紧凑型混合励磁三相饱和铁芯型故障限流器

加装饱和铁芯型故障限流器是限制高压系统短路电流的有效方法,但其需要与外加的限流空心电抗器配合,导致整个限流系统占地面积和体积很大。因此,基于非正交解耦原理提出了一种紧凑型混合励磁三相饱和铁芯型故障限流器(compact hybrid-biased three-phase saturated core fault current limiter,CTFCL),其具有占地面积和体积小的优点。首先,提出了含非正交解耦绕组的CTFCL拓扑。其次,建立了CTFCL的等效电磁路模型,分析了其工作原理。然后,给出CTFCL的参数设计准则,搭建了220 kV的有限元模型,仿真验证了CTFCL的限流效果和电磁特性。最后,设计并研制出小容量样机,开展了实验研究。仿真和实验结果均证明了该文所提CTFCL的有效性,CTFCL对各种短路均有良好的限制效果,且对比得到CTFCL限流系统占地面积和体积较传统三相SCFCL限流系统分别减少了44%和26%,适合实际高压系统的安装与应用。

考虑短路电流暂态分量的高压交流系统短路故障限流器参数设计

在高压交流输电系统(HVAC)发生短路故障时,极大可能会产生含暂态分量(short circuit current transient component,SCTC)的短路故障电流;当SCTC含量很大时甚至会产生短路电流的零点漂移现象,会对故障限流器(fault current limiter,FCL)的限流工作和参数设计造成很大的影响。针对上述问题,提出了一种SCTC泄能型故障限流器(SCTC energy drain type fault current limiter,SEDFCL)及其参数设计方法,可以加快SCTC的衰减。首先,分析了SEDFCL与SCTC的相互影响和SEDFCL的电磁路工作机理,并研究了SEDFCL场路耦合特性,对电磁参数进行了设计;然后,通过有限元仿真搭建了220 kV SEDFCL模型,探究了SEDFCL结构的有效性、合理性、RC参数的调节作用,以及故障情况下SEDFCL功能的有效性;最后,搭建一台小容量样机,建立试验平台并进行样机试验,证实SEDFCL结构和功能的有效性。与传统五柱式限流器(five-column hybrid excitation type FCL,FHETFCL)相比,SEDFCL将时间常数显著降低117.66%,限流效果提高6.29%。

基于耦合电感的直流故障限流器

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器。当发生短路故障时,该故障限流器利用电感耦合特性等效投入电阻与电容组成的限流支路,以实现无延时的故障限流;当直流断路器分断故障电流时,该故障限流器利用耗能电阻耗散耦合电感储存的能量,从而分担直流断路器耗能压力,以达到降低避雷器容量需求、加快故障电流分断速度的目的。大量电磁暂态仿真结果表明,所提故障限流器具有良好的限流效果,能极大降低直流断路器的耗能压力。且该故障限流器制造成本低,易于实现。

电阻型直流故障限流器的冲击特性研究

直流故障限流器能够快速限制故障电流上升,但需要关注其在故障冲击过程中的限流动态特性。为此,开展电阻型限流器的故障冲击特性研究。首先,理论分析并推导限流器串入前后系统直流电压、限流器耐受冲击电流的数学表达式。然后,搭建直流大电流冲击平台,研发限流器实验室样机;在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建限流器模型并开展冲击特性仿真分析。最后,分别对单线圈和多线圈并联结构的电阻型限流器进行大电流冲击测试。仿真与实验结果表明:故障冲击越大,限流器失超后电阻上升越快且幅值越大,限流效果越好;在冲击电压较低时,限流电阻会呈现先迅速上升然后下降的趋势。

智慧建筑直流系统故障限流器拓扑及参数设计研究

含光充储用的智慧建筑直流系统具有更好的经济效益和环境效益。为避免短路过电流对智慧建筑直流系统造成危害,该文提出一种双向直流故障限流器拓扑,其特点为电流通过全桥换向阀组、单向流经全控开关管和各并联支路,故障后通过关断单向载流的开关管增大阻抗实现双向限流。分析该限流器的电阻、电感参数对电压应力和电流抑制能力的影响。其中,限流器参数在动作前对抑制效果影响较小;二极管和开关管的电压应力峰值与电阻取值几乎呈线性关系;动作后的电流抑制效果在电感增加时趋于饱和,而在电阻增加时抑制效果提升明显但受电压应力约束。采用Matlab/Simulink对限流器在375 V直流系统中的应用进行仿真验证,结果表明该限流器能满足智慧建筑直流系统故障电流抑制要求。

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。

基于串联补偿的故障限流器输出量反馈最优控制方法

目前研究的故障限流器输出量反馈最优控制方法对输出量的反馈准确率较低,控制过程时延较长。为了解决上述问题,本文基于串联补偿研究了一种新的故障限流器输出量反馈控制方法。建立串联补偿函数,对故障限流器输出量优化配置分析,分析不同的限流要求,得到限流器的限流效果,通过归一化处理实现优化,根据得到的优化函数得到电抗值。对初始成本分析和限流效果模拟,采用归一化函数构建出优化配置模型,对故障限流器输出量的优化配置进行分析。从而确定故障限流器输出量稳态,实现故障限流器输出量反馈最优控制。实验结果表明,基于串联补偿的故障限流器输出量反馈最优控制方法能够有效提高控制准确率,缩短控制时延。

新型小体积电阻型超导故障限流器的研究

针对电力系统发展过程中短路故障电流水平持续上升的问题,提出利用基于MgB2的小体积电阻型超导故障限流器限制短路故障电流,并测试其限流性能。结合改进的J-A磁滞模型和绝热一维热传递模型建立了电阻型超导故障限流器的热磁耦合模型和电路方程,动态模拟限流器在发生故障时的工作特性。试验结果显示,该超导故障限流器具有良好的限流作用,其限流率超过49%,失超恢复时间在1.5 s左右,可采用交替联接的方法达到重合闸的要求。结合试验结果充分验证了热磁耦合模型的合理性和精确性,提出在设计上限制超导故障限流器高度以提高MgB2绕组的利用率,为今后电网中MgB2超导故障限流器的研究提供了理论模型基础。

故障限流器在电力系统中应用研究现状

故障限流器可以快速地限制短路电流,保证系统安全稳定运行,是一种具有发展潜力的限制短路电流技术。在综合大量文献的基础上综述了国内外故障限流器的应用研究现状、发展应用;详细介绍了故障限流器的分类、基本原理和应用要求,归纳了它们在电力系统中的安装地点,提出了在实用化过程中故障限流器研究亟待解决的问题,包括:FCL与电力系统整体性能的交互影响;FCL与电网关键设备的交互影响;FCL的经济性评价;FCL与其他现有FACTS装置控制系统、电网调度控制系统的协调配合问题;FCL的最优化配置问题等。

电力系统故障限流器研究综述

总结了电力系统故障限流器(fault current limiter,FCL)的研究和发展现状,介绍了FCL的主要分类、特点以及不同限流方式的经济型FCL实现方案,归纳了FCL实用化研究中需要解决的关键问题,包括:FCL与电力系统整体性能的交互影响;FCL与电网中发电机、变压器、断路器、继电保护装置等关键设备的交互影响;FCL的经济性评价;FCL的优化设计;FCL在线状态监测等。文章还简要介绍了作者针对ZnO避雷器式故障限流器提出的新型实用化设计方案及其应用研究的进展情况。

具有串联补偿作用的新型故障限流器的拓扑结构和仿真

提出—种新型的具有串联补偿功能的故障电流限流器，它由补偿电容和旁路电感并联后与限流电感串联而成；和旁路电感相串联的可关断晶闸管（ＧＴＯ）控制正常时的补偿度和故障时的限流程度。通过仿真分析，证明此装置效果良好，是电力系统中有用的保护设备。

三相接地系统短路故障限流器及其控制策略

介绍一种适用于高压电网的三相接地系统桥式固态短路故障限流器的拓扑结构 ,分析了在各种可能的短路故障情况下限流电路的工作机理 ,给出了针对各种短路情况的控制策略 ,并用电力电子专用仿真软件 PSIM对其进行仿真验证。理论分析和仿真结果证明 ,该限流器具有对电力系统的正常运行无明显影响 ,在短路故障发生时无延时自动插入限流电抗器 ,断开故障电流时不会引起附加振荡和过电压 ,控制方法灵活 。

基于灵敏度法的超导故障限流器的优化配置

提出一种超导故障限流器(SFCL)优化配置的新方法。通过进行短路计算,首先确定安装SFCL能够可靠启动的支路,然后分析SFCL对网络阻抗矩阵的影响,得出短路电流超标点自阻抗对这些支路阻抗参数的灵敏度,根据灵敏度的大小,从中选取安装SFCL的多条候选支路,采用改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)这一多目标优化算法对候选支路进行优化计算,实现SFCL的安装位置、数量以及阻抗值的优化配置。最后,通过6节点系统和IEEE 39节点系统的仿真验证了所述方法的有效性和可靠性,大大缩小了解的搜索空间,实现了SFCL的优化配置,限制了超标点短路电流水平。

超导故障限流器对自动重合闸和继保的影响

随着电网容量的扩大,我国电力系统短路电流水平不断增加,需要在系统中安装一种有效的故障限流器——超导故障限流器(SFCL),以改善随着电力系统规模不断扩大而导致短路电流水平不断增大的严峻情况,提高供电的可靠性和系统的安全性与稳定性,而电力系统中装设的许多复杂的自动重合闸和继电保护装置的正常工作会被引入的SFCL阻抗变化特性影响。为此在概述了SFCL的原理和分类后定量分析了电力系统中不同位置安装的SFCL对系统自动重合闸和继电保护装置的影响,最后给出了不同SFCL合理的安装位置和SFCL安装后继电保护装置新的整定方法。

考虑漏磁效应的永磁饱和型故障限流器磁路建模与实验研究

漏磁效应对永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)的动态特性具有重要影响。针对一种直线式PMFCL的磁拓扑,以铁心磁通的工作零点作为分界阐明了其2个阶段的限流机理,指出铁心磁通自过零反向后将发生畸变,永磁体不再参与限流过程。基于磁场分割原理实现2类等效磁路模型中总漏磁导和漏磁系数的计算,针对拟圆环截面磁通管的漏磁导,提出基于曲线拟合而改变积分变量的求解方法。在Matlab/Simulink环境下建立了考虑漏磁效应的PMFCL仿真模型,分别与小电流和大电流工况的实验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。

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。

基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置

针对高温超导故障限流器(high temperature superconductor-fault current limiter,HTS-FCL)的全网优化配置问题,提出了一种基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置新方法。该方法综合考虑了限流器的成本和限流效果这2个优化目标。首先介绍了HTS-FCL的基本结构和原理,分析了安装高温超导故障限流器对原系统自阻抗的影响,提出了一种基于短路电流变化率的灵敏度计算方法,该方法可以缩小搜索空间,提高算法效率。然后分别建立了限流器成本评价子函数、限流效果评价子函数和多目标评价函数,制定了基于免疫算法的多目标Pareto优化算法流程,并在传统免疫算法的基础上提出了一种改进型的等成本倒位算子,通过仿真验证表明该算子较常规的免疫算法,能更好地收敛到最优解。最后以IEEE 39标准节点系统为例,实现了HTS-FCL的全网优化配置,验证了新方法的有效性,并求得了在综合考虑限流器成本和限流效果下的Pareto最优解集,设计者可以根据自己的意愿和实际情况在所求得的Pareto最优解集中选择合适的最优方案。

大容量永磁饱和型故障限流器参数设计与优化

为适应大容量应用需求,针对一种直线式永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)磁拓扑结构,基于等效磁路法建立了以饱和深度比、电感比与电感和为基本变量的结构参数设计算法,并通过分析铁心上工作点的变化规律,将PMFCL结构参数优化转化为对3个独立变量的优化,即对铁心i-Be曲线上3个关键点的优化问题,为获得最优结构参数奠定了算法基础。将参数优化算法应用于110 kV系统设计实例,并基于Maxwell-2D软件建立了直线式PMFCL的场–路耦合仿真模型,验证了算法及优化结构参数的有效性。

具有旁路电感的新型固态故障限流器的研究(英文)

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。

多断口快速开关型高压故障限流器

随着电网容量不断发展,局部地区电网短路电流过高,严重威胁系统稳定、安全运行。文中提出了一种多断口串联的高压快速开关型故障限流器,通过隔离变压器将操作机构与断口等电位,采用"一拖二"式电磁斥力机构,取消了绝缘拉杆,既实现了快速分合闸,也解决了故障限流器采用电容式电压互感器供能时系统不带电情况下无法分合闸的问题。另外,通过三维有限元仿真,优化设计了双线圈串联型斥力机构参数,提取了多断口对地杂散电容,并通过增加断口均压电容保证多断口均压一致性。最后,搭建了LC振荡试验回路,对所研制的220 kV多断口串联快速开关型故障限流器进行了原理验证,获得了多断口快速开关在向限流电抗转移短路电流动态过程中的均压特性。此外,对该样机快速开关进行了不同燃弧时间的开断合成试验,试验测试结果表明,快速开关能够在一个周期内开断高直流分量的短路电流。