基于限流电抗器电压的直流配电网单端量保护

直流配电网故障特性复杂,故障电流上升速度快且峰值大,快速、灵敏的故障识别与线路保护是保障直流配电网安全运行的关键技术之一。为此,针对增设限流电抗器的直流配电网,提出一种利用限流电抗器电压实现高灵敏故障识别的直流配电网单端量保护方案。首先,通过分析含限流电抗器的直流配电网故障特性,明确区内、区外故障时限流电抗器电压的特征差异。其次,研究限流电抗器对故障特性及直流保护的影响机制,提出虚拟补偿策略以增强故障识别的灵敏性。在此基础上,根据线路电压变化率设计保护启动判据,提出基于虚拟补偿的故障识别判据和故障选极判据,并给出完整的保护方案流程。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台进行大量的仿真测试,结果表明所提保护方案能够实现对直流故障的快速准确判断,无需通信支持,且对过渡电阻、噪声及负荷波动具有较强的耐受能力。

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。

变阻抗高温超导限流器的限流特性研究

超导限流器在系统短路限流中具有良好的应用前景,但是电阻型超导限流器在深度限流后难以快速恢复,针对此问题本文提出了交流系统中的一种基于组合超导线圈的变阻抗超导限流器,能在增大限流率的同时显著缩短主通流支路超导带材的通流时间。基于单根超导带材的实验结果在Simulink中依次建立了单根超导带材和变阻抗超导限流器的R-Q仿真模型,仿真分析了变阻抗超导限流器的限流性能和恢复性能,并通过实验验证了仿真结果的准确性,最后在10 kV交流电力系统中分析了变阻抗超导限流器的限流效果。结果显示,本方案超导限流器的主通流和主限流线圈带材根数之比为2∶1时,限流阻抗能增大到常规超导限流器的3倍以上,能有效提高电力系统的稳定性。

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%。

基于直流超导限流器的超导带材实验研究

为进一步认识直流超导限流器中超导带材在直流短路电流下的超导特性及失超电阻的建立规律,对超导带材进行了直流电流冲击实验,测量了冲击电流作用下带材的失超电阻特性,得出了单位长度超导带材失超电阻与其产热量具有固定的函数关系。以此建立了长度可变的超导带材电阻及温升仿真模型,分析了超导带材发生不可逆损伤的原因,并实验验证该模型的可靠性。基于该模型,对5 kV混合型超导限流器中超导组件进行了设计,此方法对其他超导限流器的设计也具有较强的指导意义。

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。

计及多元因素新型柔性限流器在多端直流系统中的优化配置方法

已有限流器优化配置方法大多以电阻、电感型限流器为配置对象,且只考虑每条线路均配置限流器的工况,降低系统经济效益,因此提出一种计及新型柔性直流限流器(novel flexible fault current limiter,NFFCL)运行特性、位置、数量等因素的优化配置方法。首先基于换流站和NFFCL简化模型,构建含NFFCL直流系统故障电流计算模型,并在5节点直流系统验证其准确性;其次,以NFFCL成本、限流效果为目标函数,以断路器最大开断电流为约束条件,构建多目标优化配置模型,并对NSGA-Ⅱ算法中的拥挤度计算进行改进,以实现优化配置过程中NFFCL安装数量与容量的解耦;最后,采用改进拥挤度计算的NSGA-Ⅱ算法求解得到11节点直流系统的NFFCL优化配置方案,并通过限流器成本、安装数量、限流效果之间的关系选取最终方案。

基于限流电抗器电压特性的直流线路保护研究

高压直流配电网保护是柔性直流配电网亟待解决的关键问题之一。基于限流电抗器的电压特性设计了一种新型的多端柔性直流线路保护方法。计及线路边界特性,提出了故障快速、可靠识别的方法,利用直流电抗器电压变化判据实现了保护的方向性。搭建了复合式环状结构的高压直流配电网模型,验证了所提方法能够满足直流配电系统保护速动性、可靠性和选择性的要求。

限流器配置与网架结构优化协同的受端电网短路电流抑制策略

如何有效地抑制短路电流水平已成为受端电网规划和运行中不可忽视的问题。文中量化和构建了计及超导故障限流器(SFCL)配置与网架结构优化的短路电流约束。在此基础上,提出了一种SFCL配置与网架结构优化协同的短路电流抑制模型,采用基于McCormick包络的交流潮流线性化框架,并通过循环结构最小化松弛误差。为有效求解上述模型,将主问题分解为若干子问题,设计了基于嵌套Benders分解算法的求解策略。基于改进的IEEE 39节点系统和河南电网规划系统开展仿真分析,验证了所提策略在经济性和短路电流抑制效果方面的有效性和实用性。

66 kV干式并联电抗器双导线局部发热分析

干式并联电抗器因其重量轻、线性度好、损耗小等优点被广泛应用于电网无功调解,但因其周围工频磁场较大导致金属闭环回路环流或涡流引发发热问题多样频发。结合宁夏电网某750 kV变电站66 kV干式并联电抗器双导线特殊局部发热案例,分析受电抗器周界强磁场影响双导线闭合环路局部发热的原因,并提出解决方案,为解决类似问题提供参考与借鉴。

基于故障电流预测的柔性直流电网自适应限流策略

故障限流是保证柔性直流电网安全运行的关键技术。然而,现有基于故障限流器(FCL)的限流策略未考虑与故障严重程度的匹配,增加了FCL在轻微故障下非必要启动的次数及保护拒动的风险。针对上述问题,提出一种基于人工神经网络(ANN)预测故障电流的柔性直流电网自适应限流策略。该策略能在线评估故障严重程度并据此灵活选择加速投入、正常投入或不投入FCL,提升了FCL的限流效率。首先,分析了自适应限流及故障在线预测的必要性,并阐述了基于ANN预测故障电流的流程。在此基础上,结合差模电流积分比和故障电流瞬时值形成故障严重程度分级指标,并基于故障电流及其预测值在线评估故障严重程度。针对极严重故障、严重故障、轻微故障及区外故障分别采取相应时序的限流策略,进而形成匹配故障严重程度的柔性直流电网自适应限流策略,在避免FCL非必要启动的同时降低直流断路器开断容量需求。最后,在PSCAD/EMTDC环境中搭建了四端柔性直流电网仿真模型,以直流断路器开断电流为评估指标,对比验证了所提自适应限流策略在各故障工况下的灵敏性和有效性。

基于改进弗雷歇算法的虚拟直流电机等效惯量计算

伴随高密度分布式电源接入,电网惯量水平持续下降,尤其是在新能源独立供电条件下,其惯量远远低于最低惯量需求。通过对端口换流器施加虚拟直流电机控制策略,可以利用控制参数灵活调整系统惯量,减少电网惯量差额,增强电网的稳定性。但该控制方法虚拟出的等效惯量大小暂不明确,虚拟惯量对等效惯量的影响也有待进一步探究。据此,文中首先在虚拟直流电机模型的基础上,利用小信号模型分析虚拟惯量与等效惯量对系统动态特性的影响,指出两者的惯量等效关系。其次,基于虚拟惯量与等效惯量的对应关系,提出一种利用弗雷歇算法度量电压曲线相似度的等效惯量计算方法,明确虚拟直流电机控制的等效惯量大小。然后,引入相关性约束与曲线特征约束,提出一种改进弗雷歇算法,保证等效惯量计算的正确性。最后,采用最优拟合方式实现惯量等效关系的函数化,给出虚拟惯量与等效惯量间的数量关系。仿真结果验证了文中所提等效惯量计算方法的有效性。

基于非正交解耦原理的紧凑型高压交流磁饱和限流器研究

磁饱和故障限流器需要外加空心电抗器来提升限流性能,这导致体积和占地面积大,为此提出了一种基于非正交解耦原理的紧凑型高压交流磁饱和限流器(compact saturated core fault current limiter,CSFCL),其具有占地面积小、体积小和限流性能较好的优点。首先介绍了非正交解耦原理,结合传统混合励磁饱和铁芯型故障限流器(hybrid type SFCL,HSFCL)的磁路结构,提出了集成非正交解耦绕组的限流器拓扑,分析了其等效磁路和电路模型,并阐述了限流器的工作机理。然后提出一种带气隙的多段解耦绕组电感计算方法,较传统方法精度提升35%。再对限流器响应时间和限流比进行参数设计计算。接着进行了220 kV CSFCL和HSFCL有限元仿真,验证了理论分析的正确性。最后设计研制出限流器小容量试验模型,并开展了试验研究,对比得到CSFCL限流系统总体体积相较于HSFCL减少47.8%,占地面积减小85.1%。仿真和试验结果均证明了该拓扑的有效性。

基于MMC子模块两级主动控制的直流短路限流方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)直流侧故障后短路电路急剧上升,严重影响直流电网安全。为限制故障电流,提出一种基于子模块两级主动控制的直流短路限流控制方法(submoduletwo-stage active control,STAC),通过两段故障检测判据和预设最大短路电流,构造关于直流电流的分段函数K,其输出决定减投子模比例,故障后降低直流电压抑制短路电流,同时设计适应于不同运行条件换流站MMC的控制参数,并且仅通过控制动作限流不产生额外成本。STAC不影响系统正常运行,限流过程维持功率传输。最后在四端直流电网中对STAC限流效果及其性能进行仿真分析。结果表明,所提限流方法能有效抑制故障电流,流经直流断路器故障电流降低49.7%,桥臂电流峰值降低23.15%,故障后100 ms恢复直流电压。

二硼化钛颗粒材料的电阻变化特性及其在故障限流中的应用

二硼化钛(TiB2)颗粒材料具有故障限流的潜力。为实现这个目标,对颗粒材料的限流特性进行了研究。首先对压力-电阻关系进行了分析,二者满足幂函数关系。然后制作基于颗粒材料的样机,通过试验研究了材料尺寸和机构速度对限流效果的影响,发现材料尺寸越大、速度越快,限流效果越好。为进一步验证材料的限流能力,对材料的耐压特性进行测量,发现颗粒材料电压存在一个饱和值,该值取决于颗粒尺寸与材料性质。最后在PSCAD中建立颗粒材料电阻模型,对材料在电力系统中的限流效果进行仿真。仿真结果表明:颗粒材料与电抗器并联限流的方案可行性更高,可将故障电流峰值从34 kA限制到25.9 kA。该研究为颗粒材料在故障限流中的应用提供了参考。

基于特高压油浸设备变压器多点位外引取油口的研究

文章设计的多点位手自一体外引取油装置采用多点位油路外引的设计,可以从不同位置检测油样,全面反映变压器(电抗器)本体油的真实状态,同时减少每次取油排掉的“死体积油”,满足国家电网对油路外引的基本要求。此外,装置为油管增加了伴热带,保证其流速不受温度影响;配置了机器人取样接口,实现取油自动化;最底部设置漏斗型浮球保证安全性。经实验验证,该装置设计合理,实用高效,有助于变电站减少设备故障,保证人员安全。

市政道路水稳层施工技术及混合料参数控制研究

在城镇化快速发展的背景下,城市道路的规模与数量都在快速增长,车流量持续增长,以及先进的市政道路建设技术的应用,使得城市道路建设的需求日益增长。水泥稳定碎石是一种用于道路土底基层防护的结构层,它以级配碎石作为骨料,空隙中填充胶凝材料和砂浆,通过碎石的嵌挤作用以及砂浆材料硬化后的强度,对路基起到了很好的防护效果,同时还具备很好的防水和抗冻能力。根据作者的工作经历,对水稳层施工工艺在市政道路建设中的运用进行了阐述,对其施工技术及混合料的参数控制问题进行了分析,并对其在城市道路建设中的应用进行了详细的阐述,从而为其在市政道路建设中的合理应用提供了一定的借鉴和参考。

IC限流器在音视频、信息技术标准中的测试要求和应用前景

首先,介绍了GB 4943.1—2022标准中各类功率源的分级要求和不同功率源所要求的安全防护等级。其次,通过介绍一种集成电路(integrated circuit,IC)限流器的工作原理和内部结构,分析IC限流器在GB 4943.1—2022标准中测试要求的合理性。最后,介绍了IC限流器在GB 4943.1—2022标准中的测试方法和所需的仪器配置,IC限流器的限流作用可以帮助电子产品降低防火等级,其在电子产品领域具有广泛的应用前景和良好的经济效益。

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。

含磁偏置超导限流器的66/10 kV变电站的故障限流分析

配网系统短路电流越来越大,现有断路器即将超过遮断容量,给电网安全带来较大影响。针对此问题,利用双分裂电抗器反并联低阻抗特性和超导单元故障失超特性,提出一种具有二级逐级限流特征的磁偏置超导限流器。根据辽阳市某66/10 kV变电站线路参数,基于Matlab/Simulink建立含磁偏置超导故障限流器的系统仿真模型,进行限流仿真计算,获得磁偏置超导故障限流器限流效果的变化规律,以及在故障电流下的失超电阻和温度的变化规律,验证了磁偏置超导限流器原理的正确性。结果表明,磁偏置超导限流器在三相短路故障时电网电流限流率最大可达到19.68%,最大温度为123.7 K,失超恢复时间为32 ms,表明其具有限流响应迅速和失超恢复快的优势。