ZnO避雷器式故障限流器的实用拓扑设计

为限制短路故障电流的增大,基于常规设备的故障电流限制器有望在电力系统中首先获得实用。针对ZnO避雷器式故障限流器中M OA吸能过大的问题,提出了一种由电容器、带中间抽头的串联电抗器、ZnO避雷器、可控间隙以及旁路开关组成的新型电路拓扑,以降低对避雷器暂态吸能能力的要求,并改善限流器的动态特性。文中给出了新型限流拓扑中各个元件参数的优化设计原则,并通过对110 kV系统短路故障的仿真分析,验证了新型限流拓扑设计的有效性。     

串联谐振型高压故障限流器研究及应用进展述评

近年来,中国部分区域电网短路电流水平(特别是500 kV等级)显著增加,或逼近甚至超过设备遮断容量,制约系统安全可靠运行。相对于传统的被动式短路电流控制措施,故障电流限制器能够主动式地限制短路电流,是具有可观发展潜力的限制短路电流技术。笔者首先介绍了故障限流器的主要分类,其次调查分析了固态故障限流器研究和应用现状,重点展示了串联谐振型故障限流器的拓扑结构和工作原理。最后,针对该型限流器,从系统侧,讨论了安装位置确定、容量选择、布点优化、继电保护整定等外部应用技术问题,从装置侧,讨论了过电压分析、谐波分析和抑制、损耗分析及降损等内部核心技术问题,为中国故障限流器特别是串联谐振型高压故障限流器的深入研发与应用推广提供参考。     

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。     

故障限流器与输电线路纵联保护相配合问题的研究

介绍了方向闭锁式纵联保护原理,通过Matlab软件搭建仿真模型,描述了桥式限流器的限流电感不同时对电路产生的影响,分析了故障限流器对限流电感及距离纵联保护的影响,结果表明,加入故障限流器能改善电流互感器的性能,防止其饱和,减小不平衡电流,也可能造成以序分量为判断依据的功率方向继电器误动,妨碍应用了功率方向元件的纵联保护正确工作。     

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。     

串联谐振式限流器的仿真研究

串联谐振式限流器具有工作原理、拓扑结构简单等优点,且对于高压系统,其一次回路参数能够做到合理配置;但在电网发生短路故障进入短路限流工况过程中,其电容器及并联转换开关将工作在相当恶劣的条件下.应用Matlab软件对上述情况进行了建模仿真研究,得出如下结论:①闭合转换开关短接电容器使限流器从正常运行模式切换到短路限流模式过程中,将在电容与转换开关之间产生电压(电流)的高频振荡,且振荡电压(电流)的幅值与转换开关的动作速度成振荡增幅关系;②当转换开关采用功率半导体器件构成时,要求控制系统快速响应短路故障闭合转换开关,否则极易因振荡过流(过压)而损坏;③在限流器进入短路限流模式但继电保护尚未动作于断路器切断故障回路期间,转换开关将承受全部短路电流以及振荡电流,采用电力电子型转换开关时,其功率半导体器件的容量必须按这种工况进行选择.     

串联谐振式限流器的仿真研究

串联谐振式限流器具有工作原理、拓扑结构简单等优点,且对于高压系统,其一次回路参数能够做到合理配置;但在电网发生短路故障进入短路限流工况过程中,其电容器及并联转换开关将工作在相当恶劣的条件下。应用Matlab软件对上述情况进行了建模仿真研究,得出如下结论：①闭合转换开关短接电容器使限流器从正常运行模式切换到短路限流模式过程中,将在电容与转换开关之间产生电压（电流）的高频振荡,且振荡电压（电流）的幅值与转换开关的动作速度成振荡增幅关系;②当转换开关采用功率半导体器件构成时,要求控制系统快速响应短路故障闭合转换开关,否则极易因振荡过流（过压）而损坏;③在限流器进入短路限流模式但继电保护尚未动作于断路器切断故障回路期间,转换开关将承受全部短路电流以及振荡电流,采用电力电子型转换开关时,其功率半导体器件的容量必须按这种工况进行选择。     

基于限流器本体信号的短路故障快速识别方法

短路故障快速识别是串联谐振型限流器控制策略的重要环节。文章利用限流器谐振元件电压差在短路故障时会发生突变的机理,提出谐振电压差识别方法。从合闸角和故障距离等参数角度分析了识别方法的时间特性,搭建了基于可编程技术的触发系统,用模型实验验证了所提方法的快速性。仿真结果表明谐振电压差法响应速度快,而且不受故障参数变化的影响,但会受到断路器开闭操作的干扰,因此谐振电压差法需和短路电流瞬时值法相互配合。模型实验表明谐振电压差法能在1 ms内发出故障判据信号,从而能极大地提高限流器工作的快速性。     

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。     

一种新型故障限流器的拓扑结构及仿真

提出了一种新型故障电流限流器,它由一个由脉宽调制原理控制的电感模块和一限流电感并联,然后再与一补偿电容串联组成。由脉宽调制原理控制的电感模块通过简单的占空比控制可以获得一连续可变的电抗,从而限流器可以快速、灵活地调节限流度和串联补偿度。文中详细分析了限流器的工作原理,指出它可运行于不同工作方式。最后建立了它的模型,并用电磁暂态程序（EMTP）进行了仿真。仿真结果表明,此装置性能良好,是电力系统中一种有效的保护设备。     

新型磁控开关型故障限流器参数设计及模型机研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器结构。通过工作原理分析,论证了此拓扑结构的可行性,建立了限流器的数学模型和简化电路模型,推导出这种限流器系统的设计公式,并在此基础上研制了一台220V/50A限流器模型机。试验结果表明,该故障限流器具有快速、有效的故障电流限制作用,且具有结构简单可靠,运行控制灵活的特点。     

变压器型可控电抗器在故障限流器中的应用

介绍一种基于变压器型可控电抗器的故障限流器(FCL)的工作原理。在正常运行时,故障限流器呈现很大的变压器励磁阻抗,与阻抗小的串补电容并联,不影响系统运行。在发生短路故障时,故障限流器呈现与电容阻抗相当的变压器漏抗,发生并联谐振,电路中产生很大的限流阻抗,从而达到限流的目的。用ATP程序进行数字仿真,结果表明,此装置性能良好,可作为电力系统中限制短路电流的一种有效的保护设备。     

基于快速开关的串联谐振型故障限流器的仿真

为限制电力系统短路电流,提出了一种开关作为电容器短路元件的串联谐振型故障电流限制器拓扑。以220kV单相线路为例,利用EMTP软件对这种限流器拓扑的动态工作特性进行仿真分析。提出了2种有效措施,以抑制电流转移过程由杂散振荡导致的电容支路高频过电流和过电压现象,仿真结果表明,在电容支路中串入电抗器比在快速开关支路中串入效果更佳。快速开关的合闸时间对限流效果至为关键,对此做了具体分析。结果指出,快速开关的合闸时间须足够短(10ms以内),才能有效实现故障限流。该故障限流器拓扑结构简单、响应速度快,其中的快速开关只进行快速合闸操作,不需要具备电流开断能力,易设计,造价低廉。     

新型磁控式故障限流器

提出一种新型磁控式故障限流器,它由电流源提供直流电流,并采用晶闸管导通切断直流电流.阐述了新型磁控式故障限流器的基本工作原理与基本结构.设计了一台220 V的新型磁控式故障限流器实验样机,对样机的性能进行了测试.测试结果表明:电力系统正常运行时,磁控式故障限流器对电力系统正常输电能力影响较小;电力系统发生短路故障时,磁控式故障限流器可以用20 ms左右的时间把短路电流减小至危害较小的程度.     

一种基于快速开关的新型故障限流器研究

为使电网日益增长的短路电流得到有效限制,提出一种基于快速开关的新型故障限流器(fast switch fault current limiter,FSFCL)。分析介绍了FSFCL的拓扑结构、原理及关键技术,深入研究了FSFCL在电网中的限流原理,利用MATLAB/Simulink仿真软件验证了其限流效果,并采用PSASP仿真验证了FSFCL接入电网后的暂态稳定性。仿真结果表明:FSFCL对短路故障产生的大电流和电压降落问题限制效果显著,且FSFCL安装后系统的暂态稳定性有所提升。     

超导故障限流器的电力应用研究进展

从限制电力系统短路电流出发,介绍了一种全新的超导限流技术,分析了超导故障限流器的限流原理和特性详细介绍了６种类型的超导故障限流器结构及其工作原理,并阐述了国内外各种超导故障限流器的研究现状和前景。     

面向直流配电系统的新型固态故障限流器设计

与交流配电相比,直流配电具有供电容量大、线路损耗小、电能质量好、有利于分布式电源接入等一系列优点。然而,保护技术的不成熟在很大程度上限制了直流配电系统的发展。针对当前直流配电系统保护技术中存在的问题,提出一种新型固态故障限流器。该限流器采用晶闸管与IGBT相结合的方式,不仅可以快速响应直流电网的故障电流,而且减少了功率损耗。当发生短路故障时,采用峰值电流控制策略可以进行电流控制,将短路电流限制在一定的范围内。