Appropriate Placement of Fault Current Limiting Reactors in Different HV Substation Arrangements

Short circuit currents of power systems are growing with an increasing rate, due to the fast development of generation and transmission systems. Current Limiting Reactor is one of the effective short circuit current limiting devices. This technique is known to be more practical than other available approaches. In this paper, proper application of CLR to HV substations is proposed, based on a comprehensive short circuit analysis of 4 well-known substation bus bar arrangements. Eventually, appropriate place and number of CLRs is recommended for each bus bar arrangement.

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。

500 kV限流器接入对南网系统过电压的影响分析

串联限流电抗器能有效限制500 kV电压等级的短路电流,但其接入系统后会影响系统的过电压水平,需要进一步进行安全校验。以广南站500 kV/90 kA限流器示范工程为背景,利用电磁暂态仿真软件EMTP研究500 kV限流电抗器自身的过电压以及限流电抗器接入后对系统的工频过电压、操作过电压、线路断路器的暂态恢复电压,以保证系统与设备的安全运行。结果表明,无论是否采用限流电抗器,顺德-广南500 kV线路无故障甩负荷和单相故障切负荷时的工频过电压均在允许的范围内;500 kV限流电抗器接入后的顺德-广南500 kV线路合闸操作过电压未超过标准允许范围,变电站及限抗站金属氧化物避雷器MOA能耗及电流与其设计参数相比有很大的裕度。

基于暂态电压Pearson相关系数的柔性直流配电网纵联保护方法

柔性直流配电网故障特征复杂,快速可靠的故障保护方法是柔性直流配电网亟需突破的关键技术。基于此提出了一种基于直流线路限流电抗器暂态电压皮尔逊(Pearson)相关系数的直流配电网纵联保护方法。首先,分析了区内外不同故障类型下直流线路两端限流电抗器暂态电压的特征差异。其次,利用正、负极线路电压的变化率构成保护启动判据,通过直流线路两端限流电抗器暂态电压的Pearson相关系数识别区内、外故障,并利用直流线路正负极电压变化率间的正负关系设计故障选极判据。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建柔性直流配电网仿真模型验证所提保护方法的可行性。结果表明所提保护方法能满足柔性直流配电网保护速动性和选择性的要求,且耐过渡电阻能力强,受通信延迟影响小,具有一定的抗干扰能力。

低压直流配电系统极间短路故障分析与保护

针对经电压源型变换器与大电网互联的低压直流配电系统,系统配置限流电抗器与直流断路器,利用电源侧限流电抗器两端电压比以及负荷侧表观电阻值,提出一种直流线路短路故障保护方法。首先,确立了实用型辐射状低压直流配电系统结构,分析系统直流侧短路故障电流的产生机理。然后分析了故障时电源侧限流电抗器电压比及负荷侧表观电阻值,并据此提出故障保护判据。用Matlab/Simulink软件对低压直流配电系统进行建模,仿真验证了保护方法的快速性、选择性、可靠性,且大部分保护范围内仅需要单端电气量即可识别故障。

配有限流电抗器的多端直流配网故障测距方法

随着直流配网的发展与分布式发电的普及,其复杂的结构拓扑与工作模态的多样性,对快速准确的故障定位提出了新的挑战。本文在研究现有直流配网故障测距方法的基础上,提出一种基于限流电抗器电压特性的多端故障测距方法。由保护安装处分别计算到故障点的电压相等得到关于故障点到保护安装处距离的方程,利用限流电抗器的电压特性求解该方程得到故障点位置。该方法较好地消除了过渡电阻和数值微分项的影响,提高了直流配网测距的精度。在PSCAD/EMTDC平台搭建多端直流配网模型,大量仿真结果证明本故障测距方法在一定的过渡电阻下可以准确动作。

含限流电抗器的环形直流微电网暂态对地高频电压保护方法

直流线路保护是直流微电网技术发展的关键,限流电抗器为直流故障保护算法的设计提供了便利。针对含限流电抗器的环形直流微电网,利用限流电抗器的故障暂态高频电压特性,提出一种基于限流电抗器两端对地高频电压的保护方法。该方法利用故障后线路两侧限流电抗器两端对地高频电压的差异性识别区内外故障,对于线路背侧阻抗呈容性将导致保护无法正确动作的情况,通过选择合适的频率能够很好地解决。仿真结果表明,该保护方法可快速、准确地判断故障线路和故障极,灵敏度与可靠性高,阈值易设定且无须相邻线路保护配合,对双端数据同步要求较低。该方法在不同的故障场景和运行方式下均能可靠进行故障识别和故障选极,并且耐受过渡电阻能力较强。

基于控保协同的多端柔性直流配网故障测距方法

柔性直流配电网故障电流冲击大、危害严重,通过改变柔性直流配电网中可控元件的控制策略,可以改变故障特性,进而为故障保护与测距提供支持。为此,提出基于控保协同的多端柔性直流配电网故障测距方法。首先,以四端柔性直流配电网为例,分析配电网的故障特性与限流特性。其次,研究柔性配电网中的关键设备限流电抗器对直流配电网故障特性的影响,并基于此提出直流配电网两阶段控保协同策略。在控保协同第I阶段中,利用限流电抗器的限流特性抑制故障电流发展,辅助故障隔离;在控保协同第II阶段中,控制限流电抗器通断策略,通过短暂重合闸向直流配电网注入可控小电流,进行故障测距。最后,搭建含光/储的四端柔性直流配电网仿真模型,验证所提方法的有效性。

柔性配电网故障保护策略研究

随着经济的不断发展,工农业生产对于电能的需求越来越大,用户也对电能质量提出了更高的要求,柔性直流配电网以其优异的工作特性有逐步取代交流配电网的趋势,但是柔性直流配电网存在保护措施不完善的问题,严重制约了柔性直流配电网的大规模推广应用。本文提出了一种基于限流电抗器的柔性直流配电网保护策略,首先从柔性直流配电网的拓扑结构出发,研究了其基本控制策略;其次对柔性直流配电网的故障特性进行了深入分析;最后给出了柔性直流配电网的故障保护策略。经过实际运用验证,本文所提出的故障保护策略对于柔性直流配电网的安全、稳定、可靠运行具有重要意义。

基于励磁绕组差模电流基频分量的新型磁阀式并联电抗器匝间保护方案

作为一种新型无功补偿装置,磁阀式可控电抗器(magnetic valve controllable reactor,MVCR)能够实现无功功率的大范围平滑调节,进而有效解决无功失衡导致的电压波动问题。该文针对一种新型MVCR开展研究,首先介绍了该种新型MVCR的拓扑结构,分析了其正常运行时励磁绕组的电气特性,在此基础上针对新型MVCR励磁绕组和工作绕组发生匝间故障时的故障特性开展研究,其中引入了励磁绕组差模电流的概念来表征匝间故障特征。当匝间故障发生后,新型MVCR励磁绕组差模电流中将产生较大的基频分量。基于该故障特性,提出了一种基于励磁绕组差模电流基频分量的匝间保护方案,并进一步分析了该保护方案在预励磁合闸暂态过程中的适应性。最后,通过Matlab/Simulink仿真实验,验证了该文所提新型MVCR匝间保护方案的可行性及有效性。

干式空心限流电抗器匝间短路故障及在线监测研究

干式空心限流电抗器是应用在电力设备中的主要元器件,确定其故障模式和在线监测技术对于确保设备的安全性至关重要。本文搭建了干式空心限流电抗器匝间短路故障与在线监测系统,并设计了其系统架构。为了能够更好地识别干式空心限流电抗器匝间短路故障,本文提供了数据驱动和知识库两种技术路径,并对比了其优劣。

0.4 kV小型水电站发电机中性线电流过大分析及处理

部分0.4 kV小型水电站发电机中性点直接接地,会导致中性线电流过大,机组发热,效率降低等现象。文中论述了0.4 kV小型水电站发电机中性线电流过大的主要原因,中性点接地电流过大的危害和解决办法。通过对单相接地时故障电容电流的分析计算,判断改造的可行性,结合朱树桥电站工程实例,给出了中性线的电压和电流计算方法,确定了选用接地电抗器的选型参数。本处理方案既抑制了发电机中性线电流,又符合继电保护的要求,达到了保障机组安全运行的目的,为小型水电站发电机中性点接地方式设计和改造提供参考依据。

故障限流器电流转移过程研究

对于电流转移型故障限流器,电流转移的原理和各部件之间的相互作用决定了限流器的性能。本文以一种基于高耦合分裂电抗器的交流故障限流器为研究对象,建立了能够反映HCSR复杂回路对电流转移过程影响的宽频模型,联合电弧模型仿真分析了HCSR引入后对限流器支路电流转移过程的影响。结果表明,开关进入真空电弧不稳定阶段后,限流器存在电流从开关支路向HCSR限流电感支路转移的现象,这一正反馈过程导致限流器开关更容易过零熄弧、实现电流转移。

基于限流电感电压的多端交直流混合配电网直流故障检测方案

直流故障的快速准确检测是多端交直流混合配电网亟需发展的关键技术之一。直流故障电流上升速度快、故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用于直流故障。该文提出一种基于直流线路限流电感电压变化率的多端交直流混合配电网直流故障快速检测方案。首先,详细分析了多端交直流混合配电网的直流故障特性,在此基础上,提出了利用直流线路单端限流电感电压变化率检测直流故障的方法。接着,设计了完整的识别故障线路、判断故障类型和故障极的故障检测方案,并研究了相应的阈值选取方法。最后,通过MATLAB仿真平台对所提故障检测方案进行了仿真验证,仿真结果表明所提方法不受过渡电阻、故障距离、以及换流站功率反转的影响,能够在故障后迅速确定故障线路、故障类型以及故障极,实现直流故障的快速准确检测,为多端交直流混合配电网保护系统的设计奠定了基础。

一种新型固态短路限流器拓扑及其控制策略

介绍一种适用于中高压电网的新型固态短路故障限流器,正常工作时对线路几乎无影响;当故障发生时,旁路交流电抗器立即自动插入故障回路进行限流,检测到故障后将故障相桥路进行逆变。直流电抗器中的能量回馈电网,桥路尽快退出故障线路的运行,随后故障电流完全由旁路交流电抗器限制。新型限流器的固态器件和直流电抗参数不受电网允许的短路电流水平约束,所以可进行灵活优化设计。理论分析和单相固态限流器在三相系统中的仿真结果表明,整个单相桥路相当于过零点断开的开关,限流器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,在电力系统中有深入研究和开发的意义。

高压及超高压故障电流限制技术分析

220kV和500kV高压及超高压故障电流限制技术被认为是保障大电网安全稳定运行、提高供电可靠性和灵活性的有效途径。本文结合国内外高压及超高压领域的几个限流器工程示范项目,对比分析串联电抗限流技术、串联谐振限流技术、分裂电抗开断技术、超导限流技术以及其他混合限流技术的原理、设计和制造关键技术、可靠性和造价,并对各种限流技术的优缺点进行了评述。

固态短路限流器的研究与发展

概括了当今限流技术的基本工作原理、技术特点 ,并详细介绍了现有的各种固态限流器 ,诸如 GTO开关型限流器、谐振式限流器、可变阻抗式限流器、具有串联补偿作用的限流器、无损耗电阻器式限流器、混合限流器、新型桥式固态短路限流器的拓扑结构及工作原理 ,综述固态限流器的国内外发展状况 。

磁饱和型故障限流器的研究与发展

分析了传统故障限流技术的优势和存在的问题,指出研制性能优良、经济合理的新型故障限流器对电网发展具有重要的现实意义和应用价值.在给出饱和电抗器的一般工作原理的基础上,详细介绍了超导磁饱和型故障限流器的拓扑结构及其工程实用化遇到的难题.比较了永磁饱和型故障限流器的各种拓扑结构及其发展演变过程,提出了三相永磁饱和型故障限流器的三种物理拓扑结构.最后结合永磁饱和型故障限流器的结构设计,阐述了四个关键技术难题.

新型磁控式故障限流器

提出一种新型磁控式故障限流器,它由电流源提供直流电流,并采用晶闸管导通切断直流电流。阐述了新型磁控式故障限流器的基本工作原理与基本结构。设计了一台220 V的新型磁控式故障限流器实验样机,对样机的性能进行了测试。测试结果表明:电力系统正常运行时,磁控式故障限流器对电力系统正常输电能力影响较小;电力系统发生短路故障时,磁控式故障限流器可以用20 ms左右的时间把短路电流减小至危害较小的程度。

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。