结构的基础上,说明了该试验样机的系统构成,主要系统参数,设备中的变压器,阀电抗器和充电电阻的主要作用.对控制和保护系统的配置情况进行了介绍.对该试验样机进行了仿真分析,研究了在直流侧单极接地故障,直流侧双极短路故障和变压器二次侧故障情况下系统的暂态电压,电流波形,验证了柔性直流输电系统的理论分析和数字仿真的正确性,为相关工程应用奠定了理论基础.     

超导故障限流器抑制短路电流直流分量的仿真分析

短路电流中的周期分量和直流分量对系统短路容量都有贡献,而后者在工程应用中没有引起足够的重视.目前我国宁夏、上海、广州等电网普遍面临短路电流直流分量超标,系统保护装置难以可靠清除故障的状况,严重威胁电力系统的安全可靠性.基于此,本文提出使用超导故障限流器在限制短路电流幅值的同时,抑制短路电流直流分量的方法,缓解断路器的开断负担.目前超导限流器对短路电流直流分量的抑制效果及在高直流分量系统超导限流器的设计方法尚不清楚.因此,搭建了超导故障限流器模型,以330 kV系统为例,研究了不同直流分量时间常数下超导限流器阻值与直流分量的关系,提出了超导故障限流器失超阻值的优化设计方法.结果表明在不同的短路故障条件下,超导限流器对直流分量的抑制效果均非常明显,能有效提高系统的可靠性.     

一种含卸能电阻的直流断路器的参数设计及性能分析北大核心CSCD

为了防止柔性直流输电系统在双极短路故障下过大的短路电流损坏输电系统,且考虑到过大的短路电流也会损坏断路器的避雷器,文中提出了一种可开断故障电流且有效减小避雷器吸能的直流断路器。利用PSCAD搭建了含卸能电阻的直流断路器模型和三端±350 kV柔性直流输电系统模型。在双极短路故障下,通过仿真对比分析了此模型与理想直流断路器模型和不含卸能电阻的直流断路器模型的区别。文中发现,含卸能电阻的直流断路器与理想直流断路器相比更容易切断故障电流,与不含卸能电阻的直流断路器相比有效减小了避雷器吸能。并且,通过仿真分析了使用不同参数的直流断路器的系统直流侧电流、电压波形,从而优化含卸能电阻的直流断路器的参数。     

超导限流器在多端直流系统中的应用研究（英文）

随着多端直流系统在电力网络中的应用引起了广泛关注,直流断路器的开断能力问题逐渐凸显,成为限制多端直流系统进一步发展的重要因素。为解决这一技术难题,提出了将超导限流器应用于多端直流系统的方案。在PSCAD平台上搭建了电阻型超导限流器的仿真模型,并通过一系列的物理实验对仿真模型的准确性进行校验,进而将此模型应用于一个典型的三端直流输电系统,研究了超导限流器对于网络中直流侧不同类型及不同地点的故障短路电流的限制作用。仿真研究表明,超导限流器具有明显的限流作用,同时不会影响多端直流系统的正常运行。     

计及柔性直流的系统短路电流实用计算方法

柔性直流输电可实现故障穿越，在交流系统发生短路故障后持续运行。随着柔性直流输电日趋广泛的工程应用，其对系统短路电流的影响不容忽略。针对含有柔性直流输电接入的交流系统缺乏准确实用的短路电流计算方法问题，分析了交流系统发生短路故障后柔性直流注入系统电流特征。基于柔性直流的控制策略，研究了短路电流计算过程中柔性直流等效电流源设计，分析了电流源幅值设定的合理性。在弱化柔性直流输出电流与并网点电压耦合作用的基础上，提出了基于叠加原理的计及柔性直流输电的三相交流短路电流计算方法。最后，搭建测试系统，通过电磁暂态仿真验证了所提方法的有效性。     

10 kV/10 kA超导限流式真空直流开断技术及其试验研究

电阻型超导限流器可以自动、快速限制短路电流,人工过零型真空直流断路器具有设备成本低、动作速度快的优点,将两者结合可满足柔性直流输配电的要求。该文的研究目标是提出一种超导限流式真空直流开断方案,并验证该方案的可行性。首先分析了所提出的直流开断原理,然后设计了10 kV/10 kA样机,最后利用10 kV LC电流源进行了直流开断试验,预期电流峰值为10 kA。试验结果表明:超导限流模块可将10 kA短路电流限制至1.4 kA,与之串联的人工过零型直流开断模块在12 ms内开断限流后的短路电流。超导限流模块不仅可以有效制约短路故障的发展,还能吸收系统内电感储存的能量,抑制开断过电压,在有利于切除直流短路故障的同时提高开断可靠性;限流后的短路电流幅值较小,需要开断的电流值也较小,有利于降低直流开关模块的参数和尺寸,使设备结构更加紧凑。     

基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流输电线路保护新方案

超导型故障限流器在柔性直流输电工程中能有效地限制故障电流的峰值和陡度,类比于传统高压直流输电系统的物理边界。将超导型故障限流器看作是柔性直流输电系统的边界,提出了一种基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流线路保护方案。该保护方案利用正极或负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量启动保护,利用两极线路的整流侧和逆变侧边界消耗的暂态谐波能量差辨别区内外故障,利用正、负极线路整流侧边界消耗的暂态谐波能量之比进行故障选极。理论分析和仿真结果表明,该保护方案适用于各种工况,几乎不受过渡电阻和故障位置的影响,且对采样率要求低,具有重要的工程应用价值。     

区域电网电磁暂态等值及短路电流直流分量分析

西北电网电源接入密集、电压级差大,容易引起短路电流超标。但常规限流措施会增大短路电流直流分量的衰减时间,影响断路器的开断能力。文中针对我国西北某大级差、电源密集型电网,搭建了多节点复杂电网发生短路时电磁暂态的等值简化计算模型。在该模型的基础上研究了短路电流直流分量对断路器开断能力的影响,分析了直流分量衰减时间常数折算的方法,并在采取常规限流措施的基础上计算了加装电阻型超导限流器对超标厂站直流分量的抑制效果。结果表明：直流分量的衰减时间常数不能直接作为断路器选型的依据,需要将其折算至标准规定的试验基准值下;电阻型超导限流器可以有效地抑制加装位置附近回路的短路电流直流分量,加装后时间常数下降25%左右,但是对电气距离较远的厂站抑制作用较弱。文中的结论能为断路器的合理选型以及限流新技术的应用提供参考意义。     

极间短路条件下柔性直流输电系统电磁暂态特性分析

以南澳±160kV中压柔性直流系统为例,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时系统的暂态特性。首先介绍了南澳直流工程的系统拓扑和主回路参数,然后结合不同保护策略分析了系统对直流断路器的参数要求,提出了系统与断路器配合时直流限流电抗的调整思路。最后研究了线路长度、故障位置和断路器动作对暂态特性的影响。仿真结果表明,直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,通过调整直流限流电抗可以实现系统与断路器的配合。研究结果对柔性直流输电系统参数设置和器件及设备选型有一定参考价值。     

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...     

限流开断技术用直流快速旁路开关设计与研究

在直流系统中合理配置超导限流器,可有效降低短路电流水平,改善直流系统的稳定性和安全性.超导限流器正常工作对于确保直流断路器可靠动作至关重要,为此,基于某多端柔性直流工程,开展直流超导限流器用快速旁路开关的设计与研究.分析快速旁路开关的应用工况,获取设备的参数要求;攻克了高电位隔离供能、毫秒级驱动及缓冲、绝缘区分等关键技...     

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。     

直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。     

分裂电抗型超导限流器的交直流限流特性

随着交直流电网规模的不断增长,纯电阻型超导限流器已经难以满足其限流需求。为了减少超导带材的用量并提高电阻型超导限流器的经济性,通过引入空芯分裂电抗器,研究了一种分裂电抗型超导限流器（DRSFCL）并对其基本限流原理进行了分析。通过建模和仿真研究,主要分析了DRSFCL在10 k V电压下的交直流限流特性,得到其在交流冲击下可有效地限制短路电流的第一波峰值,限流作用比较明显,且在直流冲击下也有较好的限流作用。最后通过直流冲击平台对部分直流仿真结果进行了试验验证,试验结果与仿真结果基本一致。