串联补偿型限流器的设计与仿真

针对10 kV配电网系统,研究了一种串联补偿型故障限流器,该限流器由主回路串联的电容电感、与电容并联的金属氧化物避雷器、阻尼回路、反并联晶闸管以及旁路开关组成。在正常工作时它可以对线路进行无功补偿,改善功率因素;在短路故障时能够起到限制短路电流的作用。首先建立了10 kV配电网仿真模型,根据限流器的限流系数设计了该限流器的拓扑结构。通过Matlab/Simulink模型仿真的方法,对该限流器的工作原理和限流过程进行了描述,给出了限流器中各个器件参数的设计与选型过程,特别是获得了阻尼回路器件参数对限流特性的影响规律。研究表明该限流器在系统中可以起到明显的限流作用,并且易于实现工程应用。     

新型故障限流器的仿真与现场实验

有效限制短路电流对于保证电力系统安全稳定运行和减小短路对电气设备损害具有重要意义。为此,提出了一种新型故障限流器拓扑,其中快速开关用于快速分断,触发真空开关用于控制预先充电的脉冲电容器放电,以促使快速开关电弧迅速熄灭,实现短路电流的主动转移,电阻被用作限流元件。设计制作了10kV电压等级限流器样机。基于限流器参数和实验现场参数,用ATP软件建立了限流器在实际线路中的仿真模型。短路限流过程的仿真计算结果表明,该限流器在所设条件下可将短路电流限制到无限流时的60%。在变电站实际线路中对限流器样机进行了现场实验,实验结果与仿真结果基本一致。     

一种基于高耦合分裂电抗器的500 kV限流器拓扑

为限制500 kV及以上电压等级电网90 kA级别的短路电流,提出一种基于高耦合分裂电抗器的限流器拓扑。其中高耦合分裂电抗器一臂电感串联一组快速开关,与另外一臂电感并联,由快速开关控制限流器的投入。首先,对限流器的拓扑结构及工作原理进行了详细分析及改进,并通过小样机试验验证了其拓扑原理的有效性。然后,根据电网实际参数搭建了500 kV系统侧等值模型,通过限流器参数配置原则确定了500 kV、90 kA级别短路电流下的限流器参数,仿真得到此拓扑对90 kA级别短路电流限流深度超过40%,限流过程中过电压不会超过本体的绝缘要求。最后,为降低限流器对线路主断路器的影响,在限流器单模块两端并联1 500 nF电容,给出了500 kV系统并联电容选取原则,验证了并联电容不会对限流器内部绝缘造成影响。     

改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究

由于基本桥路型超导限流器对短路电流稳态值限流效果较小,本文提出了一种改进桥路型高温超导故障限流器。正常工作情况下,限流器四个桥臂上的二极管均导通,对系统无影响;系统发生短路故障后的前100μs内,该限流器像基本桥路型限流器一样立即限制短路电流峰值,其后利用固态开关的切换,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力,从而使装置能有效地限制短路电流稳态值。实验表明,该限流器具有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量。     

基于自驱动变阻器的新型故障限流器

短路故障电流会给系统的安全稳定和经济运行带来危害,安装故障限流器可以快速有效限制短路故障电流,在电网短路故障抑制方面具有良好的应用前景。因此提出一种基于自驱动变阻器的新型故障限流器,其在正常运行时损耗很低,短路发生时无需任何检测设备和辅助开关便可完成对首半波峰值的限制。首先对限流器动作和限流过程进行理论分析,基于COMSOL平台建立有限元模型对限流器自驱动过程的运动和受力情况进行建模仿真,并对短路故障电流造成的装置电磁环境变化加以研究。然后建立基于PSCAD/EMTDC平台的振荡电流源短路故障仿真模型,通过仿真验证了新型故障限流器的限流效果。最后完成了样机制作,并通过搭建试验回路进行了试验验证。试验结果表明：在预期电流峰值为15 kA的情况下,基于自驱动变阻器的新型故障限流器能够在4.2ms限流,将首半波故障电流峰值从15.6 kA限制到14.51 kA。通过仿真与试验验证了所提新型故障限流器的可行性,限流效果明显,可为工程应用提供一定技术参考。     

磁控开关型故障限流器神经网络自适应偏置电流控制

针对磁控开关型故障限流器在故障后其偏置线圈中会产生偶次反电动势,三相全控整流桥的负载突变为带偶次反电动势的电阻电感负载,提出了基于神经网络的磁控开关型故障限流器自适应偏置电流控制系统。该系统采用两个神经网络来分别构成自适应控制网络和辨识网络,对控制器参数进行自适应调整和在线辨识,实现了偏置电流的实时控制。试验证明,利用该控制系统对限流器偏置电流进行控制,限流器的响应速度和限流效果可以得到保证。     

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。     

含冗余保护的超高速故障限流器设计与试验研究

针对牵引供电系统短路电流冲击频繁的特点,设计了一种基于超高速开关、具有冗余保护功能的故障限流器。其中超高速开关和限流电抗器构成保护主电路Ⅰ,而双分裂电抗器、并联电容器和电抗器组成的并联谐振回路为冗余保护电路Ⅱ。二者之间通过互锁开关并联,在功能上均可单独实现故障限流的功能。正常情况下保护主电路Ⅰ运行,冗余保护电路Ⅱ热备,主控制器通过实时监测系统电流和保护支路Ⅰ的状态控制保护支路Ⅱ投切。在此基础上,研制了故障限流器样机,并对其构成关键部件功能进行了分析。最后,通过故障限流器仿真与现场试验分析验证了该样机的可靠性。结果表明该限流器能够在断路器动作之前检测到故障电流并动作,在最大程度上起到了限流作用。     

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。     

直流SMC铁心高温超导故障限流器的研究

分析了直流电力系统保护的发展现状,设计了一种铁心型高温超导故障限流器。为了尽量延长限流的时间,限流器的铁心采用软磁复合材料(SMC)。限流器在系统正常工作时对电力系统影响很小,当短路故障发生时,它会很快表现为大阻抗以限制短路电流。基于磁场有限元与电路耦合的计算方法,首先对限流线圈在短路过程中的非线性电感进行精确计算,然后结合计算结果,在电路仿真程序中计算短路电流。通过对比SMC与硅钢铁心材料限流器的限流情况,可以看出SMC铁心限流器对于直流电力系统短路故障的限流效果更好。在短路故障发生后8 ms时,该限流器能将短路电流限制到最大值的12%。     

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。     

采用脉宽调制控制的新型故障限流器

设计了一种采用脉宽调制(pulsewidthmodulation,PWM)控制的具有动态串联补偿功能的故障限流器,主要由以PWM原理控制的电感、开关控制的电容器组、限流电感构成。正常时通过控制投切的电容器组实现可控串联补偿功能,故障时通过改变脉冲的占空比可得到变化的阻抗,达到可控限流的目的。采用Matlab进行数字仿真证明了该故障限流器的有效性。     

串联补偿型故障电流限制器应用研究

随着电网规模和电力需求的不断增大,控制电网的短路电流水平已成为急需解决的问题。文章提出了一种具有串补功能的故障电流限制器,由电容器、电力电子器件控制的旁路电感、串联电感等组成。该装置在系统正常运行时可调节输电线路等效电抗值,提高系统传输能力;系统故障后,可以快速投入旁路电感限制短路电流。以2017年安徽省电网规划运行数据为基础,研究了故障电流限制器在短路电流超标的变电站中的应用点,搭建了仿真模型,仿真结果表明该装置可有效地抑制短路电流,缓解故障引起的电压暂降问题。     

串联谐振型FCL对高压断路器开断短路故障的影响

基于串联谐振型故障限流器的等效分析模型,分别针对短路出线故障和近区故障,详细研究了限流电感及其并联杂散电容对短路电流、断路器瞬态恢复电压第一个峰值以及瞬态恢复电压上升率的影响,并综合以上指标得到了断路器苛刻度的变化规律。研究表明,选取合适的限流电感、采取合理的措施改变限流电感并联杂散电容能够有效地降低断路器的苛刻度,有利于断路器对短路故障的开断。     

基于电压源换流器的柔性配电系统故障限流方案

基于电压源换流器的直流配电系统故障线路电流因电容放电而迅速上升,换流器中大量电力电子器件使系统对故障隔离时间提出较高的要求,而故障限流器接入直流系统不仅能限制直流侧故障线路电流,还能限制交流侧以及换流器中的电流。从系统整体限流的角度出发,提出一种基于全控型晶体管的新型限流模块,根据两极短路的故障暂态过程对限流原理进行详细分析,并给出限流模块参数选择的一般原则及其理论计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,通过大量的仿真测试、对比,验证该限流方案的有效性。     

磁控开关型故障限流器偏置电流模糊PID控制

为提高偏置电流系统的控制精度,设计了一种运用模糊PID在线修改控制器参数的新型偏置电流控制系统。该系统集PID控制及模糊控制的优点于一体,具有不需要精确的数学模型就能够快速、精确控制偏置电流的特点。试验证明,利用该控制系统对限流器偏置电流进行控制,限流器的响应速度和限流效果可以得到保证。     

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。     

一种基于10kV配电网的新型短路限流器研究

配电网容量增大和非线性负荷的增加致使短路电流的增大、电能质量的变差,传统的固态短路限流器性能已满足不了电网运行的要求.提出了一种主要由限流电感与并联在电感两端的背靠背系统组成的新型短路限流器,分析了新型短路限流器的拓扑结构及其控制策略,通过搭建仿真模型进行仿真分析,证明该方法可以对电网中任意的短路故障进行操作,且可以改善电网的电能质量.