电感式直流限流器研究综述

高压直流系统短路故障电流抑制问题是目前直流系统保护的核心问题之一,电感式直流故障限流器能深度抑制系统短路电流上升速度,是解决短路故障电流问题的有效方法。该文首先分析了直流系统的故障电流特性,提出了限流器性能评价指标。其次,分析了磁通耦合型、饱和铁芯型和固态型3种电感式直流限流器的工作原理、电气特性和最新研究进展。然后,归纳和对比了不同类型电感式直流限流器的电感增益倍数、动态响应时间、耐压/通流能力和成本等性能评价指标,并给出了各自优缺点和适用的直流电压等级。最后,根据未来直流电网的发展趋势,给出了各类限流器亟待解决的关键技术问题,如超导材料的失超一致性问题、饱和铁芯限流器的励磁系统性能问题、固态限流器的多功能化等,为直流限流技术的进一步研究方向做出了展望。     

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。     

基于超导限流器混合式直流断路器开断特性分析

为了降低混合式直流断路器在直流配电网中开断故障电流时所承受的应力,提出一种基于电阻型超导与绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)控制限流电阻相结合的桥型电路拓扑结构的混合超导限流器,并对影响混合式直流断路器开断暂态特性的因素进行分析研究。该种桥型超导限流器通过IGBT可分级控制接入电阻,弥补故障时超导失超阻值大小不可调节的缺点,通过超导限流器和混合式直流断路器的配合,在故障前期由超导限流器抑制故障电流上升率,并当故障电流上升到断路器动作电流时,则令混合式直流断路器动作从而切断故障支路。为了分析含超导限流器直流断路器的开断应力,建立了含有超导限流器与混合式直流断路器分断故障电流的暂态电网回路,并从理论上推导、分析加入超导限流器后,混合式直流断路器在开断故障电流时所承受的应力变化。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建桥型超导限流器和混合式直流断路器的暂态回路模型,仿真验证所提超导限流器的有效性和实用性。     

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。     

一种新型超导直流故障限流器

与用于交流系统或双极直流系统的限流器不同,用于多端柔性直流系统的故障限流装置应能够在短路故障发生初期有效抑制故障电流的快速上升,避免在线路断路器动作之前换流器桥臂闭锁.针对这一性能要求提出了一种专门用于多端柔性直流电网中的新型超导故障限流器的基本结构和工作原理,并制作了原理验证样机.通过对原理验证样机开展的一系列实验,...     

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。     

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。     

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。     

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。     

Correction of saturated current transformers secondary current using ANNs

Current transformers (CTs) provide instrument-level current signals to meters and protective relays. Protective relays' accuracy and performance are directly related to steady-state and transient performance of CTs. CT saturation could lead to protective relay maloperation or even prevent tripping. This paper proposes the use of an artificial neural networks scheme to correct CT secondary waveform distortions. The proposed module uses samples of current signals to achieve the inverse transfer function of CT. Simulation studies are preformed and the influence of changing different parameters is studied. Performance studies results show that the proposed algorithm is accurate and reliable. The proposed algorithm has also been implemented and tested on a digital signal processor board. Details of the implementation and experimental studies are provided in this paper.     

计及涌流影响的零序电流保护风险评估

针对高压内置变压器空投导致零序电流保护误动的问题,从系统层面研究计及涌流影响的零序电流保护风险评估,以完善现有风险评估模型在涌流场景下未涉及盲区的不足。考虑影响涌流产生的多因素并非完全可得,提出了一种计及参量完备性的误动概率计算模型。在参量信息缺失不可得时,利用电网设备状态监测数据库中的数据补充计算,并分配相应的权重得到综合加权误动概率。在此基础上给出了具体风险指标和操作建议。通过具体的算例对所提出的风险评估方法进行展示,评估结果与实际运行中线路和母联动作结果一致。     

330 kV电流互感器电流异常故障分析

电流互感器是330 kV超高压电网中最重要的测量设备之一,其将系统中的大电流变换为仪表可直接测量的小电流,用于电能计量和保护控制.电流异常是较为常见的电流互感器故障,通过电流互感器的结构剖析分析了可能引起电流异常的原因,研究了因绝缘中出现分流通路导致二次电流偏小的机理.介绍了一起电流互感器电流异常故障的发现、检查和试验过程,研究了环氧浇注质量不良导致故障的原因,并最后提出了类似故障的防范措施和质量改进建议.     

Simulation of a differential current protection scheme involvingmultiple current transformers

Differential protection schemes for busbars, generators or transformers connect multiple current transformers in parallel across a common burden. This paper describes the techniques used to simulate such an arrangement and concentrates particularly on the three current transformer case     

放电电流密度对DMFC交流阻抗的影响

测试了膜电极组件(MEA)在不同工作电流密度(J)下的交流阻抗谱,并用等效电路L1R1 (CR2)[ QR3(L2R4)]进行拟合.内阻变化最平缓,先减小,后略微增大,变化幅度小于初始值的10％;阴极法拉第阻抗随着电流密度的增大而减小,当J＞ 1.00 A/cm2时,产生的水膜导致三相界面减少后,该阻抗又增大;阳极反应...     

非周期分量对电流互感器饱和特性的影响的仿真

电流互感器是将系统一次侧的电流信号传变到二次回路的重要测量设备,绝大部分继电保护依赖于电流互感器传变过来的电流信号而动作.电流互感器是否能够将一次电流准确的传变到二次侧是继电保护能否正确动作的关键.因此,电流互感器模型在电力系统仿真中有着重要的作用.着重介绍了电力系统暂态仿真中常用的Jiles-Atherton电流互感器的数学模型.并利用该电流互感器模型,仿真了变压器空载合闸产生的励磁涌流的过程,并分析了非周期分量对电流互感器饱和特性的影响.     

非周期分量对电流互感器饱和特性的影响的仿真

电流互感器是将系统一次侧的电流信号传变到二次回路的重要测量设备,绝大部分继电保护依赖于电流互感器传变过来的电流信号而动作。电流互感器是否能够将一次电流准确的传变到二次侧是继电保护能否正确动作的关键。因此,电流互感器模型在电力系统仿真中有着重要的作用。着重介绍了电力系统暂态仿真中常用的Jiles-Atherton电流互感器的数学模型。并利用该电流互感器模型,仿真了变压器空载合闸产生的励磁涌流的过程,并分析了非周期分量对电流互感器饱和特性的影响。     

Studies of characteristics and design of superconducting fault current limiter with adjustable trigger current level in current limiting operation

Superconducting fault current limiters (SCFCLs) are expected to improve not only reliability but also stability of power systems. To introduce an SCFCL in a power system, various specifications such as trigger current level, impedance in current limiting operation, recovery time, and so on are necessary. Fault analyses point out that accuracy of the trigger current level is necessary. Therefore, an SCFCL of a transformer type with adjustable trigger current level was proposed and manufactured. Using the trial SCFCL, adjustability of the trigger current level was confirmed. It is found that the SCFCL has good limiting and recovery characteristics. In this paper, characteristics of the SCFCL are considered from a design point of view. Most of the specifications necessary for design depend on the characteristics in current limiting operation. Therefore, the characteristics of the SCFCL in current limiting operation are discussed. It is shown that this kind of SCFCL has good property for easy design, and its design principle is summarized. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(3): 30–38, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10054     

母线保护中电流互感器的深度饱和辅助判据

通过比较电流互感器未饱和及深度饱和时二次电流波形特点,分析了通过谐波比确定电流互感器饱和的不足之处．提出一种新的波形鉴别判据,作为谐波制动的辅助判据。该方法是将采样波形取绝对值。定义数据窗长度为半个周期。在每个数据窗内找到一个极大值Ymax,设假想门槛Yα,使Yα＝Ymax。用数据窗内每个采样点的值与假想门槛作比较,当采样点大于假想门槛,则计数器加1．仿真与动模实验的结果表明了辅助判据的可行性．从而解决了单纯依靠差流波形的谐波比来确定电流互感器饱和．在电流互感器发生深度饱和时可能出现的误开放问题。