基于多功能串联补偿器的感应电机优化控制

用户与电网的互动技术是配电网安全、高效运行的重要内容。首先,提出了采用多功能串联补偿器MFSC(multifunctional series compensator)的感应电机优化控制方法,通过灵活控制MFSC中的串联型电压源变流器,使其能够分别运行在电压补偿模式、自适应柔性软启动模式。在电网电压跌落期间,通过在故障相注入补偿电压快速恢复电机定子并网点电压,保证电机稳定运行;在感应电机启动期间,基于动态分压原理,通过注入变化的虚拟阻抗实现对机端电压的柔性调节,保证电机柔性启动冲击电流和谐波扰动均较小,启动过程平滑。然后提出了MFSC系统的优化控制策略及参数设计方法,仿真和实验结果验证了MFSC系统在感应电机中应用中的有效性和正确性。     

适用于鼠笼异步发电机的多功能串联补偿器

为改善鼠笼型异步风电机(squirrel cage induction generator,SCIG)的低电压穿越能力,提出了一种适用于SCIG的多功能串联补偿器(multi-functional series compensator,MFSC)。MFSC可连接于风机定子与并网点之间,能够实现风电场低电压穿越、故障后风机并网点电压快速恢复、系统短路故障限流等多种功能。通过分析电网故障下的SCIG风机工作特性,给出了MFSC功能实现的数学模型;重点介绍了MFSC的不同功能控制策略、多模式切换流程及新增晶闸管控制短路支路优化控制策略。采用PSCAD/EMTDC软件建立了仿真系统,仿真结果验证了MFSC多种功能应用的有效性。     

基于可控串补的故障限流器

研究了一种基于可控串补结构的故障限流器,可对电网进行功率控制并在故障时降低短路电流水平。该故障限流器主要由并联电容、并联电感、反并联晶闸管和与开关并联的串联电感构成。开关用于装置在串补和限流模式间进行切换,装置正常工作时运行于串补模式,故障时迅速切换到限流模式运行,有效限制短路电流。该装置在原有串补装置上改动较少,可为现有设备增加故障限流功能做参考。通过Matlab/Simulink软件对系统进行仿真研究,结果表明此装置能够控制功率并限制短路电流,是电力系统中可靠的保护和控制装置。     

适用于主动配电网的多功能串联补偿器研究

提出一种适用于主动配电网(ADN)的多功能串联补偿器(MFSC),可作为分布式能源系统与公共交流配电网的连接接口,实现动态电压补偿及故障限流的双功能。分别分析电网正常运行及发生短路故障下,MFSC的工作原理和直流系统能量平衡原理,并建立MFSC电压补偿及故障限流数学模型。此外,提出MFSC的电压补偿模式、故障限流模式、分布式电源与储能单元协调模式的控制策略。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件上验证了所提新拓扑的有效性,并搭建实验室平台验证了其电压补偿功能及限流功能的正确性。     

不同接入方式下限流电抗器参数计算方法研究

为了限制短路电流水平,电力系统中多采用线路中串联限流电抗器的方法来限制短路电流,限流电抗的参数直接影响到短路电流水平。通过计算系统需要接入的电抗值,选择合适的电抗器参数,可以使短路电流保持在供电系统能够接受的范围。针对电力系统中限流电抗器的两种不同接入方式,对包含限流电抗器的配电网短路过程进行分析,根据不同接入方式下系统短路暂态过程中电流变化规律,结合故障时系统能够承受的最大电流水平,计算出限流电抗器需要提供的阻抗值,推导出限流电抗器参数阻抗值选择计算方法。结果表明在不同接入方式下,所需接入的电抗值不同,经故障限流器接入时,电抗器接入系统时间滞后于短路发生时间,因此为了获得相同的限流效果,需要选择阻抗值更高的限流电抗器。     

适用于双馈风机故障穿越的多功能串联补偿器

双馈风机DFIG（doubly-fed induction generator）因其对电网故障的敏感性,其故障穿越运行能力成为研究热点。为了提高DFIG的故障穿越能力,采用一种适用于DFIG的多功能串联补偿器MFSC（multifunctional series compensator）。MFSC连接于风机定子和并网点之间,可根据电网电压发生故障的不同程度,工作在动态电压补偿DVC（dynamic voltage compensation）和限流两种模式下,补偿跌落电网电压和限制风机电流突升。通过分析电网故障下的DFIG特性,给出了MFSC功能实现的数学模型;重点介绍了MFSC的不同功能控制策略和多模式切换流程。采用MATLAB软件建立了仿真系统,仿真结果验证了MFSC实现DFIG故障穿越的可行性和有效性。     

一种经济型故障限流器及其控制策略

提出了一种应用柔性输电技术改善电网电能质量和提高稳定性的经济型短路故障限流器。在输电线路正常运行时,串联在线路中,几乎无能量损耗;当有故障发生时,快速切换到故障限流模式,有效的限制短路电流。分析了这种经济限流器的参数整定及其控制策略,并利用PSCAD和MATLAB软件对其进行了特性分析和电磁暂态稳定性仿真,结果证明了该模型有良好的限流性能和控制策略的可行性。     

基于电压应力分析的柔性直流换流站故障限流阻抗参数优化

故障限流器(FCL)能在柔性直流电网短路故障识别后快速投入限流,以降低对直流断路器(DCCB)的要求。首先,通过分析FCL的工作原理,获取故障下含FCL的柔性直流换流站等效电路;计算不同阻抗类型的FCL故障电流和电压应力,分析其随故障限流阻抗参数变化的特征,提出理想限流阻抗并分析其特征。然后,提出以DCCB分断电流和FCL成本为优化目标的限流阻抗参数优化方法。在PSCAD/EMTDC中进行仿真对比,验证了电压应力计算和优化模型的正确性。     

孤岛微电网中虚拟机差异化故障穿越方法

孤岛条件下,多虚拟机组成的微电网在暂态过程中存在严重的过流及稳定性问题。分析了虚拟机冲击电流的数学模型,提出了快速限流控制和虚拟阻抗限流控制两种限流方法。在此基础上,考虑微电网的安全性与稳定性,提出了孤岛微电网中虚拟机差异化故障穿越控制策略。该策略对故障程度严重的近端虚拟机,采用快速电流控制抑制冲击电流同时合理分配功率;对于故障程度较浅的远端虚拟机,采用虚拟阻抗控制限制短路电流同时为微电网提供频率支撑。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了控制策略的有效性。     

基于新型铁心控制的配电系统串联补偿故障限流装置的仿真分析

为动态调整配电网电压,并在故障时降低短路电流水平,分析了基于铁心控制的串联补偿限流装置。该装置由固定电容、旁路断路器、氧化锌限压电阻、直流励磁铁心磁控电抗器构成。正常运行时,装置工作于串联补偿状态;故障时,迅速切换到限流模式运行,有效限制短路电流。该装置由传统晶闸管控制的串补设备改进而来,具有输出谐波小、控制简单的特性。通过Jmag和Matlab/Simulink软件对系统进行了仿真分析,仿真结果验证了该装置设计方案的可行性。     

半桥型MMC直流侧故障限流组合控制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网在直流短路故障时电流峰值较高且上升速度极快,严重时会造成MMC闭锁从而导致系统大面积停运。为在短时间内限制故障电流对系统的影响,文中提出一种对半桥型MMC适用的故障限流组合控制策略,利用MMC自身的高度可控性,无须外加限流装置,即可达到故障限流效果,并降低对直流断路器的技术需求。首先,文中阐述了限流组合控制策略中2种不同的限流环节及其基本原理。其次,分别分析2种限流环节对直流故障电流、交流电流以及桥臂电流的影响,推导限流组合控制下的直流故障电流计算式。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建半桥型MMC四端直流电网模型进行仿真分析,结果表明所述限流组合控制策略能够有效限制直流故障电流,减小故障点近端换流器的功率和电压波动,降低交流电流和桥臂电流的过流峰值。     

新型多功能固态限流器对0°接线方式的影响及其解决办法

固态限流器通过在线路中串入等效阻抗实现限流,这势必对系统距离保护产生不良影响。以新型多功能固态限流器为例,分析了固态限流器接入系统对反映相间短路故障0°接线方式的影响,提出了一种消除等效限流阻抗影响的接线方式。利用PSCAD/EMTDC对比分析了采用所提出接线方式和不采用的两种情况下,系统不同位置发生相间短路故障时距离保护继电器的动作特性。仿真结果表明：所提方法消除了固态限流器对继电器测量阻抗的影响,保证了继电器动作的可靠性。     

基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电系统直流短路后电流上升迅速且伴随大量的能量释放,为限制其故障电流,提出一种基于桥臂电压控制的MMC主动限流方法。根据故障电流影响因素分析,针对不同交流出口特性需求,设计了故障期间桥臂电压控制方法,通过减小桥臂电压直流分量降低直流出口电压,从而抑制故障电流上升率;考虑主动限流策略对交流电压及桥臂电流的影响,以MMC不闭锁为约束条件,设计了控制参数的选取原则,最后在四端直流电网中对该主动限流方法的限流效果及其对故障切除后功率恢复的影响进行了仿真分析。结果表明,所提主动限流方法能够有效限制短路电流,降低直流断路器的电流开断难度,且对故障切除后的功率恢复影响较小。     

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。     

具有故障限流功能的线间直流潮流控制器及其控制方法

针对多端直流输电系统潮流调节和故障电流抑制两大难题,提出一种具有故障限流功能的线间直流潮流控制器(IDCPFC),可以实现线路电流灵活调节和直流故障电流抑制.首先,介绍了IDCPFC的拓扑结构、工作原理和等效电路,该结构具有模块化、可拓展的优势,在此基础上提出了电压、电流分时控制方法.然后,分析了所提IDCPFC在直流短路故障工况下的运行特性,提出了闭锁降压限流方法和过压旁路保护策略,研究了故障电流抑制能力的影响因素及参数选取.最后,在PLECS中建立了三端直流系统的仿真模型,仿真结果证明了所提IDCPFC在潮流控制、功率阶跃和故障限流工况下的有效性,并研制了小型样机验证了IDCPFC的潮流调节和故障限流功能.     

新能源电源接入不平衡配电网的短路计算方法

当新能源机组接入三相不平衡的配电网后,由于配电网不平衡元件在正、负、零序条件下难以解耦,将使得以传统对称分量法为基础的电网短路电流存在难以准确计算等问题,需要以相分量故障分析方法为基础进行计算。同时,新能源电源在电网故障条件下将进行低电压穿越运行,受其接入方式、低电压穿越控制策略及机组Crowbar保护等因素的影响,其短路电流特性将不同于传统同步电机,需要建立不同类型的新能源电源短路计算相分量模型。因此,文中首先根据不同类型新能源机组的低电压穿越控制策略综合分析了现有新能源电源等值计算模型,并建立了相应的短路计算相分量模型,然后基于传统相分量故障分析法,根据故障条件建立故障后的相分量导纳矩阵和电压方程,进而提出了含不同类型新能源接入不平衡配电网的短路计算方法。最后,通过仿真案例对所提方法的有效性进行验证。     

限流式统一潮流控制器参数设计及设计实例

限流式统一潮流控制器（unified power flow controller with fault current limiting,UPFC-FCL）可以在系统发生短路故障时有效保护UPFC侧装置不受短路电流的冲击而损坏.在结合限流式UPFC工作原理的基础上,给出装置参数的设计方法,根据最大补偿容量和额定电流确定最大补偿电压,从而确定直流母线额定电压,根据补偿容量指标确定滤波电感的取值范围,按照短路电流水平设计限流电感.依据上述设计方法给出了额定电压为10 kV,最大补偿容量为1 MVA的装置设计实例,确定了串联侧注入系统的最大补偿电压、直流母线额定电压、并联侧及串联侧滤波电感、限流器模块限流电感等.PSCAD/EMTDC的仿真结果证明了文中设计的有效性和实用性.     

A transformer type fault current limiter with spark gap

A novel fault current limiter (FCL) is proposed in this paper. The FCL consists of a capacitor, a transformer and a spark gap. The spark gap is used to control the inductive reactance of the transformer for matching the capacitive reactance of the capacitor. During the short-circuit faults, the FCL resonantly produces a high impedance in the fault circuit after the breakdown of the spark gap, which enables the fault currents to be reduced. A steady-state analysis is made for investigating the current-limiting operation condition of the FCL. Laboratory test and Alternative Transients Program (ATP) are also employed to examine the current-limiting effect of the FCL. The results obtained from measurement and ATP-simulation show that the FCL has the capability of limiting the fault currents to lower levels.