一种新型混合式直流故障限流器拓扑

直流故障限流器对柔性直流电网的安全稳定运行具有重要意义。该文提出一种通态损耗低、主限流电路采用晶闸管器件、可在直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)断路时将限流电感快速旁路的混合式直流限流器拓扑。分阶段对新型拓扑的限流过程进行理论解析,分析电压应力、限流时间与限流器参数的关系,给出限流器参数设计方法。提出在断路时限流电感快速旁路方法,并对由此减少的DCCB耗能进行理论计算。分别在单端换流站和直流电网中验证所提出限流器动态特性分段解析方法的正确性,同时仿真结果表明,所提出的限流器能有效限制直流故障电流的上升率,并可以大幅降低断路器切断过程中的能量耗散。     

一种新型固态短路限流器拓扑及其控制策略

介绍一种适用于中高压电网的新型固态短路故障限流器,正常工作时对线路几乎无影响;当故障发生时,旁路交流电抗器立即自动插入故障回路进行限流,检测到故障后将故障相桥路进行逆变,直流电抗器中的能量回馈电网,桥路尽快退出故障线路的运行,随后故障电流完全由旁路交流电抗器限制。新型限流器的固态器件和直流电抗参数不受电网允许的短路电流水平约束,所以可进行灵活优化设计。理论分析和单相固态限流器在三相系统中的仿真结果表明,整个单相桥路相当于过零点断开的开关,限流器不会引起附加振荡和过电压,控制方法简单,新型固态限流器具有良好特性,在电力系统中有深入研究和开发的意义。     

新型固态限流器三相主电路拓扑及控制策略研究

基于多项实用专利，提出适合限制三相电网短路故障电流的耦合法固态限流器电路拓扑结构及其工作原理，并得到该固态三相限流器的特点：通过建立其数学模型，并以逆变控制模式为例，分析了其限流机理。结合使用并联旁路电感的方法，可以使此三相拓扑电路具有基本不产生谐波、运行控制灵活且简单可靠等优点。通过样机试验，验证了该三相电路拓扑和控制策略的有效性，并具有工业应用化前景。     

一种新型限流式统一潮流控制器的设计与研究

限流式统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)是一种能有效应对系统短路故障的新型柔性交流输电装置。为提高短路故障切除速度、降低装置成本,将基于集成门极换向晶闸管(integrated gate commutated thyristor,IGCT)的桥式限流器与UPFC结合起来,构建了一种新型限流式UPFC拓扑,分析了其短路限流工作原理,建立了短路数学模型。以系统限流指标、UPFC的功率模块安全限度、限流器模块IGCT电压电流限值和直流电容电压限值为依据,给出了限流电感和直流电容的参数设计方法。对新型限流式UPFC与已有装置的工作性能和主要元件参数选择进行了比较。PSCAD/EMTDC对比仿真表明,新型限流式UPFC减少了短路切除时间,减小了元件参数,降低了短路电流对电网的冲击。     

基于IGCT的三相接地系统故障限流器及其控制策略

提出将带旁路电感的三相接地系统桥式短路故障限流器中的半控开关器件用大功率自关断器件IGCT(integrated gate commutated thyristor)代替,从而将变流桥路的失控时间由半个周期缩短至检测电路的延时时间以内,可显著减小直流电抗器的电感量,将占限流器体积、重量、成本主要部分的直流电抗器缩小到原来的1／9．6。分单相短路、两相短路、三相短路3种情况对基于IGCT的短路故障限流器及其控制策略进行了仿真研究,仿真结果证明了所提出的故障限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

基于自关断器件的三相不接地系统短路限流器及其实验研究

为了减小桥式短路故障限流器的体积、重量和成本,提出一种基于自关断器件的三相不接地系统桥式短路故障限流器,详细研究了限流器的拓扑结构和控制策略,根据不接地系统的短路故障模式和工作特点,提出一种基于自关断器件的半控桥式结构限流器,能够降低主电路成本,简化控制方法和控制电路设计,提高系统的可靠性.对所提限流器进行了详细的仿真和实验研究,结果证明了所提故障限流器及其控制策略的有效性和实用性.     

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.     

新型桥式超导故障限流器的仿真研究

普通桥式超导故障限流器(Superconducting Fault Current Limter,SFCL)只能限制故障短路电流的峰值.不能限制短路电流的稳态值.应用电力电子技术对桥式超导限流器的结构进行改进,能在保持原有桥式限流器优点的基础上,有效限制短路电流的稳态值.针对一种新型桥式SFCL,在分析其限流过程的基础上,利用PSCAD仿真系统分析发生三相短路故障时的限流情况,并对影响其限流效果的限流电阻、超导电感及电阻投切装置的响应时间3个主要参数进行了进一步的讨论.结果表明,该限流器在配电网中不仅能有效地限制短路故障电流,抑制母线电压跌落,而且不用更换现有的开关设备,具有较大的经济效益.     

并联补偿电容对限流器运行影响的仿真研究

当发生短路故障时,限流器通过插入等效限流电抗来限制短路电流。此等效限流电抗主要是感性的,因此与系统中的容性负载作用可能发生谐振,产生不利影响。对感性负荷带并联补偿电容的情况下,新型桥式固态限流器（不带旁路电感和带旁路电感）采用预触发与不采用预触发时的运行工况及是否会产生谐振进行了理论分析与比较,并通过系统仿真对分析结果进行了验证。     

并联补偿电容对限流器运行影响的仿真研究

当发生短路故障时,限流器通过插入等效限流电抗来限制短路电流.此等效限流电抗主要是感性的,因此与系统中的容性负载作用可能发生谐振,产生不利影响.对感性负荷带并联补偿电容的情况下,新型桥式固态限流器(不带旁路电感和带旁路电感)采用预触发与不采用预触发时的运行工况及是否会产生谐振进行了理论分析与比较,并通过系统仿真对分析结果进行了验证.     

具有旁路电感的新型固态故障限流器的研究

提出一种适用于高压电网的具有旁路电感的新型固态故障限流器，分析了新型固态故障限流器的工作机理，给出了在各种短路故障情况下的控制策略，并对其进行仿真研究。理论分析和仿真结果及试验表明，系统正常运行时，限流器对电力系统没有明显的影响；故障一旦发生，立刻控制桥路，尽快关闭桥路使桥路退出故障回路的运行，同时旁路电感立刻插入线路进行限流，不会引起附加振荡和过电压，控制方法简单，新型固态限流器具有良好特性，是电力系统中有前途的保护设备。     

三相偏磁桥路型限流器控制系统研制

设计的三相限流器控制系统由3个单相偏磁桥路型限流器、3个限流电抗器、励磁电源系统及电网运行状态监测系统组成,采用以2个数字信号处理器(DSP)为核心处理器的控制器,一个主要负责为偏磁桥路型限流器提供励磁电流;另一个主要负责监测电网电流、电压,实时采集电流、电压数据,当发生短路故障时及时作出判断,并通过CAN总线将控制参数发送给励磁控制器.分析了系统的工作原理,给出了三相控制系统的硬件、软件设计方案,并为控制系统的偏磁桥路型限流器设计了可以克服偶倍频反电势的基于DSP和现场可编程门阵列(FPGA)的数字励磁控制器.在所研制的380V/150A、最大故障限流1000A的偏磁桥路型限流器试验样机上进行了各种短路试验,试验结果表明所设计的控制系统软、硬件方案可行有效.     

基于半控桥的三相接地系统短路限流器及其控制方法

提出了一种用于三相接地系统的基于半控桥的新型短路故障限流器拓扑结构。对新型限流器在单相对地短路、两相对地短路和三相短路状态下的控制方法和限流工作原理进行了详细介绍。该限流器中含有一对功率二极管组成的桥路,可以自动为直流电感提供续流通道,因此,在短路故障发生并被检测到之后,只需要控制关断与故障相相连接的桥臂上的开关管,则故障相即可退出系统,非故障相仍然正常供电。采用PSIM6软件,对各种短路模式下的限流方法及限流效果进行仿真研究。制作了小容量的半控桥式限流器实验装置,并进行了详细的实验研究,给出了3种短路模式下主要变量的实验波形。仿真和实验结果一致,验证了所提限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

混合直流系统中基于平波电抗器与限流电抗器参数优化的限流策略

直流线路正常运行过程中,平波电抗器可以减小电流纹波。当直流线路发生故障时,限流电抗器的快速投入可以抑制故障电流的上升速度。因此,考虑限流电抗器与平波电抗器的协同,不仅可以抑制故障电流的上升速度,而且能够降低直流断路器的切断容量。然而,受到投资成本和系统动态特性的制约,平波电抗器与限流电抗器的电感容量需要保持在合理的范围内。因此,对直流输电系统中平波电抗器和限流电抗器的容量进行优化配置,在保证限流能力的同时降低投资是十分有意义的。首先,建立了交直流混联系统的故障等效模型,并分析直流线路发生双极性短路时两端故障电流的特性。其次,建立了平波电抗器和限流电抗器的优化配置数学模型。最后,基于MATLAB仿真试验对所提限流策略进行了验证。     

考虑故障限流器动作的直流电网限流电抗器优化配置

模块化多电平换流器(MMC)型柔性直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的有效手段,其直流故障限流是线路保护所面临的重要技术挑战之一。根据直流电网双极短路故障后电容放电机理,考虑故障限流器投入过程与直流断路器的切断过程,并兼顾了金属氧化物避雷器(MOA)的能量耗散特性,在PSCAD/EMTDC电磁仿真平台下,基于相域频变架空线模型,研究了投入故障限流器后的直流故障电流特性。在对称双极四端直流电网拓扑中,以各个直流出口故障点的直流断路器切断电流之和最小、故障限流器和直流断路器中的MOA吸收的能量之和最小作为两个目标函数,采用simplex算法对直流电网中各条直流线路的限流电抗器进行了多目标优化配置,并给出不同权重下的各条直流线路的限流电抗优化配置方案。     

有源等效阻抗限流器的研究

有源等效阻抗限流器由电压型电力电子逆变器、直流电容、滤波器组成,通过变压器串联接入电网.电网正常时,限流器实现提高电能质量的功能或停止工作;故障发生后,立刻投入限流,对电网来说限流器等效为一可调阻抗,此阻抗设定为纯电感时可同时满足限流及使装置提供的有功最小.给出了实际电路与控制方法,理论分析与仿真结果均表明限流器具有优良的限流特性.